材料表界面_第七章

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1、第七章聚合物的表面改性为什么要进行表面改性？液相固相气相θ接触角润湿能力差难以粘合是非极性高分子：存在弱的边界层：表面能低化学惰性它们的表面只能形成较弱的色散力，而缺少取向力和诱导力来自聚合加工过程中带来的杂质，聚合物本身的低分子成分、助剂，及储运过程中的污染等改变表面组成及结晶形态增加表面能清除杂质或弱的边界层目的提高表面的润湿性和粘结性为什么要进行表面改性？高聚物表面改性的表征方法表征表面性能接触角表面张力表面形貌电子显微镜表面组成XPSX射线光电子能谱改性效果使用性能评估电晕表面接枝火焰处理热处理化学处理等离子体臭氧氧化表面处理高聚物表面改性的

2、主要方法7.1电晕放电处理电晕原理：高能粒子与聚合物表面作用，产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成各种极性基团。电极接触引燃接通电源热电子阳极原子电离二次电子正离子阴极～4000K试样蒸发原子化炽热阳极斑VAELG220~380V5~30AR7.1电晕放电处理7.1电晕放电处理优点缺点简便易行处理效果好可连续生产易调控无污染效果不稳定处理后最好立即印刷、复合、粘结7.2火焰处理和热处理火焰处理：火焰中处于激发态的O,NO,OH,NH等能从高聚物表面把氢抽取出来，随后按自由基机理进行表面氧化。热处理：将聚合物暴露在热空气中（~500℃

3、）处理。表面引入了：羟基羰基羧基胺基7.2火焰处理和热处理相同点二者均通过在高聚物表面引入含氧基团进行表面改性，氧化过程均按照自由基机理进行。不同点引入自由基的途径不同，火焰处理的自由基生成于火焰中，不受基体的影响；热处理的自由基来自于热活化后的高聚物，产生速率慢，受基体以及抗氧化剂的影响，自由基产生速率是整个过程的控制步骤。优点缺点易导致基材变形，甚至烧坏产品。聚烯烃7.2火焰处理和热处理成本低廉7.3化学处理碱洗含氟聚合物钠氨、钠萘溶液酸洗聚烯烃重铬酸盐/硫酸化学处理是使用化学试剂浸渍聚合物，使其表面发生化学的和物理的变化。FEP经钠/萘溶液处理

4、表面张力/(mN/m)粘附功σdσpσ（×10-7J/cm2)FEP（未处理）19.60.420.048.4处理后10S35.45.340.768.020s36.67.744.370.260s33.813.447.269.890s34.914.549.471.1120s34.415.950.371.1500s34.215.749.972.21000s35.415.150.571.87.3化学处理FEP经Na/NH3溶液处理:7.3化学处理酸洗聚烯烃--聚烯烃的液态氧化处理7.3化学处理铬酸液：（重铬酸钾/钠＋蒸馏水＋浓硫酸）氧化液体系：硫酸铵－硫酸银

5、溶液，双氧水，高锰酸钾－硝酸，氯磺酸，王水等铬酸酸蚀聚烯烃后：表面检测出羟基、羧基和磺酸基等极性基团7.3化学处理支链聚乙烯经铬酸溶液处理:酸洗聚烯烃的不足：7.3化学处理大量酸废液产生，污染环境。7.3化学处理优点缺点污染环境！设备投资少工艺简单7.4臭氧氧化通过臭氧的强氧化能力来处理聚合物的表面。（1）叔碳原子上的H被臭氧氧化，生成大分子自由基：（2）大分子自由基与氧反应，生成过氧化自由基：7.4臭氧氧化（3）大分子自由基与OH反应，生成羟基或碳碳双键：（4）双键被臭氧氧化，生成羰基、羧基、醛基或酯键等含氧极性基团：7.4臭氧氧化臭氧氧化前后聚丙

6、烯表面性能的变化性能未处理臭氧处理后ATR-IR3400cm-1羟基峰无有1710cm-1羰基峰无有1648cm-1-C＝C-峰无有，臭氧浓度高时消失与水接触角（度）9767临界表面张力（×10-3N/m）29.536.0剥离强度（N/m）2036.7～5201000～1255（进一步用溶剂处理）7.4臭氧氧化优点缺点臭氧对人体有害！价格低廉工艺简单7.5低温等离子体处理等离子体等离子体---被称为是物质的第四态，其实质是电离的气体。集合体电子原子分子自由基光子离子电中性7.5低温等离子体处理等离子体的产生：电晕放电高频电磁振荡激光射频或微波高能辐射

7、氩、氦、氮、O2、CO2、NH3等离子体7.5低温等离子体处理地球电离层外的整个宇宙中，绝大部分物质以天然等离子体态存在，如太阳和所有恒星、星云都是等离子体。人造等离子体：霓虹灯、电弧。7.5低温等离子体处理等离子体的分类：热等离子体冷等离子体混合等离子体由大气电弧、电火花、火焰等产生在减压下(1.33-1333Pa)由辉光放电产生在常压下由电晕放电、臭氧发生器产生低温等离子体中基本粒子的能量范围为：电子0～20eV离子0～2eV亚稳态粒子0～20eV紫外光/可见光3～40eV一些化学键的键能为：（eV）C-H4.3C=08.0C-N2.9C-C3.

8、4C-Cl3.4C=C6.1C-F4.4C≡C8.47.5低温等离子体处理7.5低温等离子体处理等离子体表面