氧化铝型材保护膜耐老化性能的影响因素探析

张 鹏，李 莹，李俊彬，姚小龙，陈宗山

（襄阳三沃航天薄膜材料有限公司，湖北 襄阳 441003）

氧化铝型材保护膜耐老化性能的影响因素探析

张 鹏，李 莹，李俊彬，姚小龙，陈宗山

（襄阳三沃航天薄膜材料有限公司，湖北 襄阳 441003）

分析了氧化铝型材表面特性，探讨了封孔质量、保护膜涂胶量以及交联剂用量对氧化铝型材表面贴覆保护膜后产生斑影的影响。结果表明：氧化铝型材表面氧化膜的封孔效果是影响斑影现象严重程度的主要因素。通过优化压敏胶配方、适当提高交联剂用量和降低涂胶量等措施，可有效减少斑影现象，同时大大拓展了压敏胶的使用范围。

氧化铝型材；保护膜；压敏胶；耐老化性

氧化铝型材是通过阳极氧化在铝材表面形成一层具有保护性的氧化铝薄膜、最后经过“封孔”将氧化膜的膜孔孔隙封闭，使其具有优秀的抗蚀性、耐磨性、良好电绝缘性及较高的热绝缘性，外观美观大方，被广泛用于高档铝型材和太阳能光伏产品[1]。由于氧化铝型材具有特殊的表面结构性能，在其表面贴覆保护膜后易产生斑影和脱胶现象，从而影响氧化铝型材的外观及使用。本研究从氧化铝型材表面特性、表面保护膜及压敏胶3个方面进行理论分析及试验研究，探求氧化铝型材表面形成斑影和残胶的原因，为解决斑影和残胶问题奠定了一定的技术基础。

1 实验部分

1.1 原材料及及仪器

兴发铝材，广东兴发铝业有限公司；亚铝34-1铝材、亚铝40-1铝材，亚洲铝厂有限公司；厚氧化铝型材，广东豪美铝业有限公司；聚乙烯膜、乳液压敏胶（分为A、B、C、D和E5种）、交联剂SW-100，工业级，襄阳三沃航天薄膜材料有限公司。

GLH4025型高低温湿热箱，重庆银河试验仪器有限公司；XLW型智能电子拉力试验机，济南兰光机电技术有限公司；1100型线棒涂布器，英国RK公司。

1.2 性能测试

（1）氧化铝型材氧化膜封孔质量：按照BS 1615—1945标准，采用指印试验进行测定。

（2）耐老化性能：将保护膜贴覆于氧化铝型材表面，在65 ℃的恒温恒湿试验箱中放置48 h，取出后在室温放置30 min，快速剥离，检测型材表面是否有斑影。

（3）180º剥离强度：按照GB/T 2792—1998标准，采用智能电子拉力试验机进行测定。

2 结果与分析

本试验采用氧化铝的封孔处理方法，主要有水合封孔、蒸汽封孔和金属盐溶液封孔这3种方式[1]，封孔质量的检测方法主要有3种[2]，本研究采用简单、易操作和成本较低的“指印试验”方法对4种不同封孔程度的氧化铝型材进行试验，结果如表1所示。

表1 不同厂家氧化铝型材的封孔效果Tab.1 Surface sealing quality of aluminum oxide profiles from different manufacturers

由表1可知：亚铝34-1铝材无指印，表明其氧化铝膜封孔效果相对最好；厚氧化铝指印相对最明显，表明其几乎没有封孔。

2.1 自然条件下的封孔效果

选用不同封孔质量的氧化铝在自然环境下放置24 h后，采用“指印试验”方法对几种氧化铝型材进行了检测，结果如表2所示。

由表2可知：自然放置24 h后，氧化铝型材表面封孔质量得到提高，指纹印明显减少。说明氧化铝在自然条件下具有自我封孔的性能。这是因为将多孔氧化铝置于空气中后，铝材表面会吸附空气中的水蒸气和氧气，在铝型材中以水和氧化铝形式沉积在孔洞中，对孔洞进行了封闭。

表2 不同厂家氧化铝型材自然放置前后的封孔效果Tab.2 Surface sealing quality of different aluminum oxide profiles before and after natural standing for 24 hs

2.2 不同氧化铝型材的耐老化性能

选用几种低剥离力的乳液压敏胶，用20#线棒涂布于PE膜上，制作成保护膜，贴覆于几种氧化铝型材表面，在65 ℃老化48 h后，氧化铝型材表面的斑影情况如表3所示。

由表3可知：在剥离力差别不大的情况下，保护膜贴覆亚铝34-1铝材时无斑影，贴兴发铝材和亚铝40-1铝材均有斑影，贴厚氧化铝斑影现象严重，这与上面“指印试验”的结果是一致的，表明型材表面氧化铝膜封孔效果的好坏与斑影现象严重程度密切相关，封孔效果好，表面无斑影；封孔效果差，则表面斑影现象严重。这是因为未封孔铝型材表面的氧化铝层有规则的晶体结构，是一层致密的多孔层，具有很强的吸附性。多孔结构不仅增大了固体的比表面积，同时还提供了吸附物质凝聚所需要的空间，所以膜层有很好的吸附性[2]。当氧化铝型材表面封孔质量较差时，多孔氧化层暴露在外，直接与玻璃化温度较低的压敏胶接触，在极性与外部压力同时作用的情况下，压敏胶层会进入到孔隙中，使胶与铝合金表面的粘接力增加至大于胶的内聚力，导致揭除胶带时胶层破坏，铝合金表面被污染产生斑影。

表3 不同氧化铝型材的耐老化性能Tab.3 Aging resistant performance of different aluminum oxide profiles

2.3 涂胶量对耐老化性能的影响

采用不同目数的涂布线棒，将型材保护膜用乳液压敏胶A涂布于PE膜上，得到不同涂胶量的保护膜，并在不同氧化铝型材上进行老化试验，结果如表4所示。

由表4可知：随着涂布线棒目数的增加，即每平米涂胶量增加，所有氧化铝型材保护膜的耐老化性能都变差，斑影现象加重，甚至会出现掉胶的情况，当用40#线棒涂布时，甚至连封孔效果很好的铝材也出现了轻微的斑影现象。这是因为乳液压敏胶属于极性较大的材料，其中含有较多的羟基以及小分子乳化剂，因此有较强的电负性，随着涂胶量的增加，压敏胶中未参与交联的小分子物质会向表面富集,如果被保护表面材料和这些小分子之间作用力较大，就会出现小分子迁移并残留的现象[3]，未封孔的氧化铝表面因其具有多孔结构和活性较强等特点，一般被认为是有大量酸性基团的中心，当这些部位结合压敏胶中酯基、羟基等强电负性基团形成氢键吸附、而作用力大于压敏胶的内聚力时，残胶就会出现[4]。

表4 涂胶量对保护膜耐老化性能的影响Tab.4 Effect of coated adhesive quantity on aging resistance of protective film

2.4 相对分子质量大小对耐老化性能的影响

乳液压敏胶中存在大量不挥发小分子，要克服其存在就要求提高单体转化率，同时采取自交联方法，使分子链之间相互交联。但在胶液合成时自交联程度不可太高，为此，在配方设计时应考虑聚合反应结束后，大分子链段中应保留一定的活性官能基团，以便在胶液涂布前能够外加交联剂或扩链剂，使得压敏胶交联程度进一步提高，这也能够使胶液中剩余游离的小分子质量聚合物进一步参与整体分子交联[5]。本试验在2.3的基础上选用同一乳液型压敏胶、不同交联剂用量制得的保护膜进行试验，结果如表5所示。

由表5可知：随着交联剂用量的增加，有效改善了斑影现象，但同时也存在一些问题，主要是随着交联剂用量的增加，保护膜剥离力变低，贴覆性能变差，尤其是当交联剂用量大于1.4%时，某些铝材贴覆不上，放在老化烘箱里保护膜会飘起。因此，必须优化助剂含量，保证保护膜既有较好的贴覆性能，又不在型材表面留下斑影。

表5 交联剂用量对保护膜耐老化性的影响Tab.5 Effect of crosslinker amount on aging resistance of protective films

2.5 不同表面张力乳液压敏胶对耐老化性能的影响

在乳液压敏胶D合成过程中通过改性得到表面张力较低的乳液压敏胶E，在剥离力相当的条件下分别对不同铝型材表面进行贴覆老化试验，结果如表6所示。

表6 不同表面张力乳液压敏胶对斑影的影响Tab.6 Effect of emulsion PSAs with different surface tension on “fleck-shadows”

由表6可知：压敏胶乳液的表面张力越高，则老化试验中更容易在氧化铝表面留下斑影。通过优化压敏胶配方，降低胶水极性和表面张力可以在保证贴覆效果的同时在一定程度上增强氧化铝保护膜的耐老化性能。

3 结论

（1）氧化铝型材表面氧化膜的封孔质量是影响其保护膜耐老化性能的主要因素，封孔效果好，则无斑影现象，封孔效果差，则斑影现象严重。

（2）通过优化压敏胶配方，选用合适的乳化剂种类及含量，降低胶水极性和表面张力可有效解决斑影现象；

（3）提高交联剂用量可提高保护膜的耐老化性能，改善斑影现象，但交联剂用量过高会使保护膜剥离强度降低，影响贴覆效果；

（4）适当降低涂胶量可改善斑影现象，但涂胶量过低将导致保护膜贴覆效果变差。

[1]王举荣,齐忠东.铝型材氧化膜低温封孔质量影响因素及控制[J].铝合金加工技术,2000,28(3)：26-28.

[2]朱祖芳.铝阳极氧化膜封孔技术之进展[J].电镀与涂饰,2000,19(3)：32-37.

[3]杨玉昆,吕凤亭.压敏胶制品技术手册[M].北京：化学工业出版社,2004.

[5]曾志平,王艳薇.表面保护膜残胶形成的机理和对策[J].粘接,2007,28(1)：63-64.

[4]张志勇,张鹏.ASA彩色攻击型材保护膜的研制[J].塑料异型材,2013,16(3)：48-51.

Discusssion on influence factors of aging-resistance of protective film for aluminum oxide profile

ZHANG Peng, LI Ying, LI Jun-bin, YAO Xiao-long, CHEN Zong-shan
(Xiangyang Sunvalor Aerospace Films Co., Ltd., Xiangyang, Hubei 441003, China)

The surface features of aluminum oxide profile were analyzed. The effects of sealing quality of profile surface , coated adhesive quantity of the protective film and crosslinking agent amount on the "fleck-shadows" produced on the aluminum oxide profile surfaces after applying the protective films and peeling them were investigated. Results showed that the sealing quality of aluminum oxide profiles surfaces was the main factor affected the severity of "fleck-shadows" phenomena. The "fleck-shadows"phenomena for the protective film can be decreased by optimizing the pressure sensitive adhesive composition, increasing the crosslinker amount and reducing the coated adhesive quantity, which greatly expands the application range of pressure sensitive adhesive at the same time.

aluminum oxide profiles; protective films; pressure sensitive adhesives; aging resistance

TQ 437

A

1001-5922（2017）01-0052-04

2016-08-23

张鹏（1983-），男，工程师，主要从事压敏胶保护膜的技术工艺研究。E-mail：365773742@qq.com。