聚乙烯發泡被覆工藝 (五)
Coating works with Foamed Polyethylene-－ The Use Of Cross-Linking Agent
陳幸郎博士
新端實業有限公司 協理
中山大學化學研究所
架橋劑(cross-linking agent)是一種能讓主鏈分子間起架橋作用，使多個線型分子相互鍵結，形成共價鍵或離子鍵，交聯成網狀結構的物質。對塑膠材料發泡而言，聚合物架橋是在增加熔體黏度，加大發泡溫度區間，當熔融塑料要開始發泡膨漲時，塑膠粒膠化程度約在20至40%，若有添加過氧化物架橋劑，架橋作用在發泡膨漲時會繼續進行，所以在發泡與架橋同時進行中，對影響架橋的因素，包括聚合物的型式、發泡劑的類型、添加量的多寡、塑料的添加物、抗氧化劑（會消耗架橋劑）、水分、酸鹼度（偏酸會影響架橋）、溫度控制等，如果能控制得當，發泡效果會達最佳狀態。一般架橋劑的交聯反應機構分成三階段，概述如下：
1. 過氧化物分解，形成自由基：
2. 自由基攻擊聚合物分子，造成聚合物分子的氫原子轉移，產生聚合物自由基：
3. 聚合物自由基的結合，形成共價鍵，產生複雜的鍵結結構：
所以該架橋劑量愈多，發泡體的硬度也會愈高，如圖1所示，是醋酸丙酸纖維CAP(Cellulose acetate propionate)塑料，用固定發泡劑量下，使用不同添加量的架橋劑，獲得成品表面硬度的情形，可明顯看出成正比的關係。
圖1. 架橋劑添加量與發泡體硬度的關係
當然，過度架橋時，熔體會因交聯成網狀結構過度密實，熔融黏度變的太高，會壓制發泡的膨漲，而架橋不足時，熔融黏度太低，又會導致氣爆的破泡，所以過與不足，都無法穩定氣泡系統，圖2是流變儀（rheometer）在溫度170℃中，LDPE與EVA的架橋情形，採用的架橋劑為DCP 0.8 phr，圖中的TEVA及TLDPE分別是EVA及LDPE的最適架橋時間，可看出EVA的架橋速率比LDPE快很多，依此方法找出類似架橋特性，可方便控制一些塑料的架橋量，對發泡產品製程會有莫大的幫助。
圖2. 流變儀中LDPE與EVA的架橋曲線
大部分塑料都可以用有機過氧化物當架橋劑，唯有一些無法利用過氧化物進行化學架橋(chemical cross-linking)的材料，包括丁基橡膠(butyl rubber, IIR)、環氧氯丙烷(epichlorohydrin, CO)、環氧氯丙烷環氧乙烷(epichlorohydrin ethylene oxide, ECO)等，可採用放射線架橋(radiation cross-liking)發泡，在製程上把化學架橋發泡的加熱程序，改用放射線照射機照射即可，兩種方法的比較如表1，可看出放射線架橋產品較薄、氣泡較小、架橋度較低。
表1. 化學架橋與放射線架橋發泡的比較
架橋劑除了可控制塑料發泡外，對聚烯烴類熱塑性塑膠，透過兩種交聯劑混合交聯如TMPTMA（Trimethylolpropane Trimethacrylate, C18H26O6）和DCP（dicumyl peroxide, C18H22O2），也能顯著提高交聯製品的耐熱性、耐候性、耐溶劑性、和抗腐蝕性等，同時還可以改善塑料的機械性能，比單純用DCP交聯更能改善產品的品質，更可減少DCP用量，消除DCP的異味，通常添加TMPTM為1-3%，DCP為0.5-1%。而對於難以交聯的PVC，最好採用PVC/EVA共交聯，即在PVC中再添加10-20%的EVA混煉交聯，能更加改善製品的性能。
