CN108707245B - 一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法 - Google Patents

Abstract

一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，将片材通过加热板预热，在预热后的片材上表面喷涂改性剂形成液膜，随后通过传送带送到臭氧处理室进行二次加热，进行表面催化氧化与膜层固化，同时对臭氧处理后废气收集与纯化，并提供给臭氧发生器循环使用，最后完成片材收卷与存放。本发明采用甲基丙烯酸丁酯低聚物作为表面改性剂，降低了甲基丙烯酸丁酯单体的挥发特性，高流动性使其具有良好成膜效果，彻底避免了使用溶剂后浸泡的处理工艺，节能环保，简化了成型工艺；其次，臭氧处理室采用阶段式加热处理，大幅缩短了处理时间，片材只进行上表面处理，有效避免了制品内外表面都亲水、发粘现象。

Description

一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法

技术领域

本发明涉及聚乙烯片材生产技术领域，具体为一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法。

背景技术

由于聚乙烯是非极性材料，表面能低，对水溶液等极性溶剂的接触角大，表面对于极性物质呈现疏水性，界面间粘结力低，作用力弱，不能和其他极性物质达到理想的混合状态，在受力过程中界面之间难以发生有效的界面间应力传递，导致材料综合性能不够理想。改善聚乙烯与其他材料相容性，增加表面亲水性的方法很多，例如通过化学改性中的共聚、接枝或交联等方式改变分子链的主要结构，或者通过共混与反应性挤出在聚乙烯基体中增加极性基团，上述改性方法是对聚乙烯基体材料进行性能调整，改性后制备的产品在各个方向上都具有相同的表面亲水性。近年来，通过对聚乙烯半成品或制品进行表面处理技术得到迅速发展，选择性的表面使材料在某个工作面具有特定的性能。主要有等离子处理、紫外光处理、臭氧处理、激光处理、电晕处理、电镀、瞬时火焰处理、刻蚀与化学氧化处理等方式。

臭氧表面处理方法是利用臭氧非常强的氧化能力，在加热或者其他条件下通过臭氧对聚乙烯制品表面氧化，生产亲水性的反应性基团，从而增加表面亲水性，提高聚乙烯于其他极性材料之间界面黏结。目前，利用臭氧对聚乙烯进行表面处理从而增加亲水性的文献和专利不多，普遍存在处理流程繁琐、工艺复杂、处理时间长和处理效果的时效性短等不足。

目前，国内同技术专利有专利号：CN201510762453公开了“一种亲水性超高分子量聚乙烯粉末的组合制备方法”和专利号：CN200410062258公开了“超高分子量聚乙烯微孔滤膜表面的亲水化改性方法”，都是以超高分子量聚乙烯为基材，通过溶液浸泡的方式对臭氧预处理基材进行表面接枝改性，处理工艺复杂，耗时长（大于8h），难以满足聚乙烯片材高速挤出成型且单面选择性处理的工艺需求。

现有专利申请号：201610534608.1公开了“等离子体对超高分子量聚乙烯纤维/织物表面处理方法”涉及等离子体对超高分子量聚乙烯纤维/织物表面处理方法。使用等离子体对超高分子量聚乙烯纤维/织物的表面进行处理。其与本发明的区别技术点在于：针对液相氧化法存在的缺点，采取低温等离子体方法对纤维和织物表面进行处理，具有高效、均匀、低损伤的处理效果。

专利申请号201210288369.8公开了“一种聚乙烯表面处理方法”，用于提高聚乙烯材料同聚氨酯类涂料之间的结合力，所述方法包括：在聚氨酯类涂料接触聚乙烯材料之前，用等离子体处理技术处理聚乙烯材料的表面，其中等离子体处理中使用的工艺气体是压缩空气或压缩空气和惰性气体的混合气体。其与本发明的区别技术点在于：通过采用压缩空气或压缩空气和惰性气体的混合气体作为工艺气体的等离子体处理，可以显著地提高聚乙烯材料同聚氨酯类涂料之间的结合力，且处理之后的结合强度可以长时间保持。

专利申请号201410655142.1公开了“一种聚乙烯薄膜的亲水性改性的方法”首先依次用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗聚乙烯薄膜5～10min，低温干燥，备用；常压下用氩气和空气的混合气体等离子体引发聚乙烯薄膜表面接枝丙烯酸单体进行表面处理，其中，功率为40～100W，氩气流量为0.3～0.5sccm，氧气流量为0.1～0.2sccm，处理时间为1～3min；取出薄膜样品，去离子水洗涤表面，烘干。其与本发明的区别技术点在于：使用等离子技术处理清洗过的聚乙烯薄膜，通过表面改性提高了其亲水性。

专利申请号201110128986.7公开了“聚乙烯和聚丙烯混合粘结工艺，涉及一种应用等离子体表面处理技术，采取的方案是先对PP和PE基材的表面进行改性处理，然后再通过添加高分子表面改性剂粘接。处理方法分为:表面清洗脱脂处理、表面进行等离子体处理等，PP和PE的表面进行预处理后，表面极性高、表面能大幅度的提高，粘接性能优越，然后使用高分子表面改性剂(PP粘结胶、PE粘结胶等)对经过表面改性处理后的PP和PE基材，进行PP和PE的混合粘结”。其与本发明的区别技术点在于：是通过等离子体技术变了PP和PE的表面极性，提高了其表面能，使得其具有粘接性能好，从而制备得到优质的PE/PP、金属/PE或PP/金属复合层板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，彻底避免了使用溶剂后浸泡的处理工艺，简化了成型工艺，大幅缩短了处理时间，满足片材高速挤出生产的工艺要求，节能环保，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，包括以下步骤：

S1：将片材通过加热板预热，在预热后的片材上表面喷涂改性剂形成液膜；

S2：臭氧处理室内二次加热进行表面催化氧化与膜层固化；

S3：臭氧废气收集与重新利用，片材收卷与存放。

优选的，所述步骤S1中采用上下加热板方式进行片材预热，上下加热板与片材等距并采用同步等温控制，片材与上下加热板平面距离8-25cm，加热板温度范围170-350℃，在加热板间停留时间为5-60s。

优选的，所述步骤S1中表面改性剂为甲基丙烯酸丁酯类与纳米级二氧化钛颗粒的共混物。

优选的，所述甲基丙烯酸丁酯类为甲基丙烯酸丁酯的低聚物，聚合度为3-50，二氧化钛颗粒为金红石型的纳米级二氧化钛颗粒，粒径为15-100nm。

优选的，所述纳米级二氧化钛颗粒占表面改性剂共混物质量分数的0.1-1.0%，改性剂在片材上表面厚度为0.1-0.8mm。

优选的，所述步骤S2中臭氧处理室采用下平板分段式对片材进行加热处理，前半段设置温度80-150℃，停留时间15-60s，下加热板与片材距离为5-20cm，后半段设置温度120-200℃，停留时间15-60s，下加热板与片材距离为5-20cm。

优选的，所述步骤S2中臭氧处理室内的臭氧混合气体由臭氧发生器提供，混合气体流速为5-60L/min，其中臭氧占混合气体质量分数的3-12%，臭氧处理室的废气经收集与纯化后作为气源供臭氧发生器使用。

优选的，所述步骤S3中处理后的聚乙烯片材在45-75℃范围收卷，自然冷却至室温后存放。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本专利利用臭氧技术，在聚乙烯片材生产时进行在线表面处理，没有采用等离子 技术。

1、本聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，采用甲基丙烯酸丁酯低聚物作为表面改性剂，降低了甲基丙烯酸丁酯单体的挥发特性，高流动性使其具有良好成膜效果，彻底避免了使用溶剂后浸泡的处理工艺，节能环保，处理效果保持长，避免了目前常见的电晕处理后改性效果随放置时间延长而迅速降低的不足。

2、本聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，聚乙烯片材不需要进行表面二次加热预处理，简化了成型工艺。

3、本聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，臭氧处理室采用阶段式加热处理，使臭氧氧化与成膜侧重分阶段进行，大幅缩短了处理时间，满足片材高速挤出生产的工艺要求。

4、本聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，片材只进行上表面处理，使后续制品的表面可以选择性的功能化，有效避免了制品内外表面都亲水、发粘现象。

附图说明

图1为本发明的实施例2工艺框图。

图中：1聚乙烯片材、2在线传送带、3预热用上加热板、4预热用下加热板、5改性液喷涂器、6臭氧发生器、7废气回收与纯化装置、8臭氧处理室、9臭氧氧化加热板、10膜层固化加热板、11片材收卷装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明实施例中：提供一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，具体包括以下步骤：片材通过加热板预热，在预热后的片材上表面喷涂改性剂形成液膜，随后通过传送带送到臭氧处理室进行二次加热，进行表面催化氧化与膜层固化，同时对臭氧处理后废气收集与纯化，并提供给臭氧发生器循环使用，最后完成片材收卷与存放。

其中，加热板预热采用上下加热板方式进行片材预热，上下加热板与片材等距并采用同步等温控制，片材与上下加热板平面距离8-25cm，加热板温度范围170-350℃，在加热板间停留时间为5-60s；

其次，表面改性剂为甲基丙烯酸丁酯类与纳米级二氧化钛颗粒的共混物；甲基丙烯酸丁酯类为甲基丙烯酸丁酯的低聚物，聚合度为3-50，二氧化钛颗粒为金红石型的纳米级二氧化钛颗粒，粒径为15-100nm，纳米级二氧化钛颗粒占表面改性剂共混物质量分数的0.1-1.0%，改性剂在片材上表面厚度为0.1-0.8mm。

臭氧处理室采用下平板分段式对片材进行加热处理，前半段设置温度80-150℃，停留时间15-60s，下加热板与片材距离为5-20cm，后半段设置温度120-200℃，停留时间15-60s，下加热板与片材距离为5-20cm；臭氧处理室内的臭氧混合气体由臭氧发生器提供，混合气体流速为5-60L/min，其中臭氧占混合气体质量分数的3-12%，臭氧处理室的废气经收集与纯化后作为气源供臭氧发生器使用。

另外，处理后的聚乙烯片材在45-75℃范围收卷，自然冷却至室温后存放。

实施例2：

基于上述实施例1描述，为了进一步介绍本发明，还提供如下具体实施方案：包括在线传送带2、预热用上加热板3、预热用下加热板4、改性液喷涂器5、臭氧发生器6、废气回收与纯化装置7、臭氧处理室8、臭氧氧化加热板9、膜层固化加热板10和片材收卷装置11；其中，在线传送带2的一端放置聚乙烯片材1，预热用上加热板3和预热用下加热板4分别对称安装在在线传送带2的上下面，改性液喷涂器5设置在预热用上加热板3和预热用下加热板4的出料端，在改性液喷涂器5的一侧设置臭氧处理室8，臭氧处理室8安装在在线传送带2上，且臭氧处理室8内设置有臭氧氧化加热板9和膜层固化加热板10，臭氧氧化加热板9和膜层固化加热板10分别设置在贯穿于臭氧处理室8内的在线传送带2的下方，臭氧处理室8的出气口通过管道连接废气回收与纯化装置7，废气回收与纯化装置7连接有臭氧发生器6，臭氧发生器6的另一端连接在臭氧处理室8的进气口上，线传送带2的末端安装片材收卷装置11，最后通过片材收卷装置11将加工处理后的片材收卷与存放。

综上所述：本发明提供的一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，采用甲基丙烯酸丁酯低聚物作为表面改性剂，降低了甲基丙烯酸丁酯单体的挥发特性，高流动性使其具有良好成膜效果，彻底避免了使用溶剂后浸泡的处理工艺，节能环保，而且，聚乙烯片材不需要进行表面预处理，简化了成型工艺；其次，臭氧处理室采用阶段式加热处理，使臭氧氧化与成膜侧重分阶段进行，大幅缩短了处理时间，满足片材高速挤出生产的工艺要求；另外，片材只进行上表面处理，使后续制品的表面可以选择性的功能化，有效避免了制品内外表面都亲水、发粘现象。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，包括以下步骤：

S1：将片材通过加热板预热，在预热后的片材上表面喷涂改性剂形成液膜；

S2：臭氧处理室内二次加热进行表面催化氧化与膜层固化；

S3：臭氧废气收集与重新利用，片材收卷与存放；

其中，所述步骤S1中表面改性剂为甲基丙烯酸丁酯类与纳米级二氧化钛颗粒的共混物；所述甲基丙烯酸丁酯类为甲基丙烯酸丁酯的低聚物，聚合度为3-50，二氧化钛颗粒为金红石型的纳米级二氧化钛颗粒，粒径为15-100nm。

2.如权利要求1所述的一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，其特征在于，所述步骤S1中采用上下加热板方式进行片材预热，上下加热板与片材等距并采用同步等温控制，片材与上下加热板平面距离8-25cm，加热板温度范围170-350℃，在加热板间停留时间为5-60s。

3.如权利要求1所述的一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，其特征在于，所述纳米级二氧化钛颗粒占表面改性剂共混物质量分数的0.1-1.0%，改性剂在片材上表面厚度为0.1-0.8mm。

4.如权利要求1所述的一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，其特征在于，所述步骤S2中臭氧处理室采用下平板分段式对片材进行加热处理，前半段设置温度80-150℃，停留时间15-60s，下加热板与片材距离为5-20cm，后半段设置温度120-200℃，停留时间15-60s，下加热板与片材距离为5-20cm。

5.如权利要求1所述的一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，其特征在于，所述步骤S2中臭氧处理室内的臭氧混合气体由臭氧发生器提供，混合气体流速为5-60L/min，其中臭氧占混合气体质量分数的3-12%，臭氧处理室的废气经收集与纯化后作为气源供臭氧发生器使用。

6.如权利要求1所述的一种聚乙烯片材表面的在线亲水性处理方法，其特征在于，所述步骤S3中处理后的聚乙烯片材在45-75℃范围收卷，自然冷却至室温后存放。