等離子表面處理在高分子材料改性中的應用,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,增加其親水性。處理時間越長,與水接觸角越低,而經含氟單體如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60d后由處理后的20°恢復到70°。接觸角的衰減被認為是由于高分子鏈的運動,等離子體表面處理引入的極性基團會隨之轉移 到聚合物本體中。如果將PET膜在處理前浸入與之有較強相互作用的有機溶劑中浸泡,會穩(wěn)定處理效果,這是因為溶劑誘導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基團濃度變化不大。這也從一個側面說明聚合物分子鏈本身運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或活性點,它們或者與被粘合材料、粘合劑面形成化學鍵,或者增加了與被粘合材料、粘合劑之間的范得華作用力,達到改善粘接的目的。這種處理不受材料質地的限制,不破壞材料本體力學性能,遠遠優(yōu)于一般的化學 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復合材料的力學性能 。如果增強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 力,反而會產生應力集中源,使復合材料力學性能變差。將超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)纖維經等離子體處理,?其與環(huán)氧樹脂粘接強度提高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(ToughnessIndex)及斷裂強度。等離子體處理高強PE纖維提高了纖維-環(huán)氧樹脂復合材料的屈服強度。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,提高了纖維與PS、PVC、PP等組成的復合材料的力 學性能和玻璃化轉變溫度。 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,測得剪切強度大大提高。利用NH3等離子體處理PP后與鋁片的粘接強度是N2等離子體處理的2倍多,通過研究表面的酸(堿)性質研究了NH3等離子體處理的時間效應,利用接觸角計算得到的粘附功與剝離試驗結果一致。利用O2等離子體處理聚酰亞胺膜,研究了處理條件,膜表面化學組成及形態(tài)與被覆Cu片粘接性能的關系。發(fā)現(xiàn)隨處理溫度降低,剝離強度增大；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構松散,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,使被處理表面易于以范得華相互作用力、氫鍵或化學鍵合吸附染料/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。
