第七章 聚合物的表面改性.ppt

表面改性的目的 聚合物表面因表面能低、化学惰性、表面污染及存在弱边界层等原因，往往难以润湿和粘合 改变表面化学组成，增加表面能 改善结晶形态和表面的几何性质 清除杂质或脆弱的边界层 优点：简便易行，处理效果好，可连续生产、易调控、无污染 。 缺点：电晕预处理后的效果不稳定，处理后最好立即印刷、复合、粘结。 所谓火焰处理法就是采用一定配比的混合气体，在特别的灯头上烧，使其火焰与聚烯烃表面直接接触的一种表面处理方法；热处理则是将聚合物暴露在热空气（～500℃）中。 高聚物表面经火焰和热处理时，表面可氧化引入含氧基团。 优点：成本低廉 缺点：易导致基材变形，甚至烧坏产品。所以，目前主要用于聚烯烃制品的表面处理。 用液氨中的钠-氨络合物或钠-萘络合物/THF溶液处理含氟高聚物。 处理后含氟高聚物的表面张力、极化度、可润湿性都显著提高。 工业中用铬酸洗液作为清洗液。 还可以用：硫酸铵－硫酸银溶液；双氧水；高锰酸钾－硝酸；氯磺酸；王水等。 铬酸清洗液主要是清除无定形或胶态区，处理后聚合物表面形成复杂的几何形状，使聚合物表面的润湿性和粘合性均大大提高。 不足之处是：大量算废液产生，污染环境。 第七章 聚合物的表面改性 7.1 电晕放电处理 常用于聚烯烃 薄膜的表面处理 薄膜 接地 感应辊 电晕放电 高频 发生器 电极 H·V 7.2 火焰处理和热处理 7.3 化学改性 化学改性处理是用化学试剂浸洗高聚物，使其表面发生化学的和物理的变化。 7.3.1 含氟高聚物 7.3.2 聚烯烃的液态氧化处理 7.4 光化学改性 用紫外光照射高聚物表面可引起化学变化，改进聚合物的润湿性和粘结性。紫外光的波长必须选择适当，用184nm的紫外线照射可使聚乙烯表面发生交联，而253.7nm的波长则不行。 紫外线照射使聚乙烯表面引入了羰基等含氧基团，使聚对苯二甲酸乙二酯链裂解，在对位和间位产生末端酚基，使其可润湿性和可粘接性大大增加。 7.5 等离子体表面改性 等离子体可定义为一种气体状态物质，其中含有原子、分子、离子亚稳态和它们的激发态，还有电子。而正电荷类物质与负电荷类物质的含量大致相等。等离子态被称为“物质的第四态”。 7.5.1 等离子体的种类 有热等离子体、冷等离子体、混合等离子体等，在聚合物表面改性中使用的一般是冷等离子体或低温等离子体。 7.5.2 空气等离子体产生的原理 物质随温度变化一般有三态，当能量被进一步添加给气态物质中后，气态物质会发生化学反应，形成电子，离子及高能粒子的混合状态。这种状态被我们称作等离子态。 7.5.3 空气等离子体的作用机理 目前科技上一般采用电离空气的方式来获得等离子体。由于等离子体一般都具有1-10eV的能量，当其与其它分子撞击时，能够轻易地打开其它分子 的化学键而形成新的极性基团，从而使材料表面的附着力大大提升。利用等离子体的这一特性，将能够研发出许多聚合物表面改性的技术应用。 使用等离子技术处理后的各种塑料材料粘接强度数据对比 7.5.4 等离子体改性方法及其应用 利用非聚合性气体（无机气体），如Ar、H2、O2、N2、空气等的等离子体进行表面反应。 利用有机气体单体进行等离子体反应。 等离子体引发聚合和表面接枝。 应用：表面亲、疏水性改性、增加粘结性、改善印染性能、在微电子工业中的应用、在生物医用材料上的应用、其它。 不足：高聚物表面经冷等离子体改性后，其处理效果会随时间的推迟而减退，这一现象称为退化效应。 7.6 表面接枝 表面接枝是通过紫外光、高能辐射、电子束、等离子体等技术，使聚合物表面产生活性中心，引发乙烯基单体在聚合物表面接枝聚合，或者利用聚合物表面的基团通过化学反应接枝。 表面接枝的方法可归类为三类：表面接枝聚合，大分子偶合反应，以及添加接枝共聚物。 聚合物表面接枝原理 7.6.1 接枝聚合法 1、放射线法 同时照射法和前照射法，是先对高聚物进行放射线照射，在表面引入可引发聚合的活性种，辐照后再引发单体在材料表面接枝聚合。 2、低温等离子法 先用等离子体处理，使聚合物表面产生活性种，然后引发乙烯基单体进行接枝聚合。 3、光、紫外线法 用光或紫外线可在高聚物表面进行接枝聚合。 7.6.2 偶合接枝法 偶合接枝法是利用高聚物表面的官能团与接枝聚合物反应，而实现聚合物的表面改性。欲接枝的聚合物表面必须存在活性官能团，如胺基、羧基等，偶合接枝法常用于酶的固定。 7.6.3 添加接枝共聚物法 在欲改性的高聚物中添加有界面活化性能