《材料表面与界面》PPT课件

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1、9聚合物表面化学处理技术Chemicalmodification原理：用化学药品对聚合物表面进行化学反应，引入一些官能团。9.1化学药品处理法效果：依靠表面氧化引入亲水性官能团及其他官能团；表面酸蚀形成多孔性结构；提高染色性、金属化时金属的附着性、湿式电镀时电镀的均匀性；改善粘接性、涂装、印刷性。（一）酸蚀法（1）聚烯烃的化学氧化法此法是利用氧化剂处理聚烯烃制品表面，使表面氧化生成极性基团，提高制品的极性。常用的氧化剂有：无水铬酸—四氯乙烷；铬酸—醋酸；氯酸盐—硫酸；K2Cr2O7重铬酸钾—硫酸；也称为

2、铬酸硫酸法。KMnO4高锰酸钾—硫酸；(NH4)2S2O8连二硫酸铵—硝酸银等（2）铬酸--硫酸法是最早用于聚烯烃的方法。方法简单、成本低、处理效果较好。可处理等规聚丙烯（iso-PP）、HDPE、LDPE。处理液：K2Cr2O7/H2O/H2SO4=7/12/150重量份数(wt份数)=4.4/7.1/88.5（重量百分比,，wt%）处理温度:70±1℃，处理时间：通常15～60sec。处理后红外光谱中，含有羰基、羧基、羟基、磺酸基、环氧基等的谱线，经水洗处理后，红外光谱不变，说明是发生了化学反应。处

3、理前后临界表面张力发生变化：25℃时测得的γc分别为:30dyne/cm（未处理）、38dyne/cm（处理1min）、42dyne/cm（处理60min）、44dyne/cm（处理180min）。预处理：处理前要用氯代烃如CCl4浸渍处理，能够消除弱边界层，制品表面也能形成微小的凸凹不平的孔穴，增加表面粗糙度，使氧化液与制品表面接触面积增加。CCl4温度在60℃，几分钟即可。初生态氧对聚合物表面起到强烈的氧化作用，在聚烯烃表面形成羰基、羟基、羧基和烷基硫酸酯等。特别是羰基的生成，可以活化表面。经处理

4、后，粘接强度大大提高。（3）处理机理PE中，含双键结构更容易氧化，HDPE分子中双键数多于LDPE，所以HDPE更易氧化。氧化的结果都是生成羰基和羟基化合物等，引入极性官能团。表面接触角减小，提高了印刷和胶接性能。处理温度：要适宜。温度太低，处理效果不好，速度慢；温度太高，会导致氧化老化，降低分子量，附着力下降。其他如HNO3、NO2、KMnO4、NaClO等都可以用来进行聚烯烃的表面处理。（4）其他聚合物的化学药品处理PS可用硫酸浸渍处理，80℃，2～3sec。PTFE和PCTFE可用Na/液氨在20

5、0℃，处理96小时。PC制印刷线路板、电容器，为改善着色性，用氨络合物处理。化学药品处理法的优缺点：优点是方法简单，成本低，效果较好。缺点是：处理后需要水洗，洗去酸液，产生大量废水，污染环境。另外处理后的表面会被二次污染，效果变差，因此处理后要尽快使用。另外该法不适宜薄膜等制品。该法目前在塑料粘接、印刷及电镀等方面仍然使用。作为前处理。9.2偶联剂处理如硅烷偶联剂处理尼龙长丝。将尼龙长丝在二甲酰胺中浸润4小时后，在苯中与乙氧基硅烷反应。其他纤维（合成或天然）也可采用不同的偶联剂处理，得到防静电、润滑、易

6、除污等性能纤维。9.3气体处理PE的氟化处理PS、PC、PMMA等透光塑料经氟化处理后折光率下降，可做防反射膜。（2）氯化反应（1）氟化处理用紫外光或过氧化物做催化剂使氯气和聚乙烯（PE）反应可制得氯化聚乙烯（CPE）。反应是按自由基连锁反应机理进行的。CPE通常是用高密度聚乙烯（HDPE）粉末与氯气悬浮聚合而得的。可得到不同氯含量的氯化聚乙烯，氯含量低的性能类似于聚乙烯，氯含量高的类似聚氯乙烯（PVC）。可与PVC共混，制得耐冲击的硬质、半硬质PVC制品；也可和PE、PP掺和混炼，制成耐热器具及建筑材

7、料。PVC在四氯化碳或氯仿中可进行氯化，制得氯化聚氯乙烯（CPVC），其玻璃化温度高于PVC，可做热水管用。这些是工业上生产新品种的方法，对于PP纤维、PE、PVC制品可采用相似的方法对其表面进行氯化处理。（3）与CS2反应PE与CS2蒸汽反应经过一系列反应，聚合物的临界表面张力发生了变化，并且并不完全依赖于分子组成。9.4表面接枝聚合通过化学反应，在聚合物主链上接上结构组成不同支链的过程，称为接枝。形成的聚合物叫做接枝聚合物。接枝聚合物可以通过自由基、阳离子、阴离子聚合反应获得。通过接枝反应可将两种不

8、同性能的聚合物接在一起形成不同与原来聚合物性能的接枝聚合物，甚至可将两种性能完全相反的聚合物（如酸性的和碱性的、亲油的和亲水的、非染色性的和能染色的，以及互不相容的聚合物）接枝成一个性能特殊的聚合物。接枝聚合物通常具有各自聚合物的综合性能。其性能除受主链决定外，与支链的化学组成、长度和接枝点密度有关。例如：PP的接枝聚丙烯具有许多优点，如密度小（0.89）、耐热温度高、成纤性好、强度高、绝缘性好、耐化学药品等；但其存在一些缺点，并且其优点在