氧化鋁型材保護膜耐老化性能的影響因素探析

張 鵬，李 瑩，李俊彬，姚小龍，陳宗山

（襄陽三沃航天薄膜材料有限公司，湖北 襄陽 441003）

氧化鋁型材保護膜耐老化性能的影響因素探析

張 鵬，李 瑩，李俊彬，姚小龍，陳宗山

（襄陽三沃航天薄膜材料有限公司，湖北 襄陽 441003）

分析了氧化鋁型材表面特性，探討了封孔質量、保護膜涂膠量以及交聯劑用量對氧化鋁型材表面貼覆保護膜后產生斑影的影響。結果表明：氧化鋁型材表面氧化膜的封孔效果是影響斑影現象嚴重程度的主要因素。通過優(yōu)化壓敏膠配方、適當提高交聯劑用量和降低涂膠量等措施，可有效減少斑影現象，同時大大拓展了壓敏膠的使用范圍。

氧化鋁型材；保護膜；壓敏膠；耐老化性

氧化鋁型材是通過陽極氧化在鋁材表面形成一層具有保護性的氧化鋁薄膜、最后經過“封孔”將氧化膜的膜孔孔隙封閉，使其具有優(yōu)秀的抗蝕性、耐磨性、良好電絕緣性及較高的熱絕緣性，外觀美觀大方，被廣泛用于高檔鋁型材和太陽能光伏產品[1]。由于氧化鋁型材具有特殊的表面結構性能，在其表面貼覆保護膜后易產生斑影和脫膠現象，從而影響氧化鋁型材的外觀及使用。本研究從氧化鋁型材表面特性、表面保護膜及壓敏膠3個方面進行理論分析及試驗研究，探求氧化鋁型材表面形成斑影和殘膠的原因，為解決斑影和殘膠問題奠定了一定的技術基礎。

1 實驗部分

1.1 原材料及及儀器

興發(fā)鋁材，廣東興發(fā)鋁業(yè)有限公司；亞鋁34-1鋁材、亞鋁40-1鋁材，亞洲鋁廠有限公司；厚氧化鋁型材，廣東豪美鋁業(yè)有限公司；聚乙烯膜、乳液壓敏膠（分為A、B、C、D和E5種）、交聯劑SW-100，工業(yè)級，襄陽三沃航天薄膜材料有限公司。

GLH4025型高低溫濕熱箱，重慶銀河試驗儀器有限公司；XLW型智能電子拉力試驗機，濟南蘭光機電技術有限公司；1100型線棒涂布器，英國RK公司。

1.2 性能測試

（1）氧化鋁型材氧化膜封孔質量：按照BS 1615—1945標準，采用指印試驗進行測定。

（2）耐老化性能：將保護膜貼覆于氧化鋁型材表面，在65 ℃的恒溫恒濕試驗箱中放置48 h，取出后在室溫放置30 min，快速剝離，檢測型材表面是否有斑影。

（3）180o剝離強度：按照GB/T 2792—1998標準，采用智能電子拉力試驗機進行測定。

2 結果與分析

本試驗采用氧化鋁的封孔處理方法，主要有水合封孔、蒸汽封孔和金屬鹽溶液封孔這3種方式[1]，封孔質量的檢測方法主要有3種[2]，本研究采用簡單、易操作和成本較低的“指印試驗”方法對4種不同封孔程度的氧化鋁型材進行試驗，結果如表1所示。

表1 不同廠家氧化鋁型材的封孔效果Tab.1 Surface sealing quality of aluminum oxide profiles from different manufacturers

由表1可知：亞鋁34-1鋁材無指印，表明其氧化鋁膜封孔效果相對最好；厚氧化鋁指印相對最明顯，表明其幾乎沒有封孔。

2.1 自然條件下的封孔效果

選用不同封孔質量的氧化鋁在自然環(huán)境下放置24 h后，采用“指印試驗”方法對幾種氧化鋁型材進行了檢測，結果如表2所示。

由表2可知：自然放置24 h后，氧化鋁型材表面封孔質量得到提高，指紋印明顯減少。說明氧化鋁在自然條件下具有自我封孔的性能。這是因為將多孔氧化鋁置于空氣中后，鋁材表面會吸附空氣中的水蒸氣和氧氣，在鋁型材中以水和氧化鋁形式沉積在孔洞中，對孔洞進行了封閉。

表2 不同廠家氧化鋁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 不同氧化鋁型材的耐老化性能

選用幾種低剝離力的乳液壓敏膠，用20#線棒涂布于PE膜上，制作成保護膜，貼覆于幾種氧化鋁型材表面，在65 ℃老化48 h后，氧化鋁型材表面的斑影情況如表3所示。

由表3可知：在剝離力差別不大的情況下，保護膜貼覆亞鋁34-1鋁材時無斑影，貼興發(fā)鋁材和亞鋁40-1鋁材均有斑影，貼厚氧化鋁斑影現象嚴重，這與上面“指印試驗”的結果是一致的，表明型材表面氧化鋁膜封孔效果的好壞與斑影現象嚴重程度密切相關，封孔效果好，表面無斑影；封孔效果差，則表面斑影現象嚴重。這是因為未封孔鋁型材表面的氧化鋁層有規(guī)則的晶體結構，是一層致密的多孔層，具有很強的吸附性。多孔結構不僅增大了固體的比表面積，同時還提供了吸附物質凝聚所需要的空間，所以膜層有很好的吸附性[2]。當氧化鋁型材表面封孔質量較差時，多孔氧化層暴露在外，直接與玻璃化溫度較低的壓敏膠接觸，在極性與外部壓力同時作用的情況下，壓敏膠層會進入到孔隙中，使膠與鋁合金表面的粘接力增加至大于膠的內聚力，導致揭除膠帶時膠層破壞，鋁合金表面被污染產生斑影。

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

2.3 涂膠量對耐老化性能的影響

采用不同目數的涂布線棒，將型材保護膜用乳液壓敏膠A涂布于PE膜上，得到不同涂膠量的保護膜，并在不同氧化鋁型材上進行老化試驗，結果如表4所示。

由表4可知：隨著涂布線棒目數的增加，即每平米涂膠量增加，所有氧化鋁型材保護膜的耐老化性能都變差，斑影現象加重，甚至會出現掉膠的情況，當用40#線棒涂布時，甚至連封孔效果很好的鋁材也出現了輕微的斑影現象。這是因為乳液壓敏膠屬于極性較大的材料，其中含有較多的羥基以及小分子乳化劑，因此有較強的電負性，隨著涂膠量的增加，壓敏膠中未參與交聯的小分子物質會向表面富集,如果被保護表面材料和這些小分子之間作用力較大，就會出現小分子遷移并殘留的現象[3]，未封孔的氧化鋁表面因其具有多孔結構和活性較強等特點，一般被認為是有大量酸性基團的中心，當這些部位結合壓敏膠中酯基、羥基等強電負性基團形成氫鍵吸附、而作用力大于壓敏膠的內聚力時，殘膠就會出現[4]。

表4 涂膠量對保護膜耐老化性能的影響Tab.4 Effect of coated adhesive quantity on aging resistance of protective film

2.4 相對分子質量大小對耐老化性能的影響

乳液壓敏膠中存在大量不揮發(fā)小分子，要克服其存在就要求提高單體轉化率，同時采取自交聯方法，使分子鏈之間相互交聯。但在膠液合成時自交聯程度不可太高，為此，在配方設計時應考慮聚合反應結束后，大分子鏈段中應保留一定的活性官能基團，以便在膠液涂布前能夠外加交聯劑或擴鏈劑，使得壓敏膠交聯程度進一步提高，這也能夠使膠液中剩余游離的小分子質量聚合物進一步參與整體分子交聯[5]。本試驗在2.3的基礎上選用同一乳液型壓敏膠、不同交聯劑用量制得的保護膜進行試驗，結果如表5所示。

由表5可知：隨著交聯劑用量的增加，有效改善了斑影現象，但同時也存在一些問題，主要是隨著交聯劑用量的增加，保護膜剝離力變低，貼覆性能變差，尤其是當交聯劑用量大于1.4%時，某些鋁材貼覆不上，放在老化烘箱里保護膜會飄起。因此，必須優(yōu)化助劑含量，保證保護膜既有較好的貼覆性能，又不在型材表面留下斑影。

表5 交聯劑用量對保護膜耐老化性的影響Tab.5 Effect of crosslinker amount on aging resistance of protective films

2.5 不同表面張力乳液壓敏膠對耐老化性能的影響

在乳液壓敏膠D合成過程中通過改性得到表面張力較低的乳液壓敏膠E，在剝離力相當的條件下分別對不同鋁型材表面進行貼覆老化試驗，結果如表6所示。

表6 不同表面張力乳液壓敏膠對斑影的影響Tab.6 Effect of emulsion PSAs with different surface tension on “fleck-shadows”

由表6可知：壓敏膠乳液的表面張力越高，則老化試驗中更容易在氧化鋁表面留下斑影。通過優(yōu)化壓敏膠配方，降低膠水極性和表面張力可以在保證貼覆效果的同時在一定程度上增強氧化鋁保護膜的耐老化性能。

3 結論

（1）氧化鋁型材表面氧化膜的封孔質量是影響其保護膜耐老化性能的主要因素，封孔效果好，則無斑影現象，封孔效果差，則斑影現象嚴重。

（2）通過優(yōu)化壓敏膠配方，選用合適的乳化劑種類及含量，降低膠水極性和表面張力可有效解決斑影現象；

（3）提高交聯劑用量可提高保護膜的耐老化性能，改善斑影現象，但交聯劑用量過高會使保護膜剝離強度降低，影響貼覆效果；

（4）適當降低涂膠量可改善斑影現象，但涂膠量過低將導致保護膜貼覆效果變差。

[1]王舉榮,齊忠東.鋁型材氧化膜低溫封孔質量影響因素及控制[J].鋁合金加工技術,2000,28(3)：26-28.

[2]朱祖芳.鋁陽極氧化膜封孔技術之進展[J].電鍍與涂飾,2000,19(3)：32-37.

[3]楊玉昆,呂鳳亭.壓敏膠制品技術手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社,2004.

[5]曾志平,王艷薇.表面保護膜殘膠形成的機理和對策[J].粘接,2007,28(1)：63-64.

[4]張志勇,張鵬.ASA彩色攻擊型材保護膜的研制[J].塑料異型材,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

張鵬（1983-），男，工程師，主要從事壓敏膠保護膜的技術工藝研究。E-mail：365773742@qq.com。