聚合物的表面改性

聚合物的表面改性 聚合物表面特点 

• 表面能低
• 化学惰性
• 表面污染
•  

• 弱的边界层

• 改变表面化学组成，增加表面能
• 改善结晶形态和表面的几何性质
•  

• **杂质或脆弱的边界层

• 电晕放电处理
• 火焰处理和热处理
• 化学改性
• 光化学改性
• 偶联剂处理
•  

• 等离子体表面改性

   也称火花处理，放电产生大量的等离子体气体及臭氧，与聚烯烃表面分子直接后间接作用，使其表面分子链上产生羰基和含氮基团等极性基团，改善表面的黏附性，达到预处理的目的。 应用： 

   电晕处理可使薄膜润湿性提高，对印刷油墨等极性物质的附着力有显著的改善，在表面印刷、粘结、涂层等方面有广泛的应用。

  常用于聚烯烃薄膜的表面处理。

优、缺点 

• 优：简便易行，处理效果好，可连续生产、易调控、无污染 。
• 缺：电晕预处理后的效果不稳定，　　　　　　　　　　　　　　处理后*好立即印刷、复合、粘结。

火焰处理和热处理 

     所谓火焰处理法就是采用一定配比的混合气体，在特别的灯头上烧，使其火焰与聚烯烃表面直接接触的一种表面处理方法；热处理则是将聚合物暴露在空气中。

        高聚物表面经火焰和热处理时，表面可别氧化引入含氧基团。
应用： 

        工业上用于处理聚烯烃、聚缩醛、聚对苯二甲酸乙二酯等。 

优、缺点： 

• 优：成本低廉
• 缺：易导致基材变形，甚至烧坏产品。所以，目前主要用于聚烯烃制品的表面处理。

化学改性 

　化学处理是用化学试剂浸洗高聚物，使其表面发生化学和物理的变化。

化学改性方法 

• 碱洗含氟聚合物
• 酸洗聚烯烃、ABS和其它聚合物
• 碘处理
• 其它

碱洗含氟聚合物 

• 用液氨中的钠-氨络合物或钠-萘络合物/THF溶液处理含氟高聚物。
• 处理后含氟高聚物的表面张力、极化度、可润湿性都显著提高。

萘钠溶液处理具体步骤： 成都森发橡塑有限公司有售www.seafar.cn

• 1：1（mol）的钠：萘/THF溶液，在装有搅拌器及干燥管的三口瓶中反应2h直至溶液完全变成暗棕色。
• 将含氟聚合物浸泡其中1-5min，密封，使聚合物表面变黑（深度约1µm）
• 取出用丙酮洗，除去过量有机物。
• 用蒸馏水洗净。

不足：  

• 处理材料表面变黑，影响有色导线的着色。
• 面电阻在高湿下略有下降
• 处理后的表面在阳光、加热下粘结性能降低。

酸洗聚烯烃、ABS和其它聚合物 

• 工业中用铬酸洗液作为清洗液。
• 还可以用：硫酸铵－硫酸银溶液；双氧水；高锰酸钾－硝酸；***；王水等。

铬酸洗液作用机理： 

• 铬酸清洗液主要是**无定形或胶态区，处理后聚合物表面形成复杂的几何形状，使聚合物表面的润湿性和粘合性均大大提高。
• 在ABS表面，铬酸主要腐蚀丁二烯橡胶粒子，在表面产生许多空穴，造成大量的机械固着点，有利于喷镀金属。

铬酸处理具体步骤： 

• 重铬酸钠（钾）５份，蒸馏水８份，浓硫酸１００份，配置处理液。
• 将聚烯烃在处理液中浸泡，室温下浸泡１－１．５ｈ，６６°Ｃ－７１ °Ｃ条件下浸泡１－５ｍｉｎ，８０ °Ｃ－８５ °Ｃ处理几秒钟。

不足： 

大量算废液产生，污染环境。 
 

光化学改性 

• 用紫外光照射高聚物表面可引起化学变化，改进聚合物的润湿性和粘结性。

•  
• 紫外光应用于聚合物表面改性*早可追溯到1883年，当纤维素暴露于紫外光和可见光时，能观察到发生了化学变化。
• 1957年Oster报道了用紫外光进行接枝聚合改性聚合物表面。
•  

• 近年来，光化学改性已从简单的表面改性发展到表面高性能化、表面功能化、接枝成型方法等**技术领域。

紫外光因其较低的工业成本以及选择性使得紫外光接枝受到重视。 
 

偶联剂处理 

• 偶联剂是一种同时具有能分别与无机物和有机物反映的两种性质不同的官能团的低分子化合物。

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• 1947年Wiff等**次从分子角度解释了表面处理剂在界面中的状态。
• 此后，许多研究者从事偶联剂反应机理的研究，证实偶联剂的两种基团分别与无机物和树脂生成了化学键。
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• 同时，玻璃纤维增强塑料的发展又促进了各种偶联剂的合成和生产。

偶联剂种类 

• 硅烷偶联剂
• 有机硅氧化偶联剂
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• 钛酸酯偶联剂

应用: 

硅烷偶联剂的应用比较广泛。

• 改善室温固化硅橡胶与金属的粘合
• 增强酚醛树脂粘结砂轮
• 环氧树脂包封云母电容
• 水电站工程中环氧树脂与水泥的耐久性粘合
• 氟橡胶与金属的粘合
•  

• 密封玻璃纤维增强尼龙制造耐冲击的织布梭子

等离子体表面改性 

 等离子体可定义为一种气体状态物质，其中含有原子、分子、离子亚稳态和它们的激发态，还有电子。而正电荷类物质与负电荷类物质的含量大致相等。等离子态被称为“物质的第四态”。 
 

等离子体种类： 

• 热等离子体
• 冷等离子体
• 混合等离子体

在聚合物表面改性中使用的一般是冷等离子体或低温等离子体。 
 
 

作用机理： 

   等离子处理可以使聚合物表面交联，由于反应发生在聚合物表面，对本体的损伤不大。反应引入极性基团可以改善表面的润湿性和与其他材料的粘结性，对表面极端惰性的高聚物有明显的改性效果。 
 

等离子体改性方法 

• 利用非聚合性气体（无机气体），如Ar、H₂、O₂、N₂、空气等的等离子体进行表面反应。
• 利用有机气体单体进行等离子体反应。
•  

• 等离子体引发聚合和表面接枝。

应用： 

• 表面亲、疏水性改性
• 增加粘结性
• 改善印染性能
• 在微电子工业中的应用
• 在生物*用材料上的应用
•  

• 其它

不足： 

   高聚物表面经冷等离子体改性后，其处理效果会随时间的推迟而减退，这一现象称为退化效应。