凝胶含量与粘接性能对复合膜用粘接性树脂的影响

单化众 王芳 梁俊杰

摘 要：聚乙烯接枝马来酸酐（PE-g-MAH）粘接性树脂是在双螺杆挤出机制备的应用下完成的，为对复合膜用粘接性树脂凝胶含量与粘接性能进行研究，需要对引发剂的用量与反应温度等对凝胶含量的影响进行分析，然后对其粘结性进行探讨。通过实验发现，发引剂用量和反应温度与熔体流动速率呈反比，与凝胶含量成正比。树脂的粘接性会受到凝胶含量的直接影响，螺杆转速为250r/min时，凝胶含量达到0.12%，并且剥离强度与油老化后剥离强度为31.8N/15 mm与25.9N/15mm。

关键词：粘接性树脂；PE-g-MAH；凝胶含量；粘接性能

目前在塑料制品中聚乙烯（PE）的应用十分广泛，由于其价格低廉，制作工艺简单等优势，在高分子材料的应用具有十分重要的影响。在食品包装领域聚乙烯基材的复合膜的应用较为普遍，需要在热熔型粘结性树脂的帮助下，完成粘结。由于复合膜用粘接性树脂的应用量与范围十分普遍与巨大，因此就要加大对复合膜用粘接性树脂凝胶含量与粘接性能的研究，确保其良好的应用效果。所以就要对复合膜用粘接性树脂凝胶含量与粘接性能进行细致的研究。

1.实验部分

1.1 原料

在选择原料时，主要是选择下面几种：埃克森美孚的PE，型号为3518CB；市售的MAH，具体为分析纯；市售的过氧化二异丙苯（DCP），含量为99%。

1.2 设备与仪器

在本次实验中应用到的设备为南京杰恩特公司的双螺杆挤出机，型号为SHJ-20。

使用到的仪器分别为我国生产的熔体流动速率测试仪、平板硫化仪与电子万能拉伸试验机，型号分别为YK-3650、XLB50-D、CMT6104。

1.3 PE-g-MAH粘合树脂产品制备

在混合机中将MAH、DCP与PE这三种原料进行混合，要将PE与MAH的混合比进行严格控制，确定为100：1，引发剂需要确定为DCP，对DCP的用量进行合理确定，同时也要对双螺杆挤出机的相关参量进行设置，比如温度等。

1.4 熔体流动速率（MFR）测试

GB/T3682-2000为熔体流动速率测试时的标准，在本文的实验中，实验熔体流动速率的测定需要在流动速率测试仪的应用下完成，并且间测试的温度、负荷、次数设置为190℃、2.16kg与5次，最后取这五次的平均数。

1.5 凝胶含量的测试方法

利用300目的铜网对重量为2g的粘合性树脂进行包裹，然后将其放入二甲苯溶剂中煮沸24h，在放入丙酮溶剂前要将铜网取出，将铜网上的一些残留物清洗干净，并且在恒温箱中烘干，然后对凝胶含量进行计算。

凝胶含量= *100%

在该公式中，M、M1、M2分别为煮沸洗涤烘干后铜网和包裹物的重量、铜网的重量、接枝物的重量。

1.6 粘接性能及老化性能测试

第一，粘接性能：要将PE-g-MAH与EVOH压成薄膜，需要在平板硫化仪的应用下，压为厚度为0.3mm的薄膜，并且在热压的方式下，将其制作成复合膜，然后将复合膜进行裁剪，将长度与宽度确定为100mm与15mm，将裁剪的长条作为试样。在玻璃夹具上对试样进行固定，对剥离速度与长度进行合理确定，分别为50mm/min与50mm。

第二，粘接老化性能：将长度与宽度分别为100mm与15mm的剥离试样放置在92号汽油中，然后将实验的温度与时间确定为25±2℃与7d，然后在7s后将样条表面的燃油擦掉，做T剥离测试。

2.结果与讨论

2.1 引发剂用量对MFR和凝胶含量的影响

在接枝反应中，引发剂是十分重要的助剂，在反应过程中会对反应造成极大影响，所以本文选择的引发剂为DCP，同时也要对工艺参数进行合理确定，观察引发剂用量对MFR和凝胶含量的影响。在研究中发现，引发剂的用量与粘结树脂的熔体流动速率之间呈反比，但是引发剂的用量与凝胶含量之间的关系呈正比。造成这种现象的主要原因是，当将MAH连接在聚乙烯接枝上后，就会对大分子链的极性造成一定影响，导致其极性增加，从而使得流动性与熔体流动速率变差与下降。下图为引发剂用量对MFR和凝胶含量的影响：

图1：引发剂用量对MFR和凝胶含量的影响

当引发剂的含量在0.2%以下时，在接枝反应的基础上，不会得到凝胶；当引发剂的含量在0.4%以上时，自由基数目会增加，大分子自由基的浓度在符合一定条件后，会提升交联反应几率，这时分子的极性与作用力会升高与增强，从而产生凝胶，并且数量较多。

2.2 反应温度对MFR和凝胶含量的影响

当反应温度出现变化时，会对胶含量产生一定影响，主要表现为当反应温度在160℃到220℃之间时，熔体流动速率与凝胶含量分别出现降低与增加的情况，当温度超过220℃之后，凝胶含量的变化幅度并不大。在接枝反应动为学中，温度是其主要影响因素之一。一般情况下，反应温度与引发剂分解速率、自由基浓度呈正比，并且在反应过程中出现剧烈的反应，这时会出现MFR与凝胶分别较小与增多的情况。但是温度过高也会造成引发剂在较短的时间内分解完毕，这时温度再进行升高时，也不会对凝胶含量造成太大影响[1]。

2.3 螺杆转速对MFR和凝胶含量的影响

当螺杆转速在250r/min以内时，熔体流动速率与凝胶含量分别出现降低与增多的情况。当螺杆转速超过250r/min时，MFR与凝胶含量会出现下降与不变的情况。造成这种现象的主要原因是由剪切强度和反应时间造成的[2]。在确定进料比之后，會发现螺杆转速与反应物的分散情况呈正比，与剪切力呈正比，也与对接枝反应呈正比，但是在反应过程中如果剪切离过大，就会出现分子物理断裂的情况，并且断裂数量会增多。

2.4 凝胶含量对粘接及老化性能的影响

对引发剂用量与反应温度进行固定，这时通过对螺杆转速就泄漏调整，制备出粘合性树脂，但是凝胶的含量各不相同，这时对胶含量和剥离强度的关系进行观察，得到的结果如下所示：

螺杆转速为100r/min、150r/min、200r/min、250r/min、300r/min时，凝胶的含量分别为0.04%、0.06%、0.09%、0.13%、0.14%；剥离强度分别为16.4N/15mm、20.2N/15mm、27.7N/15mm、31.8N/15mm、27.3N/15mm；老化后的剥离强度分别为15.1 N/15mm、18.3 N/15mm、25.1 N/15mm、25.9 N/15mm、20.6 N/15mm；老化后的剥离强度下降程度分别为1.3 N/15mm、1.9 N/15mm、2.6 N/15mm、5.9 N/15mm、6.7 N/15mm[3]。

MAH接枝反应会对粘接强度决定的，当转速在250r/min，MAH的接枝反应程度会在转速的强化下得到提升，并且在转速的提升下，粘接性也会提升。但是在转速的不断提升下，反应速度也会降低，反应不充分，并且会导致粘结性降低。同时在对粘合树脂的燃油老化性进行观察之后，使得粘接性在老化之后出現降低的情况，并且粘接性在凝胶含量增加的同时也会出现损失的情况。出现这种现象的主要原因是由于在粘接反应界面会在凝胶的干涉下出现缺陷，并且当凝胶的含量在增加时，粘结性也会出现下降的情况，这就说明凝胶含量与粘结老化之间有十分紧密的联系。当转速达到250 r/min，初始粘接强度与老化后粘接强度依然为31.8N/15mm与25.9N/15mm[4]。

3.实验结论

通过本文的分析，能够得出以下几个结论：第一，引发剂用量和反应温度与熔体流动速率呈反比，与凝胶含量呈正比；当螺杆转速在250r/min以内时，熔体流动速度与凝胶含量分别出现下降与增加的情况，当螺杆转速不断增加时，熔体流动速率会出现上升的情况。

第二，不同凝胶含量的粘合性树脂需要在螺杆转速的调整下进行制备，这时会发现转速与凝胶含量之间的关系呈正比，转速与老化后粘接性能呈反比。当引发剂用量为0.6%时，反应温度与转速、凝胶含量、粘合树脂粘接强度、老化后粘接强度分别为220℃、250r/min、0.12%、31.8N/15mm、25.9N/15mm。虽然本文对复合膜用粘接性树脂凝胶含量与粘接性能进行一定的研究，但还有很多不足需要改进，希望在未来的研究者能够不断加大这方面的研究，提升复合膜用粘接性树脂的整体应用效果。

4.结语

复合膜用粘接性树脂的应用十分广泛，并且在应用中取得良好的应用效果，所以就要对复合膜用粘接性树脂凝胶含量与粘接性能进行合理分析。所以在研究过程中引发剂用量对MFR和凝胶含量、反应温度对MFR和凝胶含量、螺杆转速对MFR和凝胶含量、凝胶含量对粘接及老化性能等的影响进行分析，并且复合膜用粘接性树脂凝胶含量与粘接性能的良好，对企业的发展具有重要价值。

参考文献：

[1]郑鑫，母章，谭晓明，等.紫外光固化十二烷基苯磺酸掺杂的纳米聚苯胺/环氧丙烯酸树脂互穿网络导电复合膜的制备及性能[J]. 化工新型材料， 2018， 46（10）：85-88+97.

[2]吉玉， 刘玉玲， 张青红，等. 溶胶凝胶自组装法硅涂层对氧化锆陶瓷与树脂短期粘结强度的影响[J]. 口腔医学杂志—官方网站， 2018， 38（7）：597-601.

[3]刘盼盼， 许苗苗， 祁文静，等. 不同单硬脂酸甘油酯含量的大豆油油凝胶性能和微观结构分析[J]. 南京农业大学学报， 2018， 41（3）：547-554.

[4]潘科学， 梁广耀， 凌林飞，等. 含环氧基和丙烯酸酯基苯基硅树脂的合成及其对封装胶的增粘作用[J]. 有机硅材料， 2018， 32（s1）：15-19.