空氣介質(zhì)阻擋放電對聚乙烯表面吸濕性的改性分析

空氣介質(zhì)阻擋放電對聚乙烯表面吸濕性的改性分析為了研究空氣介質(zhì)阻擋放電(DBD)對聚乙烯表面吸濕性的影響及其機(jī)理,在本文中利用空氣DBD對PE表面開展改性研究。利用測量水接觸角測試儀測量樣品的水接觸角,應(yīng)用紅外光譜(FTIR-ATR)、X射線光電子譜(XPS)對樣品開展表面表征,應(yīng)用掃描電鏡(SEM)觀測在處理前、處理后及處理中加吹風(fēng)系統(tǒng)的聚乙烯樣品表面上利用磁控濺射方法制備的銅膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明:水接觸角隨處理時(shí)間的增加而減小;FTIR-ATR,XPS結(jié)果說明處理過樣品表面上引進(jìn)了醛基、羧基等含氧基團(tuán)親水基團(tuán)。SEM結(jié)果說明:經(jīng)過處理的樣品表面粗糙度增加,表面吸濕性改善;處理過程中參加吹風(fēng)系統(tǒng)對聚乙烯表面粗糙度影響較大,對改善表面吸濕性有較大作用。

聚合物薄膜本身在包裝、密封、醫(yī)療方面有著廣泛應(yīng)用,但由于聚合物薄膜表面能低,親水性和附著強(qiáng)度較差,在印染、打印、粘合力、涂覆能力等方面處于劣勢。聚合物薄膜表面改性成為近年來的熱門研究領(lǐng)域,大致包括化學(xué)改性和物理改性。真空技術(shù)網(wǎng)(http:///)認(rèn)為由于化學(xué)改性相對物理改性來說易造成環(huán)境污染,高分子材料表面改性比較傾向于物理改性。物理改性主要是采用等離子體技術(shù)。S.Guruvenket等利用微波電子回旋共振等離子體對聚苯乙烯和聚乙烯開展改性,提高了吸濕性。Coen等在高真空條件下對聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等聚合物開展表面改性,等離子體處理在聚合物表面引起了形貌改變。S.Bhowmik等利用直流輝光放電在不同的電極構(gòu)造條件下對聚丙烯開展表面改性,研究了放電對聚丙烯的吸濕性和物理化學(xué)性質(zhì)的影響。

介質(zhì)阻擋放電(DBD)被證明在聚合物表面研究領(lǐng)域非常有發(fā)展前途的應(yīng)用技術(shù)。DBD是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體放電,工作電壓為幾千伏,工作頻率為5~500kHz。DBD等離子體里的平均電子能量是0~10eV,與聚合物里的化學(xué)鍵能相近,帶電粒子能斷開聚合物表面的化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)改性。DBD放電構(gòu)造簡單,沒有復(fù)雜的電源要求,不需昂貴的真空系統(tǒng),廣泛用于改性聚酰亞胺、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯等諸多聚合物。本文中利用空氣DBD對聚乙烯開展表面開展改性,以期提高其表面的吸濕性并探討其機(jī)理。

1、實(shí)驗(yàn)

圖1為DBD實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。放電室由500mm×500mm×500mm不銹鋼制成;正負(fù)電極均為直徑45mm不銹鋼:上電極被厚為1mm、直徑60mm的石英玻璃絕緣板所覆蓋;下電極被聚乙烯所覆蓋,高度可在1~5mm之間上下調(diào)動。上電極接高壓電源(頻率在0~20kHz,有效電壓在0~20kV之間連續(xù)可調(diào)),下電極接地。

圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

樣品來源于商用的聚乙烯薄膜,厚度為100um,將樣品剪成55mm×55mm的正方形,先將其浸在酒精里0.5h,再浸在丙酮里放在超聲波儀器里振蕩0.5h,最后用去離子水將其再清洗一次,自然晾干或用電吹風(fēng)吹干,樣品準(zhǔn)備完畢。

利用空氣DBD對樣品開展改性處理:放電電壓為16kV,放電頻率為4kHz;電極間隙為2mm;樣品處理時(shí)間為1~120s;處理過程發(fā)生在大氣壓下的空氣中,通過電動吹風(fēng)機(jī)可改變樣品表面氣流。利用水接觸角檢測儀(型號:OCAH200德國Dataphysics公司)測量被處理樣品的水接觸角:采用去離子水開展測量,每次取2ul,每個(gè)樣品測量5次取其平均值作為最后測量值;應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)(型號:AVATAR360FT-IR,附件為:ATR)、X光電子能譜(XPS)(型號:KratosAnalyticalAmicus)開展相關(guān)測試;應(yīng)用磁控濺射儀在處理120s的聚乙烯薄膜表面鍍銅膜(在***理工大學(xué)三束材料改性實(shí)驗(yàn)室完成),再用掃描電子顯微鏡(SEM)(型號:JSM-5600LV)觀測銅膜表面。

本文通過利用空氣DBD對聚乙烯表面開展處理,研究了空氣DBD對聚乙烯表面吸濕性的影響及其機(jī)理。應(yīng)用水接觸角測量,FTIR-ATR,XPS,SEM來表征,應(yīng)用磁控濺射儀在未開展改性處理、應(yīng)用空氣DBD處理120s及處理120s后加風(fēng)吹的聚乙烯樣品表面制備銅膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明:水接觸角隨處理時(shí)間的增加而減小。FTI