等離子表面處理在高分子材料改性中的應(yīng)用,主要表現(xiàn)在下述幾方面。
改變表面親(疏)水性??
一般高分子材料經(jīng)NH3、O2、CO、Ar、N2、H2等氣體等離子體處理后接觸空氣,會在 表面引入—COOH,—C=O,—NH2,—OH等基團(tuán),增加其親水性。處理時間越長,與水接觸角越低,而經(jīng)含氟單體如CF4,CH2F2?等氣體等離子體處理則可氟化高分子材料表面,增加 其憎水性。研究發(fā)現(xiàn),未處理PET膜與水接觸角是73.1°,Ar等離子體處理5min,放置一天后測量,與水接觸角降為33.7°,隨放置時間的延長,接觸角緩慢上升,顯示出處理效果隨時間衰退。放置10d后測量,接觸角升至41.3°。 研究N2等離子體處理LDPE 時也發(fā)現(xiàn),表面極性基團(tuán)在處理后20d左右基本消失。研究O2等離子體處理3-羥基丁酸-3-羥基戊酸共聚物膜表面,也發(fā)現(xiàn)其后退接觸角經(jīng)60d后由處理后的20°恢復(fù)到70°。接觸角的衰減被認(rèn)為是由于高分子鏈的運(yùn)動,等離子體表面處理引入的極性基團(tuán)會隨之轉(zhuǎn)移 到聚合物本體中。如果將PET膜在處理前浸入與之有較強(qiáng)相互作用的有機(jī)溶劑中浸泡,會穩(wěn)定處理效果,這是因為溶劑誘導(dǎo)的分子鏈重排降低了鏈的可動性。同時, 處理效果不但隨時間延長而衰退,也會隨溫度升高而衰退。通過研究O2?等離子體處理6種合成高分子膜表面,隨后在80～140℃熱處理,發(fā)現(xiàn)等離子體處理后表面張力增大,濕潤性增大；隨后的熱處理則加快了等離子體處理效果的衰退。等離子體處理PET、尼龍-6等表面—COOH、—OH基團(tuán)濃度及表面力隨熱處理急劇下降；而聚酰亞胺,聚苯硫醚雖然表面張力也下降,但表面—COOH及—OH基團(tuán)濃度變化不大。這也從一個側(cè)面說明聚合物分子鏈本身運(yùn)動程度的難易也是影響處理效果衰退快慢的一個重要因素。
增加粘接性
等離子體處理能很容易在高分子材料表面引入極性基團(tuán)或活性點(diǎn),它們或者與被粘合材料、粘合劑面形成化學(xué)鍵,或者增加了與被粘合材料、粘合劑之間的范得華作用力,達(dá)到改善粘接的目的。這種處理不受材料質(zhì)地的限制,不破壞材料本體力學(xué)性能,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一般的化學(xué) 處理方法。等離子體處理能顯著改善高分子膜之間的粘接性和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能 。如果增強(qiáng)纖維與底基粘接性能不好,則不但沒有一個良好的粘接界面來傳遞應(yīng) 力,反而會產(chǎn)生應(yīng)力集中源,使復(fù)合材料力學(xué)性能變差。將超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)纖維經(jīng)等離子體處理,?其與環(huán)氧樹脂粘接強(qiáng)度提高4倍以上。用Ar、N2、CO2?等氣體等離子體處理PE纖維,發(fā)現(xiàn)了增加了與PMMA的粘接。提高了其韌度指數(shù)(ToughnessIndex)及斷裂強(qiáng)度。等離子體處理高強(qiáng)PE纖維提高了纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度。等離子體處理纖維素纖維,反氣相色譜、XPS、SEM揭示處理表面并不均勻,但仍然在表面有效地引入了酸(堿)基團(tuán),提高了纖維與PS、PVC、PP等組成的復(fù)合材料的力 學(xué)性能和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 NH3、O2、H2O等離子體處理Kevlar-49纖維后改善與環(huán)氧樹脂的粘接性,發(fā)現(xiàn)處理后,纖維/環(huán)氧樹脂界面剪切應(yīng)力顯著增加,增幅43%～83%。等離子體處理高分子材料,還能顯著改善其與金屬的粘接。利用含氟氣體(?如 CF4等)?等離子體處理熱塑性聚合物如PC、ABS等能增強(qiáng)與鋁板的粘接。利用氧化性氣體等離子體(如O2、H2O等)處理PP,真空下熱壓到低碳鋼板上,與未處理熱壓樣品 相比,測得剪切強(qiáng)度大大提高。利用NH3等離子體處理PP后與鋁片的粘接強(qiáng)度是N2等離子體處理的2倍多,通過研究表面的酸(堿)性質(zhì)研究了NH3等離子體處理的時間效應(yīng),利用接觸角計算得到的粘附功與剝離試驗結(jié)果一致。利用O2等離子體處理聚酰亞胺膜,研究了處理條件,膜表面化學(xué)組成及形態(tài)與被覆Cu片粘接性能的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)隨處理溫度降低,剝離強(qiáng)度增大；較高溫度下延長處理時間對粘接性能亦有正面影響。
改善印染性
等離子體表面處理一方面能增加被處理材料表面粗糙度,破壞其非晶區(qū)甚至晶區(qū),使被處理材料表面結(jié)構(gòu)松散,微隙增大增加了對染料/油墨分子的可及區(qū)；另一方面,表面引入的極性基團(tuán),使被處理表面易于以范得華相互作用力、氫鍵或化學(xué)鍵合吸附染料/油墨分子,從而改善了材料的印染性能。低溫等離子體處理增強(qiáng)了PET纖維對分散染料的吸附。用低溫等離子體處理亞麻類織物,隨后用熱水泡洗,所得織物印染性能良好,同時 力學(xué)性能沒有受損。真空度1?torr下低溫等離子體處理羊毛織物能提高其勻 染性。?羊毛染色前用空氣等離子體處理減少了含Cr染料的用量和廢水中的鹵代有機(jī)污染物。低溫等離子體處理能提高聚酯染色色牢度。用NH3?等離子體處理聚酰胺纖維,然后用酸性染料染色,能提高色牢度和上色率。
