CN1270885A - 塑料件固定在玻璃壶上的方法 - Google Patents

Abstract

一种塑料件紧固在玻璃壶上的方法。聚丙烯使用极化剂如好的用于玻璃的胶粘剂,是很难润湿的,因而也难以粘合到玻璃上。新的工艺方法是能够将聚丙烯粘贴到玻璃上,并且在使用温度90℃和以上时能达到足够的粘附强度。聚丙烯部件在粘贴之前,至少在粘贴位置进行表面活化。方法是应用低压等离子体或火焰。应用新方法,将聚丙烯手柄和聚丙烯塑料边圈(带壶嘴和无壶嘴)粘贴到玻璃壶,特别是咖啡壶上。

Description

塑料件固定在玻璃壶上的方法

本发明涉及用一种粘合剂使塑料件，如聚丙烯手柄和/或环包着壶的上部边缘的聚丙烯塑料边圈-带有或不带壶嘴-固定在玻璃壶上的一种方法。本发明还涉及根据权利要求20前序部分所述的一种壶。

用于冷、热饮料(比如咖啡)的餐饮容器和储存容器，或者用作餐饮配制容器的玻璃壶，为了减少壶颈部因受碰撞易产生破碎而配制的塑料边圈。为了握持装有烫饮料的玻璃壶，常常都采用塑料手柄，该手柄可以是壶的一个独立组成部分，或者是与塑料边圈结合成一个整体。

一种粘贴性好而价格适宜的塑料是丙烯腈一丁二烯-苯乙烯共聚物(以下简称ABS)。许多改进型ABS得到德国联邦卫生局和美国食品和药品机构的许可，这种与饮料直接接触的塑料边圈可以用ABS制造。取得许可的这些改进型ABS能够经受通常家用洗碗机的温度，但是放在工业用洗涤机时，ABS塑料显示出变色和变形。

出于经济和健康保护的原因，聚丙烯要比ABS更受喜爱。聚丙烯还能满足温度90℃或更高温度下对形状和颜色稳定性的要求。

当使用温度为90℃或更高时，由于粘附强度太低，因而产生粘结裂痕，即在粘合剂和塑料件之间出现裂缝。例如工业部门用的工业洗涤机使用温度为90℃及以上时，就会出现裂缝。

只有独立的手柄需用粘贴。塑料边圈等，如果是用聚丙烯制的，在其下部边缘都有一个环形槽，利用该槽使边圈紧卡在玻璃壶边缘上，并再加上用粘合剂嵌入到槽内使其固定。这里粘合剂首要任务是填充玻璃壶边缘和塑料边圈槽之间的自由空间。力的传递主要是机械方式实现。一般ABS藉助双组分硅粘合剂和附加使用化学粘合增附剂(底漆)能使塑料件和玻璃壶之间的粘合达到足够的强度。当粘贴过负荷时即产生一种粘合断裂图象，即裂缝穿透粘合剂。

粘合剂在塑料边圈上还具有密封作用，以阻止液体从玻璃口边缘和塑料边圈的中间流出。为此目的也可以应用密封圈。在这种情况下，一般是应用两个单独的塑料件进行相互钩套作为塑料边圈。这个方法是费用较多，比整体边圈价格贵一些。

从专利文献EP 0413 196 B1已知一种壶，其手柄不连接在塑料边圈上，两个部件都是壶的独立组成部分。手柄不仅固定在壶的外侧，而且与塑料边圈是形状锁合地连接。这种形状锁合的连接位置与加在塑料边圈上的壶嘴相对峙。因此塑料边圈和手柄造型必然复杂，因而使制造和安装增加困难和增加成本。有关粘着连接耐高温的性能，本文中不作陈述。

聚丙烯粘贴方面的问题在于，聚丙烯是非极性的，很难为一些粘合剂所润湿，例如用于玻璃的好粘合剂，其比聚丙烯更为极性。1998年9月23-24日在德国Regensburg市召开的第11届专业讨论会“塑料的新表面”-预处理和涂层-的会刊上，发表了各种表面处理的可能性，使非极性材料的表面赋予极性化性能。对此，等离子聚合(见会刊179页等)和气体火焰处理(同上210页等)。等离子聚合是基于，使用一等离子体所选择的气压在一个基体上分离出带极性官能团的聚合物层。应用气体火焰，一是使表面氧化，二是通过火焰内所含离子和电子使表面极性化。

《塑料顾问》期刊上7/8 1982刊发表了“塑料粘贴”的论文，认为较难粘结的塑料必须预处理。特别是聚丙烯是难粘合的塑料。推广用于聚丙烯预处理的有化学方法，例如采取在硫酸铬中腐蚀；热处理方法，例如气体火焰或电处理方法，例如通过电晕放电。文章讨论了塑料相互粘合。但塑料粘贴玻璃上未有提及。

一篇题为“经低压等离子体予处理的塑料粘贴”文章，发表在《塑料》期刊73(1983)3，文中叙述钢-塑的例子，即在聚丙烯塑料经过低压等离子体予处理能增加粘附力。这个效果能保持几天至许多天。氧气是被建议用于低压等离子活化工艺气体的一种。在这篇论文中也未谈到塑料与玻璃的粘合。

从摘录的现有技术，没有看到有关这方面的提示，即如何能够改进粘合物在使用温度为90℃及以上时的粘附强度。

本发明提出的任务是，使用一种粘合剂发明一种使聚丙烯固定在玻璃上的方法，以在使用温度即使为90℃及以上时，也能达到足够的粘附强度。

根据本发明，该任务的解决方式是，通过两种固定塑料件的方法，如聚丙烯手柄或包围着壶上部边缘的聚丙烯塑料边圈带壶嘴或不带壶嘴-借助一种粘合剂粘合到玻璃壶上。其中在粘合剂上到塑料件之前，至少在应粘合的位置进行表面活化。表面活化的方法可以在低压等离子中进行，或通过火焰处理。

聚丙烯部件在粘贴之前通过表面活化处理，表面会产生极性。从而提高粘合剂的表面润湿可能性，同时也提高聚丙烯和粘合剂之间结合的粘附强度。这种提高了的粘附强度在较高温度下仍然保持，因而在较高温度使用时，不再出现使用时玻璃壶与塑料件突然分开。

根据本发明的第一种方法，是在低压等离子体中表面活化。低压等离子体是在低压力下，通过电场足够的强度作用到一气体上而产生。在电场作用下产生的离子体，能导致中性气体原子通过电子和正电荷离子的能量激发而裂解。由于等离子体具有相同数量的正负载流子，即向外是中性电，但仍具有电导性。等离子冲撞到应进行予处理接合件的接近表面的原子或分子上，导致表面的活化。

实践证明，聚丙烯粘贴玻璃需进行的表面活化加工，压力在10帕(Pa)和500帕之间为最佳。

根据工艺气体的组成，可使表面发生一种化学变化。采用等离子体并应用氧气或含氧的气体混合物，最简单情况下应用空气能达到一种既清洁又活化的效果。为此，在适宜的程序下，有机的涂层转化为水和二氧化碳，紧接着含氧、极性官能团固着在已清洁的塑料表面的分子链上。具有润湿性能的主要官能团是羰基，羧基，羟基以及在特定情况下的过氧化物基团。

为了提高粘附强度，首选方式是将在等离子体中活化了的塑料件或手柄，在涂敷粘合剂之前，再添加一化学增附剂层(底漆)。涂一种化学增附剂以增强这种功能，即清洁应粘合的表面、在加工时产生的灰尘、油脂以及其他的异物。

经过低压等离子体的活化后，聚丙烯部件在被送至后道工序加工之前，可以存放数天至数周，而不致因较迟粘合失去粘附强度。这点在工艺技术方面是一大优点，因为活化工作面和后续加工工作面的空间能相互分开，所以可以避免为了建造一条有等离子反应器的加工线，而付出的高投资费用。

在大面积活化聚丙烯表面时应注意的是，在壶嘴边缘有可能过份提高了润湿性，而在倒出液体时，液体经整个边缘流出。通过对未进行处理的位置有目的的保护，这种情况就完全得到克服。

根据本发明的第二个方法是，使用火焰进行表面活化。通过电子和离子的氧化和附着，原来聚丙烯塑料件的非极性表面产生极性分子，而这种分子又给粘合剂分子提供粘合的可能性。

火焰加工的一大优点是，能使表面活化，并且只在粘贴位置活化。例如一个塑料边圈，只需要在环形槽的底面横挡面和进行活化，使聚丙烯塑料边缘的壶嘴在倒出液体时获得较差的润湿性。

火焰处理最好应用煤气喷灯，此外不需要任何特殊的处理工具，所以此方法优选的实施方式是既简单又成本合适。

经活化的聚丙烯表面所得到的性能取决于火焰特征，即温度，离子分布和活化区域的大小。活化区域即氧化的区域，它的深兰色外焰目视清楚可见。浅蓝色焰心强烈的缩小，因此对表面活化不适宜。在待氧化区域内，温度和离子密度的分布有差别，此外所取得的性能取决于与表面变换作用的强度，该表面亦受到喷灯-塑料表面间距和作用时间的参与决定。

如果空气-煤气混合比采取空气占8-12容积份额，天然气占1容积份额，可获得聚丙烯表面活化最佳火焰特征。此外空气和天然气任何地方均可很便宜地提供。

聚丙烯制的塑料边圈和手柄进行火焰处理时，喷灯与塑料表面的间距在70-100毫米之间为最好。这样可保证表面始终是接触具有适当温度，离子密度以及由此产生的氧化作用的火焰区域。

如果所有静力参数都达到最佳，则必须确定优选的作用时间并且能够调节。一种可能的实施方式为，为调节作用时间喷灯和塑料件是相对移动的。较好的方式是，喷灯固定而被加工的塑料件是旋转的。

业已证明，相对运动速度在300毫米/秒和600毫米/秒之间，能达到最好的活化结果。在这个范围内的相对速度能避免聚丙烯过度加热或熔融，另一方面还可防止活化表面的作用时间太短。

为了设定的面积达到活化作用，将火焰定位在应活化的表面之上，例如具有沟槽形状的塑料边缘，从上面使火焰在一定程度伸入沟槽，这样就能实现最精确的加工。

如果煤气喷灯使用圆形喷嘴，可获得带圆形水平横截面的一条长而逐渐变细的火焰，因而能够提高明确界定表面的火焰处理准确度。

如果是加工一个塑料边圈，该边圈是藉助其包于玻璃壶上部边缘的沟槽而固定，被确定区域的活化度是按下述方式控制，即选择煤气喷灯垂直于沟槽底面的定位角大约为0°，并且两个横板都同样受到火焰，或者将煤气喷灯稍偏斜开垂直线(大约至15°)，这样大多数底面和外横板面受到火焰，它们与环行槽内横板相比受到更强负荷，因此需要一较高的粘附强度。

程序加工技术的一大优点是，由于不需要费用高昂的设备，火焰可与生产过程相结合而不用其他的费用，并因此塑料件在火焰处理后可直接继续加工，例如可施加一种化学增附剂(底漆)。将纯粘贴的聚丙烯手柄和塑料边圈转换到用火焰处理手柄和塑料边圈的投资费用是很低的。

火焰处理的最后一个但却是最显著的优点是，即使在使用温度为90℃和更高时，也不必使用附加的化学增附剂(底漆)，就能达到足够的粘附强度。由于至今化学增附剂的涂敷还是采取手工方式，这意味着生产取得很大的时间效益和极大的成本下降。此外，化学增附剂需应用大量有机溶剂，而这种溶剂污染环境和工人健康，对此，前述方法能予避免。

本发明的组成部分还包括一个配置有经表面活化的聚丙烯塑料件的玻璃壶，塑料件如手柄和/或壶上部边缘环包的塑料边圈-带有或不带聚丙烯壶嘴。

依据两个附图，对本发明的一个实施例详细说明如下。

图1正在火焰处理的带沟槽的塑料边圈。

图2沟槽和煤气喷灯火焰的截面图。

上述图不是按比例绘制，只表示结构原理。

图1表示塑料件1正处于火焰加工。塑料件1是涉及一个与手柄3结为一体并带环形沟槽4的塑料边圈2，沟槽尺寸设计是，准确包覆着玻璃壶的上部边缘。该沟槽4内涂有粘合剂。在涂粘合剂之前，沟槽4必须进行表面活化，方法是使用一个煤气喷灯8及其火焰9进行烧灼处理。在火焰加工时，煤气喷灯8固定在规定位置，例如在塑料边圈2的上部。塑料边圈2则相反，系在煤气喷灯8下面旋转(按图上箭头所示旋转方向)，火焰9准确伸入沟槽4内并在此进行火焰加工。喷灯8为此应这样选择，即火焰9具有水平圆形横截面，有目的地只是沟槽3受到火焰加工。

图2是沟槽4和喷灯8及火焰9沿着图1中II-II线的一个截面，该图表示煤气喷灯8及其火焰9相对待加工沟槽4的位置。在此具体实施例中，主要是沟槽4的外侧面6和底面5应予表面活化，因为提拿起壶时对结合处所产生的力，是先作用到外侧面然后才是内侧面7。为此，火焰9不应垂直对着沟槽4的底面5，而是沿对着底面5垂直线的一个偏角α。

Claims (19)

1.使用一种粘合剂使塑料件，如聚丙烯手柄和/或环包着壶的上部边缘的塑料边圈-带有或不带壶嘴-固定在玻璃壶上的一种方法，其特征在于，粘合剂涂敷到塑料件上之前，至少应粘贴的位置要在低压等离子体中进行表面活化。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，低压等离子体是在压力为10-500Pa中产生。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，低压等离子体可应用氧气或一种含氧的混合气体产生。

4.根据权利要求1至3中至少一项的方法，其特征在于，塑料件经过等离子体表面活化后并在涂敷粘合剂之前需涂敷一种化学增附剂(底漆)。

5.根据权利要求1至4中至少一项的方法，其特征在于，在进行低压等离子体活化和粘合工序之间可放置数天至数周。

6.使用一种粘合剂使塑料件，如手柄和/或环包壶的上部边缘的塑料边圈-带有或不带聚丙烯壶嘴，固定在玻璃壶上的一种方法，其特征在于，塑料件在涂敷粘合剂之前，至少在粘贴位置用火焰进行表面活化。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于，塑料件仅仅在应粘合的位置用火焰处理。

8.根据权利要求6或7的方法，其特征在于，应用一个煤气喷灯进行火焰处理。

9.根据权利要求6至8之一的方法，其特征在于，输入到煤气喷灯的空气-煤气混合物，是按空气占8至12及天然气占1的体积份额。

10.根据权利要求6至9中至少一项的方法，其特征在于，煤气喷灯和壶的手柄或塑料边圈之间的距离应调整在70至100毫米。

11.根据权利要求6至10中的一项的方法，其特征在于，塑料件是与固定的煤气喷灯作相对运动。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于，塑料件和煤气喷灯之间的相对速度是300至600m毫米/秒。

13.根据权利要求6至12中至少一项的方法，其特征在于，煤气喷灯的火焰定位在塑料件需进行活化表面的上部。

14.根据权利要求6至13中至少一项的方法，其特征在于，应用煤气喷灯产生带圆形水平横截面的这种火焰。

15.根据权利要求6至14中至少一项的方法，塑料边圈是用其一个包围着壶上部边缘的沟槽来固定，其特征在于，选择煤气喷灯的定位角为相对沟槽底面的垂直线0°至15°。

16.根据权利要求15的方法，其特征在于，只是沟槽的底面和外侧面受到火焰处理。

17.根据权利要求6至16中至少一项的方法，其特征在于，塑料件在经火焰处理后可直接继续加工。

18.根据权利要求6至17中至少一项的方法，其特征在于，塑料件经火焰处理后，不需要使用化学增附剂(底漆)的附加措施即可粘贴。

19.装配有塑料件，如手柄和/或环包着壶上部边缘的塑料边圈-带有或不带倒水嘴的玻璃壶，其特征在于，塑料件是用经表面活化的聚丙烯制造。

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