聚乙烯表面化学处理

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1、聚乙烯表面化学处理(0一聚,走,聚乙烯表面化学处理李宁生江苏省塑料工业总公司研究所在材料科学中,高分子材料表面改性是.一个十分有意义的课题.聚合物一聚合物,聚合物一液体和聚合物一气体界面(表面)的化学性质对粘接性能,焊接性能,生物相容陉,透气性能和界面亲合性都有十分明显的铂.聚乙烯是一种应用最广泛的塑料品种,人们对其本体材料性能,做了大量的研究,改善了聚乙烯塑料的物理机械性能和一些其他的特殊性能.近年来,聚乙烯制品表面性能的改性研究已成为一个热点.考虑表面性能在聚乙烯制品性能中起着重要的作用,对其表面的改性比对其本体的改性

2、效果更好,效率更高,如染色性,与聚乙烯本体性能无:连,只要对聚乙烯制品表面进行改性可以了;又如抗静电性能,制品表面抗静电性能比制品内部的抗静电性能重要得多.聚乙烯制品表面改性大多是一些化学反应过程,与普通化学反应存在许多相同之处,又有许多本质上的不同.聚乙烯制品表面化学改性,不仅仅因为聚乙烯分子量很大,大分子的结构和形态在某种程度上影响了化学反应过程,而且聚乙烯裘研l生能对化学反应过程的影响也很大.高聚物的表面(界面)形态和化学性质与其接触的溶剂性质有关,高聚物表面在溶剂的作用下,表面会出现溶胀,溶胀的程度取决于高粜物与溶

3、剂的性质,在高聚物表面5A厚度范围内的表面官能团对表面性能影响最大,如聚乙烯制品的亲水,亲油性主要取决于这个厚度范围内亲水亲油基团的多少,通一1O一,I常用表面接触角来表征这一表面层的性质,在O一5盖这一表面(界面)高聚物一般与溶剂充分溶胀,高聚物的官能团与溶剂中的反应物较充分地混合并发生化学反应,溶剂中的反应物在O一5A范围内几乎不存在浓度梯度,三维空间上均匀分布,化学反应过程与对应的普通化学反应过程十分接近.对O—100盖厚度范围的表面层(界面层)对制品的祜接性能,抗静电性能影响很大,10—100盖表面(界面)的官能团

4、可以用X一射线光谱和表面强化拉曼光谱来分析.在这个表面厚度范围内,化学反应是不均匀的,高聚物的官能团(由于溶胀程度不～)的反应活性也不一样.高聚物表面化学反应在数量上是极其微量的,按1A.表面上一个官能团计算,lcm.表面有1×16¨个官能团,相当于l5个毫微摩尔,一般分析方法很难分析出来.要使表面官能团参加反应,溶剂中的反应物要大大过量,这也是与普通化学反应不同之处.高聚物表面化学改性后,表面能增加,这种表面从动态热力学上讲是不稳定的,表面官能团进行重新组合,调整,降低表面能;表面官能团与本体内部官能团有浓度差,生成物的

5、官能团表面浓度大于本体内的生成物官能团浓度,表面生成物的官能团向话聚物本体内部迁移,也降低了高聚物的表面能.由于高聚物表面能随时间而下降,高聚物的表面物理化学性质随时间和环境温度而变化.厂@聚乙烯表面化学处理主要分为等离子表面处理,表面氧化反应,和表面接枝反应.一,等离子处理聚乙烯表面实际应用中最简单的表面:;【i:理采用等离子(电晕)处理,它可以迅速地在聚乙烯表面形成官能团,聚乙烯分子中只有C-H键稻C—C键,化学活性很低,在强电场的作用下,空气中的氧气和氮气分解为化学活性很高的氧原子和氮原子,它们分别与聚乙烯表面C—H

6、键和C—C键反应.l.与氧原子反应:一电晕处理后聚乙烯与氧原子反应,生成了一OH,=O,--COOH等.2.与氮原子反应:一电晕处理后聚乙烯与氮原子反应,生成了—NH2,NH,~-C=N,一NO2等.工业上在空气中的电晕处理,在聚乙烯表面形成的官能团拢单独用氧和氮的电晕处理要复杂的多,其种类和数量很难控制的,.实际应用中这无关紧要.电晕处理后,聚乙烯表面极性捧I=大,表面能提高有利予聚乙烯表面的印刷性能和粘接性能,亲水性增加,表面电阻下降.,.电晕处理从本质上讲是一种氧化反应...处理后的高极性,高亲水性和高表面能的表面是

7、不稳定的,就象聚乙烯表面化学改性后所形成的不稳定表面一样,在一定的温度,经过一定时间后向低表面能转化,随之,表面极性和亲水性都下降.电晕处理聚乙烯,其不活泼的C-C和C—H在氧,氮原子的作用下,主要发生大分子断链,大分子断链工艺上很难控制,断链后的氧化聚乙烯化学活性比聚乙烯高,在氧,氮原子的作用下进一步氧化断链.从某种意义上讲,聚乙烯被保护起来,氧化的聚乙烯不断地重复氧化,最终完全碳化.所以电晕处理过的聚乙烯表面微观上凹凸不平,表面粗糙度增加.从表面物理结构上也有利于聚乙烯表面印刷.3.与氟原子反应:用氟电晕处理聚乙烯表面

8、,电晕应在SF.,CF.和C,F.中进行,而不是直接在氟中进行.用sF气体电晕处理聚乙烯表面,X一射线光谱分析聚乙烯表面,发现存在C—H和C-F键,SF.提供F原子.而用CF.和C:F.电晕处理聚乙烯表面,表面首先生成CFx基团,而后在聚乙烯表面生成一层氟碳聚合物.4.与氯原景反应:氯和氟一样比较容易与