材料表界面第七章--高分子材料的表面改性

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1、计算：失水山梨醇单月桂酯（月桂酸为12C酸）的HLB值。解1：亲水基=3*0.5+1.3+6.8=9.6憎水基=12-1+6=1717*0.475=8.075HLB=7+9.6-8.075=8.53解2：亲水部分：失水山梨醇：C6H11O4，分子量：72+11+64=147；整个分子量：C6H11O4+C12H23O2=147+144+23+32=346HLB=147/346*100/5=8.50第7章聚合物的表面改性改性原因：聚合物表面（1）表面能低（2）化学惰性（3）表面污染及存在弱边界层等原因，往往难以

2、润湿和粘合。因此，常常要对聚合物进行表面处理。除了润湿和粘合性能，还包括:涂膜性、可染性、抗静电性、印刷性、防雾滴性能、生物相容性等许多方面。一般，讨论聚合物的表面改性，往往涉及表面能增大方面。但事实上，也还有从表面能减小的方向进行改性，以达到具有防污性的目的。聚乙烯手提袋的印刷汽车的前后保险杆前保险杆后保险杆聚合物在表面改性后，其表面化学、物理结构发生了变化，表面改性的效果往往由材料使用性能评估。●表面物理性能：接触角，表面张力的测试；●表面形貌：电子显微镜观察；●表面化学组成：X射线光电子谱（XPS

3、,X-rayPhotoelectronSpectroscopy，ESCA,ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis）；●表面处理效果：性能的改进（粘结强度，印刷性、染色性等）XPS简单介绍：通过用X射线辐照样品，激发样品表面除H、He以外所有元素中至少一个内能级的光电子发射，并对产生的光电子能量进行分析，以研究样品表面的元素和含量。Ek为光电子动能；hν为激发光能量；EB为固体中电子结合能；Φ为逸出功单色化AlKα射线激发的聚苯氧基膦嗪的XPS谱来自《聚合物表面分析》，[

4、英]，D布里格斯著内能级结合能及其强度（谱峰面积）可分别作为元素识别和原子相对浓度的测定。C1s=~285eV;N1s=399~400eV;O1s=~533.0eV表面改性的方法●电晕放电处理:氧化●火焰处理:氧化●化学改性:氧化,粗糙化表面●等离子体改性:交联,引入官能团等●辐照改性:引入不同的聚合物链●光化学改性:引入不同的聚合物链●力化学改性:引入不同基团或聚合物链●偶联剂改性:引入不同基团●溶剂洗涤:清洁,粗糙化表面等等7.1电晕放电处理●聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃是非极性材料，有高度的结晶性

5、，其表面的印刷、粘接、涂层非常困难。电晕放电因简便易行，处理效果好，是聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。●电晕放电装置示意图如图7-1。当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正离子、负离子。结果在阳极和阴极之间产生电晕。电晕的危害：1.输电线上如果有电晕发生，则会有电晕电流，引起电力损耗；2.电晕放电具有脉冲的性质，会对广播电视产生干扰；3.强的电磁场会对人体健康产生影响，可能引起血压和脉搏的变动、心脏无节律波动、易于激动和疲劳等。●这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生自由基和离子，在空气中氧的作

6、用下，聚合物表面可形成各种极性基团，因而改善了聚合物的粘接性和润湿性。电晕处理可使薄膜的润湿性提高，对印刷油墨的附着力显著改善。1.在薄膜的生产线上进行，即通常所说的热膜处理。优点：处理效果好；限制性：适用于处理完就使用的场合，比如马上用于印刷、涂布或复合；2.在薄膜的再加工线上进行，及通常所说的冷膜处理。限制性：处理效果与薄膜存放时间有关。处理完后就应用。3.进行两次处理。既在生产线上处理，又在再加工线上处理，为了保证使用前的表面质量电晕放电处理方式7.2火焰处理和热处理●火焰处理是用可燃性气体的热氧化焰对

7、聚合物表面进行瞬间高温燃烧，使其表面发生氧化反应而达到处理的目的。可燃性气体通常采用焦炉煤气、甲烷、丙烷、丁烷、天然气和一定比例的空气或氧气；瞬间：0.01~0.1s内；高温：1000~2700℃；氧化过程按自由基机理进行，表面可被氧化引入含氧基团，并随着发生断链反应。●聚合物表面经火焰处理处理后，粘接性和可润湿性得到改善。●火焰处理的原理：火焰中含有许多激活的自由基、离子、电子和中子，如处于激发态的O、NO、OH和NH等。这些基团能夺取聚合物表面的氢，随后按自由基机理进行表面氧化反应，使聚合物表面生成羰基、

8、羧基、羟基等含氧活性基团和不饱和双键，从而提高聚合物的表面活性。7.3化学改性●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。7.3.1含氟聚合物含氟聚合物，具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气的穿透性能，在化学、电子工业和医学方面有广泛应用。但含氟聚合物的表面能很低，是润湿性最差粘结最难的聚合物，使其应用受到限制。因此必须表面改性。对含氟聚合物表面进行化学处理，广泛使