Relaxation of the surface energy of solid polymers

Summary The surface energy of a polymer can be increased by compression moulding against a metal substrate. After removal of the substrate relaxation to the equilibrium value sets in. We determined the rate of polymer surface energy relaxation as a function of temperature. For a vinyl chloride-vinyl acetate copolymer we determined an activation energy of the relaxation process that could be correlated to segmental motions in this polymer. For a plasticized polyvinylchloride we found a lower activation energy and a larger rate of relaxation, which is the result of the action of plasticizers on segmental motions. In the case of polyethylene the results indicate segmental motions in amorphous regions in the polymer. With polyethylene the activation energy drops when nearing the melt temperature. The movements of molecular segments correspond to a desorption process at the polymer surface, after removal of the substrate. This agrees with the adsorption during compression moulding, as repotted in earlier work.

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Zusammenfassung Die Oberflächenenergie eines Kunststoffs kann erhöht werden durch Schmelzen auf einer Metalloberfläche. Nach Ablösen von der Metallfläche beginnt eine Relaxation zu dem Gleichgewichtswert für die Oberflächenenergie. Wir bestimmten die Geschwindigkeit der Relaxation als Funktion der Temperatur. Bei einem Vinylchlorid-Vinylazetat-Copolymer fanden wir eine Aktivierungsenergie für den Relaxationsprozeß entsprechend der Segmentbeweglichkeit im Polymeren. Bei einem plastifizierten PVC fanden wir eine geringere Aktivierungsenergie wegen der Mitwirkung des Weichmachers. Bei Polyäthylen wirkt sich die Segmentbewegung in den amorphen Anteilen des Polymers aus. Bei Polyäthylen nimmt die Aktivierungsenergie bei höherer Temperatur ab. Die Segmentbewegungen sind zu erklären durch einen Desorptionsprozeß an den Polymer-Oberflächen nach Entfernung des Substrats. Diese Ergebnisse bestätigen vorangehende Experimente, in denen wir Adsorption zum Substrat beim Spritzguß fanden.

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List of symbols A rate of degradation - k rate of relaxation - M number average molecular weight - T temperature - T_p highest temperature during compression moulding - T_R temperature during relaxation - t time after removal of substrate - _P polymer surface energy - _P^O equilibrium value of polymer surface energy - t) _P –_P^O excess polymer surface energy after compression moulding and removal of substrateWith 6 figures and 1 table