聚合物的表麵改性

聚合物的表麵改性 聚合物表麵特點 

• 表麵能低
• 化學惰性
• 表麵汙染
•  

• 弱的邊界層

• 改變表麵化學組成，增加表麵能
• 改善結晶形態和表麵的幾何性質
•  

• **雜質或脆弱的邊界層

• 電暈放電處理
• 火焰處理和熱處理
• 化學改性
• 光化學改性
• 偶聯劑處理
•  

• 等離子體表麵改性

   也稱火花處理，放電產生大量的等離子體氣體及臭氧，與聚烯烴表麵分子直接後間接作用，使其表麵分子鏈上產生羰基和含氮基團等極性基團，改善表麵的黏附性，達到預處理的目的。 應用： 

   電暈處理可使薄膜潤濕性提高，對印刷油墨等極性物質的附著力有顯著的改善，在表麵印刷、粘結、塗層等方麵有廣泛的應用。

  常用於聚烯烴薄膜的表麵處理。

優、缺點 

• 優：簡便易行，處理效果好，可連續生產、易調控、無汙染 。
• 缺：電暈預處理後的效果不穩定，　　　　　　　　　　　　　　處理後*好立即印刷、複合、粘結。

火焰處理和熱處理 

     所謂火焰處理法就是采用一定配比的混合氣體，在特彆的燈頭上燒，使其火焰與聚烯烴表麵直接接觸的一種表麵處理方法；熱處理則是將聚合物暴露在空氣中。

        高聚物表麵經火焰和熱處理時，表麵可彆氧化引入含氧基團。
應用： 

        工業上用於處理聚烯烴、聚縮醛、聚對苯二甲酸乙二酯等。 

優、缺點： 

• 優：成本低廉
• 缺：易導致基材變形，甚至燒壞產品。所以，目前主要用於聚烯烴製品的表麵處理。

化學改性 

　化學處理是用化學試劑浸洗高聚物，使其表麵發生化學和物理的變化。

化學改性方法 

• 堿洗含氟聚合物
• 酸洗聚烯烴、ABS和其它聚合物
• 碘處理
• 其它

堿洗含氟聚合物 

• 用液氨中的鈉-氨絡合物或鈉-萘絡合物/THF溶液處理含氟高聚物。
• 處理後含氟高聚物的表麵張力、極化度、可潤濕性都顯著提高。

萘鈉溶液處理具體步驟： 成都森發橡塑有限公司有售www.seafar.cn

• 1：1（mol）的鈉：萘/THF溶液，在裝有攪拌器及乾燥管的三口瓶中反應2h直至溶液完全變成暗棕色。
• 將含氟聚合物浸泡其中1-5min，密封，使聚合物表麵變黑（深度約1µm）
• 取出用丙酮洗，除去過量有機物。
• 用蒸餾水洗淨。

不足：  

• 處理材料表麵變黑，影響有色導線的著色。
• 麵電阻在高濕下略有下降
• 處理後的表麵在陽光、加熱下粘結性能降低。

酸洗聚烯烴、ABS和其它聚合物 

• 工業中用鉻酸洗液作為清洗液。
• 還可以用：硫酸銨－硫酸銀溶液；雙氧水；高錳酸鉀－硝酸；***；王水等。

鉻酸洗液作用機理： 

• 鉻酸清洗液主要是**無定形或膠態區，處理後聚合物表麵形成複雜的幾何形狀，使聚合物表麵的潤濕性和粘合性均大大提高。
• 在ABS表麵，鉻酸主要腐蝕丁二烯橡膠粒子，在表麵產生許多空穴，造成大量的機械固著點，有利於噴鍍金屬。

鉻酸處理具體步驟： 

• 重鉻酸鈉（鉀）５份，蒸餾水８份，濃硫酸１００份，配置處理液。
• 將聚烯烴在處理液中浸泡，室溫下浸泡１－１．５ｈ，６６°Ｃ－７１ °Ｃ條件下浸泡１－５ｍｉｎ，８０ °Ｃ－８５ °Ｃ處理幾秒鐘。

不足： 

大量算廢液產生，汙染環境。 
 

光化學改性 

• 用紫外光照射高聚物表麵可引起化學變化，改進聚合物的潤濕性和粘結性。

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• 紫外光應用於聚合物表麵改性*早可追溯到1883年，當纖維素暴露於紫外光和可見光時，能觀察到發生了化學變化。
• 1957年Oster報道了用紫外光進行接枝聚合改性聚合物表麵。
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• 近年來，光化學改性已從簡單的表麵改性發展到表麵高性能化、表麵功能化、接枝成型方法等高新技術領域。

紫外光因其較低的工業成本以及選擇性使得紫外光接枝受到重視。 
 

偶聯劑處理 

• 偶聯劑是一種同時具有能分彆與無機物和有機物反映的兩種性質不同的官能團的低分子化合物。

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• 1947年Wiff等**次從分子角度解釋了表麵處理劑在界麵中的狀態。
• 此後，許多研究者從事偶聯劑反應機理的研究，證實偶聯劑的兩種基團分彆與無機物和樹脂生成了化學鍵。
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• 同時，玻璃纖維增強塑料的發展又促進了各種偶聯劑的合成和生產。

偶聯劑種類 

• 矽烷偶聯劑
• 有機矽氧化偶聯劑
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• 鈦酸酯偶聯劑

應用: 

矽烷偶聯劑的應用比較廣泛。

• 改善室溫固化矽橡膠與金屬的粘合
• 增強酚醛樹脂粘結砂輪
• 環氧樹脂包封雲母電容
• 水電站工程中環氧樹脂與水泥的耐久性粘合
• 氟橡膠與金屬的粘合
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• 密封玻璃纖維增強尼龍製造耐衝擊的織布梭子

等離子體表麵改性 

 等離子體可定義為一種氣體狀態物質，其中含有原子、分子、離子亞穩態和它們的激發態，還有電子。而正電荷類物質與負電荷類物質的含量大致相等。等離子態被稱為“物質的第四態”。 
 

等離子體種類： 

• 熱等離子體
• 冷等離子體
• 混合等離子體

在聚合物表麵改性中使用的一般是冷等離子體或低溫等離子體。 
 
 

作用機理： 

   等離子處理可以使聚合物表麵交聯，由於反應發生在聚合物表麵，對本體的損傷不大。反應引入極性基團可以改善表麵的潤濕性和與其他材料的粘結性，對表麵極端惰性的高聚物有明顯的改性效果。 
 

等離子體改性方法 

• 利用非聚合性氣體（無機氣體），如Ar、H₂、O₂、N₂、空氣等的等離子體進行表麵反應。
• 利用有機氣體單體進行等離子體反應。
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• 等離子體引發聚合和表麵接枝。

應用： 

• 表麵親、疏水性改性
• 增加粘結性
• 改善印染性能
• 在微電子工業中的應用
• 在生物醫用材料上的應用
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• 其它

不足： 

   高聚物表麵經冷等離子體改性後，其處理效果會隨時間的推遲而減退，這一現象稱為退化效應。