氧等离子体改性聚乙烯表面的疏水性过回复机制.pdf

《氧等离子体改性聚乙烯表面的疏水性过回复机制.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、V01．35高等学校化学学报No．82014年8月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES18161821doi：10．7503／cjcu20140253氧等离子体改性聚乙烯表面的疏水性过回复机制李昱鹏，张志超，李声耀，石伟，雷明凯(大连理工大学材料科学与工程学院表面工程研究室，大连116024)摘要用200W射频容性耦合氧等离子体处理低密度聚乙烯(LDPE)表面1min，研究了老化温度及时问对LDPE表面成分、形貌和润湿性的影响．扫描电子显微镜结果表明，等离子体改性LDPE表面出现纳米凸点织构，在60和90℃老化24h后纳米凸点织构特征基本保持稳定

2、．x射线光电子能谱分析表明，等离子体改性LDPE表面经60℃老化24h后，c—c含量由76．9％增至83．0％，c一0，C—O和0一c===O含量分别由16．4％，2．2％和4．5％降至13．1％，1．9％和2．0％．经90℃老化24h后，c—c含量较60℃老化表面增至84．1％，c一0含量分别降至10．1％，C—O和O—c—O含量分别增至3．1％和2．7％．等离子体改性LDPE表面接触角由97．2。降至42．3。，经60℃老化24h后接触角增至95．9。，经90老化24h后接触角增至104．2。，等离子体改性LDPE表面发生“疏水性过回复”．根据含有粗糙因子的接触角随时间演变模型

3、，得到了具有纳米凸点织构LDPE表面在不同老化温度下的可移动极性基团所占面积分数()、固定极性基团所占面积分数()和特征时间常数()3个成分重构参数，解释了“疏水性过回复”现象．关键词低密度聚乙烯；射频容性耦合氧等离子体；老化；表面重构；疏水性过回复中图分类号O631文献标志码A等离子体表面改性技术是改性聚合物表面的一种有效手段，常用于生物、摩擦和纺织等领域聚合物表面的功能特性增强HJ，然而等离子体改性聚合物获得的表面性质容易发生老化j．但等离子体改性聚合物获得的亲水性表面随老化时间表现出一种新的“疏水性过回复”现象卜，即随存储时间的增加，改性表面不仅回复到原始聚合物的疏水性，而且

4、可达到高于原始聚合物的疏水性，等离子体纳米织构化的亲水性聚合物表面经老化后甚至获得超疏水性．通常，等离子体改性聚合物获得的表面性质受环境(如气氛、温度、湿度和时间等)影响发生的老化现象是改性聚合物表面的亲水性随老化时间的延长逐渐降低，最终部分或者完全回复至原始聚合物的疏水性，被称为“疏水性回复”．这种现象的发生是由于在非极性环境中，改性后聚合物表面的极性官能团容易向聚合物内部扩散，同时非极性的高分子链段向表面翻转，聚合物表面极性官能团的减少和未改性非极性官能团的恢复降低了表面与环境界面能，使聚合物趋向于回复到原始表面性质J．尽管大量研究对老化引起的“疏水性回复”过程进行了有效解释，

5、然而等离子体改性聚合物表面“疏水性过回复”的产生机制和影响因素有待进一步深入分析和探究．本文采用射频容性耦合氧等离子体改性聚乙烯表面，研究了温度和时间对聚乙烯表面成分、形貌和润湿性的影响，发现聚乙烯表面展现出“疏水性过回复”现象，根据含有粗糙因子的接触角随时间演变模型，定量分析了具有纳米凸点织构特征聚乙烯表面的化学成分重构，解释了等离子体改性聚乙烯表面“疏水性过回复”的产生机制．1实验部分1．1试剂与仪器低密度聚乙烯(LDPE)薄片，厚度2mm，大连本德塑料有限公司；O：气，纯度为99．99％，大连光收稿日期：2014-03-24．基金项目：国家自然科学基金(批准号：5100503

6、2，51321004)资助．联系人简介：雷明凯，男，博士，教授，博士生导师，主要从事高分子材料表面工程研究．E-mail：surfeng@dlut．edu．cn高等学校化学学报Bmdmgen~／eVBmdmgenergy／eVFig．2DeconvolutionofXPSChspectraoforiginalLDPEsurface(A)，as-modifiedsurfaceunderoxygenCCPof200Wfor1min(B)，andthepost-agedsurfaceat60oC(C)and90℃(D)after24hC—O含量略微降至2．2％．经60℃老化24h后，c—

7、c含量较老化前增至83．0％，c—O，C—O和O—c—O组分含量分别降至13．1％，1．9％和2．0％．经90℃老化24h后，c—c含量较60℃老化表面增至84．1％，c一0含量降至10．1％，C—O和0一c—O含量分别增至3．1％和2．7％．原始LDPE试样表面的含氧官能团是在清洗和干燥过程中试样表面烷基链氧化而产生的，氧等离子体处理试样表面含氧官能团含量明显高于原始试样表面，于60℃老化24h后的试样表面含氧官能团含量比老化前降低，经90℃老化24h后的试样表面含