正文 第三節 為增加黏合力的預處理(1 / 3)

一、黏合力的理論

一般認為,要使兩個物體緊密地黏合起來並具有足夠的強度,則兩個物體必須相互浸潤形成某種能量最低的結合才行。當液體與固體結合時,是以體係的表麵能(surface engergy)或表麵自由能降低多少來衡量濕潤程度的。表麵能降低得越多,濕潤程度越高。取某個固體與液體,它們與空氣接觸的表麵積均為1cm2。固液接觸前,體係的表麵能為r液-氣+r固-氣,固液接觸後,體係表麵能為r固-液。在恒溫恒壓下固液接觸過程中自由能的變化為:

-ΔG=r液-氣+r固-氣+r固-液

對於固體來說,可通過測定其與液體的接觸角來衡量其濕潤程度。即通過接觸相的比表麵自由能相互關係來確定濕潤程度。因為比表麵能r也可理解為沿液體表麵作用在單位長度上的力,所以比表麵能也可以用表麵張力表示。一般說,接觸角較小,表麵張力較大,表麵自由能較大,濕潤性能較好,就有較好的黏合力。

從表麵能的角度考慮,隻有當低表麵能的液體覆蓋到高表麵能的固體表麵上時,才能使體係總表麵能降低。為了增加固體的表麵自由能,往往在複合或印刷前需對薄膜進行一些預處理,以增加黏合力。

但我們也不能過分強調濕潤是良好黏合力的先決條件。除了表麵特性外,研究影響真正連接性能的實際黏合情況是必需的。

紙和紙板是一種極性材料,具有較高的表麵能。但加填、內施膠與表麵施膠、加入化學助劑、不同纖維配比、顏料塗布等所有這些因素都對紙和紙板的表麵性能有影響。

雖然纖維素有很高的表麵能,但表麵能較低的組分如木素、抽提物和施膠均可使總的表麵能有所降低。據Strom和Carlsson估計,經堿抽提的漂白漿,原始接觸角為29°。經抽提的高得率漿為67°。而未經抽提的同樣高得率漿為106°。在表麵上有一小部分低能材料都會大大改變接觸角。根據Lehtinen的研究,木素的極性低於纖維素。水不會在幹纖維素上滲開,但吸收了水分子可增加其表麵能。

在與紙的黏合力形成中,酸性基的相互作用也很重要,因為纖維素表麵有許多附著基(例如羥基)。普通紙張跟水和酸堿液都可相互作用,這凸顯了紙張表麵的兩性特點。減少纖維對水溶液濕潤性能的紙張內施膠,往往降低覆蓋酸堿基的極性組分,但增加了分散體組分的表麵能。根據Carlsson的研究,有些AKD助劑並不與纖維結合,而是形成了降低紙板與聚乙烯之間黏合力的弱邊界層。

二、提高黏合力的實踐

Mittal建議了幾種提高塗層黏合力的途徑。包括:

——表麵處理

——機械粗糙化

——去除弱邊界層

——最小應力

——使用黏合力促進劑

——適當的酸性基配合作用

——良好的熱力學與濕潤處理

不同的基材可使用不同的方法來改變表麵能或外形,或去除弱邊界層以提高結合力。每種方法都有其特定用途。在紙與紙板後加工中典型的預處理技術包括使用化學品、溶劑、熱與火焰、機械方法、等離子體、電暈、射線處理等。每種方法都有提高黏合力的一定作用。我們下麵將擇要介紹幾種常用的方法。

電暈處理的原理是使基材移動在帶有絕緣材料的拋光金屬輥上,高壓電極置於基材上方,利用高頻發生器使紙幅與電極之間的空氣離子化而形成電暈。電暈中產生的高速電子,裂斷基材表麵上的化學鍵而形成極性基團。

火焰處理對聚合物、紙、紙板和鋁箔都有效。該方法的效果有賴於基材表麵層被火焰的熱能氧化而形成羥基、羰基和羧基。但基材溫度也隨之提高,這影響在擠出塗布中的黏合力。火焰處理所形成的斷鏈產物提高了極性基的擴散和濕潤性能。當應用於紙或紙板時,火焰還具有幹燥效應。火焰預處理由於清除了冒出紙外的纖維,減少了產生針眼的可能性。