如何优化PET薄膜的黏接性能：基材表面处理方法探究

涂布即涂布液在涂布基材表面的润湿铺展过程，理论上固体（塑料）表面与液体（黏合剂、涂料、印刷油墨等）接触时，固体表面会生成固体和液体混合的界面，这就是润湿现象。从固体和液体接触状态到分离状态的自由能W，用以下公式来表示。

图4-1　平面基材上的接触角

式中，γL——液体表面张力（N/m），θ——接触角。

上式为杨氏方程，适用于光滑、平整和均匀的固体表面。当γL大时，接触角θ越小，自由能W变大，θ=0时W最大，这里的接触角θ表示的是固体润湿性的特征。表4-2所示的部分合成树脂薄膜表面性能，当薄膜表面的临界表面张力γC大于涂布液的表面张力γL时，是完全润湿的，反之则润湿不好。

涂布基材表面的高表面能和涂布液的低表面张力，都有助于功能涂布液在基材表面的润湿铺展。合成树脂薄膜表面的均匀结构致使表面能偏低，一般要经过处理提高其表面能后，才会具备较好的涂布性能。

1.常用薄膜的表面处理技术

表面处理法有物理处理和化学处理两大类，要根据材料来决定处理方法，通常选用成本低的方法。物理处理包括电晕处理、等离子体处理、火焰处理、机械处理；化学处理包括表面涂层、表面接枝、硅烷偶联剂处理。

（1）电晕处理

电晕处理是在常压下，利用高频高压电极放电，在薄膜的表面进行处理的技术。电晕放电时，空气电离后产生的各种等离子体，在强电场作用下加速冲击塑料表面，诱发表面高分子的化学键断裂，增大表面粗糙度。放电产生大量的臭氧，使表面高分子被氧化，产生羟基、羰基、过氧基等基团，增加极性。经处理的薄膜表面的润湿性和附着性得到明显改善。通常电晕处理电极距离薄膜在2mm左右为宜，最小的可达1mm，根据不同材质决定。

（2）等离子体处理

赋予气体高能量时，会离解气体分子成原子；赋予原子高能量时，在原子核周围电子分离，分成带正电的离子和带负电的自由电子，像这种电离的状态称为等离子。用等离子体处理薄膜表面，可以切割高分子，改变薄膜的表面形貌、表面化学组成及性质等。根据需要，可以分别获得不同的憎水性或亲水性。一般而言，等离子体处理对薄膜产生刻蚀作用，等离子体处理后的薄膜表面氧/碳、氮/碳含量比有所增加，薄膜表面极性基团如C—O/C—N、C=O、C=O—O等含量增加，薄膜表面亲水性有明显改善，表面自由能明显提高。

（3）火焰处理

火焰处理是指利用高温气体火焰对PET薄膜进行表面改性处理。由于火焰中含有大量激发态的-O、-OH和-NO等基团，在高温下可以同PET薄膜表面大分子发生化学反应，产生羟基、羰基和羧基等极性基团，并使PET薄膜表面粗化，提高了PET薄膜表面的附着性和亲水性。

（4）表面涂层

在薄膜的表面涂布纳微米级厚度的涂层材料，通常称为底涂层，底涂层中含有较多极性基团，能明显增加表面极性，改善润湿性能，拓宽应用范围。

（5）表面接枝(www.xing528.com)

表面接枝是利用一定的手段将特定的单体或官能团接枝到薄膜表面，接枝在薄膜表面的单体或官能团赋予了薄膜表面不同的性能。常用方式包括化学接枝、辐射接枝、紫外光接枝、等离子体接枝等。

（6）硅烷偶联剂处理

将含氟硅氧烷与γ–氨丙基三乙氧基硅烷溶胶，涂于薄膜表面，透光性、疏水性及力学性能优良。通过自由基聚合将γ–甲基丙烯酰氧基、丙基三甲氧基硅烷（KH570）分别与甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯进行共聚。将所得聚合物涂覆于薄膜表面，薄膜透光性得到进一步增强，表面自由能有所减小。

2.PET薄膜/涂层界面黏接性能提高措施

双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜是一种无色透明、有光泽的薄膜，具有良好的力学性能、光学性能、电气性能、热性能等，应用广泛，但PET薄膜表面能和硬度低，耐磨性、吸湿性、黏结性、疏水性、阻隔性、抗静电性、可印性和可染性较差。为此，需要对PET薄膜表面进行改性，改善其表面性能，延长其使用寿命和拓宽其应用范围。

未经处理的PET薄膜，涂层很难与其黏接紧密。

（1）与PET薄膜相匹配的涂层材料研究

聚对苯二甲酸乙二醇酯的化学结构为

由上可见，在大分子结构的两端存在两个羟基-OH，中间一个芳环，它们通过酯基彼此互相连接。

几乎所有表面涂布技术都是以涂布液能在基体表面上的润湿为其结合的前提条件。根据Sell-Neumann方程，当薄膜基材/涂层体系的界面张力趋于0，体系界面的接触角也将趋于0，这时界面黏接强度达到最高。因此，在实际运作的过程中，通过选择涂布液的组成成分，调节各组成成分的比例来调节涂布液的界面张力，使其表面张力能互相匹配。

（2）对PET薄膜进行表面处理

PET薄膜表面张力较低，对涂布液的亲和性较小，并且PET薄膜结晶度较高，不易被涂液溶胀而发生分子间的扩散作用，因而黏接性比较差。所以对PET薄膜基材表面进行处理，可以提高其表面张力，降低其表面结晶度，改善其表面的黏接性能。

目前对PET薄膜常用的处理方法有电晕放电处理、等离子体处理、光化学处理、化学氧化处理以及底涂处理等。

光化学处理和电晕处理一样，具有一定的时效性；用等离子体对PET薄膜（125μm厚）进行处理可取得较好的结果。XPS测定PET表面的化学组成发现PET薄膜表面含氧官能团在氧等离子体处理后得到了显著的增加；使用水滴法测表面接触角发现，PET薄膜经等离子体改性其水滴在其表面接触角由75°降为了20°（75Pa，氧气），表明改性后的PET薄膜其润湿性增强了。

PET薄膜的表面经丙酮清洗表面处理、化学处理和Co60辐照处理后，其表面主要元素含量、胶黏剂剥离强度和吸水性都有所影响。结果表明：丙酮清洗处理的PET薄膜黏接接头耐久性能低于化学处理，而Co60辐照的聚酯膜黏接接头耐久性能最佳。

用二苯甲酮（BP）做光引发剂，对PET薄膜用丙烯酸进行紫外光照表面接枝改性。经过接枝反应，羧基（—COOH）被引入到PET薄膜表面。其表面接触角测定结果表明，PET薄膜表面的接触角随着接枝率的增加逐渐减小。