材料表界面第七章

材料表界面第七章第1頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么要進(jìn)行表面改性？液相固相氣相θ接觸角潤濕能力差難以粘合是非極性高分子：存在弱的邊界層：表面能低化學(xué)惰性它們的表面只能形成較弱的色散力，而缺少取向力和誘導(dǎo)力來自聚合加工過程中帶來的雜質(zhì)，聚合物本身的低分子成分、助劑，及儲(chǔ)運(yùn)過程中的污染等第2頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月改變表面組成及結(jié)晶形態(tài)增加表面能清除雜質(zhì)或弱的邊界層目的提高表面的潤濕性和粘結(jié)性為什么要進(jìn)行表面改性？第3頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物表面改性的表征方法表征表面性能接觸角表面張力表面形貌電子顯微鏡表面組成XPSX射線光電子能譜改性效果使用性能評估第4頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月電暈

表面接枝

火焰處理熱處理

化學(xué)處理

等離子體臭氧氧化

表面處理高聚物表面改性的主要方法第5頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1電暈放電處理電暈原理：高能粒子與聚合物表面作用，產(chǎn)生自由基和離子，在空氣中氧的作用下，聚合物表面可形成各種極性基團(tuán)。第6頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月電極接觸引燃接通電源熱電子陽極原子電離二次電子正離子陰極～4000K試樣蒸發(fā)原子化熾熱陽極斑VAELG220~380V5~30AR第7頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1電暈放電處理第8頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1電暈放電處理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)簡便易行處理效果好可連續(xù)生產(chǎn)易調(diào)控?zé)o污染

效果不穩(wěn)定處理后最好立即印刷、復(fù)合、粘結(jié)第9頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2火焰處理和熱處理火焰處理：火焰中處于激發(fā)態(tài)的O,NO,OH,NH等能從高聚物表面把氫抽取出來，隨后按自由基機(jī)理進(jìn)行表面氧化。熱處理：將聚合物暴露在熱空氣中（~500℃）處理。表面引入了：

羥基羰基羧基胺基第10頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2火焰處理和熱處理相同點(diǎn)二者均通過在高聚物表面引入含氧基團(tuán)進(jìn)行表面改性，氧化過程均按照自由基機(jī)理進(jìn)行。不同點(diǎn)引入自由基的途徑不同，火焰處理的自由基生成于火焰中，不受基體的影響；熱處理的自由基來自于熱活化后的高聚物，產(chǎn)生速率慢，受基體以及抗氧化劑的影響，自由基產(chǎn)生速率是整個(gè)過程的控制步驟。第11頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)易導(dǎo)致基材變形，甚至燒壞產(chǎn)品。聚烯烴7.2火焰處理和熱處理成本低廉第12頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3化學(xué)處理堿洗含氟聚合物鈉氨、鈉萘溶液酸洗聚烯烴重鉻酸鹽/硫酸化學(xué)處理是使用化學(xué)試劑浸漬聚合物，使其表面發(fā)生化學(xué)的和物理的變化。第13頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月FEP經(jīng)鈉/萘溶液處理

表面張力/(mN/m)粘附功

σdσpσ（×10-7J/cm2)

FEP（未處理）19.60.420.048.4處理后

10S35.45.340.768.020s36.67.744.370.260s33.813.447.269.8

90s34.914.549.471.1

120s34.415.950.371.1500s34.215.749.972.21000s35.415.150.571.8

7.3化學(xué)處理第14頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月FEP經(jīng)Na/NH3溶液處理:7.3化學(xué)處理第15頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月酸洗聚烯烴--聚烯烴的液態(tài)氧化處理7.3化學(xué)處理鉻酸液：（重鉻酸鉀/鈉＋蒸餾水＋濃硫酸）氧化液體系：硫酸銨－硫酸銀溶液，雙氧水，高錳酸鉀－硝酸，氯磺酸，王水等鉻酸酸蝕聚烯烴后：表面檢測出羥基、羧基和磺酸基等極性基團(tuán)第16頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3化學(xué)處理支鏈聚乙烯經(jīng)鉻酸溶液處理:第17頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月酸洗聚烯烴的不足：7.3化學(xué)處理大量酸廢液產(chǎn)生，污染環(huán)境。第18頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3化學(xué)處理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)污染環(huán)境！設(shè)備投資少工藝簡單第19頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4臭氧氧化通過臭氧的強(qiáng)氧化能力來處理聚合物的表面。（1）叔碳原子上的H被臭氧氧化，生成大分子自由基：（2）大分子自由基與氧反應(yīng)，生成過氧化自由基：第20頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4臭氧氧化（3）大分子自由基與OH反應(yīng)，生成羥基或碳碳雙鍵：（4）雙鍵被臭氧氧化，生成羰基、羧基、醛基或酯鍵等含氧極性基團(tuán)：第21頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4臭氧氧化臭氧氧化前后聚丙烯表面性能的變化

性能未處理臭氧處理后

ATR-IR3400cm-1羥基峰無有

1710cm-1羰基峰無有

1648cm-1-C＝C-峰無有，臭氧濃度高時(shí)消失與水接觸角（度）9767

臨界表面張力（×10-3N/m）29.536.0

剝離強(qiáng)度（N/m）2036.7～5201000～1255（進(jìn)一步用溶劑處理）第22頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4臭氧氧化優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)臭氧對人體有害！價(jià)格低廉工藝簡單第23頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體等離子體---被稱為是物質(zhì)的第四態(tài)，其實(shí)質(zhì)是電離的氣體。集合體電子原子分子自由基光子離子電中性第24頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體的產(chǎn)生：電暈放電高頻電磁振蕩激光射頻或微波高能輻射氬、氦、氮、O2、CO2、NH3等離子體第25頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理地球電離層外的整個(gè)宇宙中，絕大部分物質(zhì)以天然等離子體態(tài)存在，如太陽和所有恒星、星云都是等離子體。人造等離子體：霓虹燈、電弧。第26頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體的分類：熱等離子體冷等離子體混合等離子體由大氣電弧、電火花、火焰等產(chǎn)生在減壓下(1.33-1333Pa)由輝光放電產(chǎn)生在常壓下由電暈放電、臭氧發(fā)生器產(chǎn)生第27頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月低溫等離子體中基本粒子的能量范圍為：電子 0～20eV

離子 0～2eV

亞穩(wěn)態(tài)粒子 0～20eV

紫外光/可見光 3～40eV一些化學(xué)鍵的鍵能為：（eV）

C-H4.3 C=08.0C-N2.9C-C3.4 C-Cl3.4C=C6.1C-F4.4C≡C8.47.5低溫等離子體處理第28頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體表面改性反應(yīng)原理：在氧氣氛中,聚合物表面等離子氧化反應(yīng)是自由基連鎖反應(yīng),可生成含氧基團(tuán),如羧基,羥基,羰基,過氧基等.第29頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體處理的表面改性效果：(1)表面交聯(lián)第30頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體處理的表面改性效果：(2)極性基團(tuán)的引入第31頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體處理的表面改性效果：(2)極性基團(tuán)的引入紅外光譜檢測羰基第32頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體處理的表面改性效果：(2)極性基團(tuán)的引入等離子體處理在聚合物表面引入各種官能團(tuán)后，再通過有機(jī)化學(xué)方法引入其它官能團(tuán)第33頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體處理的表面改性效果：(3)對潤濕性能的影響由于等離子處理引入極性基團(tuán)結(jié)合到聚合物表面上，使聚合物的表面張力增大，接觸角變小。第34頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體處理的表面改性效果：(4)對粘結(jié)性的影響極性基團(tuán)的產(chǎn)生潤濕性的提高弱邊界層的強(qiáng)化界面間的相互作用相互擴(kuò)散增加表面刻蝕的錨合作用第35頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5低溫等離子體處理等離子體處理效果的退化效應(yīng)：●

聚合物表面經(jīng)冷等離子體改性后，其處理效果會(huì)隨時(shí)間的推遲而減弱。這一現(xiàn)象稱為退化效應(yīng)。對這種現(xiàn)象的解釋，Vasuda認(rèn)為等離子體改性聚合物表面時(shí)，將極性基團(tuán)引入表面，而這些極性基團(tuán)是連接在分子鏈上的，它隨分子鏈的自由旋轉(zhuǎn)從表面潛入本體，因此表現(xiàn)出表面潤濕性隨時(shí)間的推遲而減弱。第36頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7.6表面接枝表面接枝聚合大分子偶合反應(yīng)添加接枝共聚物表面接枝---是在聚合物的表面生長出一層新的具有特殊性能的其他聚合物，從而使表面層的結(jié)構(gòu)和性能與本體不同。第37頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)表面接枝聚合7.6表面接枝表面接枝是通過紫外光、高能輻射、電子束、等離子體等技術(shù)，在聚合物表面產(chǎn)生活性中心，引發(fā)乙烯基單體在聚合物表面接枝聚合，或利用聚合物表面的活性基團(tuán)通過化學(xué)反應(yīng)接枝。第38頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)大分子偶合反應(yīng)7.