聚合物材料表面改性技术最新研究进展
直接氟化表面改性技术研究进展
综 述
直接氟化表面改性技术研究进展
王 旭,刘向阳3
(四川大学高分子科学与工程学院,高分子材料工程国家重点实验室,成都 610065)
摘要:直接氟化是直接用氟气作为氟化试剂对高聚物进行表面改性的新方法。其在聚合表面形成纳米级的氟化层,使得聚合物在其本体力学性能不受影响的情况下阻隔性、表面可粘接性等性能得到明显提高,并得到实际应用。同时直接氟化还可用于对碳纳米管、石墨以及分离膜等进行表面氟化改性,可提高其在溶剂中的分散性,电性能和选择分离性。该方法具备成本低,不需要催化剂,改性效果显著和工艺简单等优点。本文主要对直接氟化改性技术的发展、应用、直接氟化基本原理以及相关研究进展进行了综述。
关键词:直接氟化;表面改性;阻隔性;粘接性
含氟聚合物以其高的热稳定性、化学稳定性等优良性能在很多领域得到广泛应用和发展。目前,使用的氟化聚合物材料主要采用下列方法制备[1]:一种是通过含氟单体聚合制备含氟聚合物。这种方法的缺点在于含氟单体难于制备、分离和纯化技术难度大,成本相对较高;二是利用氟气高的反应活性作为氟化试剂对高聚物进行改性的方法,通常被称为直接氟化。因其所制备的氟化聚合物材料具有成本低,只在表面形成纳米层,不影响聚合材料本体的力学性能,可与大多数聚合物和无机碳表面发生化学反应等优点,从而直接氟化法成为近年来快速发展起来的一种有效的表面改性方法,吸引了国内外诸多专家学者的重视。俄罗斯化学物理能源问题研究院、美国氟技术中心、南非原子能公司和国内的成都百塑高分子科技有限公司、四川大学等都已着力于这方面的研究[1～3,15,19]。
新型材料的表面改性及其对性能的影响研究
新型材料的表面改性及其对性能的影响研究
随着科学技术的不断发展，新材料的研究和应用成为了不可忽视的一个方向。
而新型材料的表面改性对于提高材料的性能和应用性起着至关重要的作用。本文将详细探讨新型材料的表面改性及其对性能的影响。
一、新型材料表面改性的方法
表面改性是指通过对材料表面的化学、物理和机械处理，使其表面性质发生显
著变化，从而提高材料的性能和应用性。现有的表面改性方法主要包括：
1. 化学表面改性：采用一定的化学反应使材料表面的化学性质发生改变，例如
硅烷偶联剂的使用、表面活性剂的修饰等。
2. 物理表面改性：通过加热、辐照、离子注入、引入金属或氧化物等物理方法
改变材料的表面结构和性质。
3. 生物表面改性：利用无机、有机或者生物大分子对材料的表面进行修饰，提
高其生物相容性和生物活性。
二、新型材料表面改性对性能的影响
新型材料表面改性的主要目的是要提高其性能和应用性。下面将分别从机械性能、光学性能和生物性能三个方面来探讨表面改性对性能的影响。
1. 机械性能
新型材料表面改性可以显著提高材料的机械性能，例如耐磨性、硬度、强度等。研究表明，通过采用离子注入或者氮化等物理表面改性方法，可以将材料表面的硬度提高几倍，耐磨性和抗划伤性能也得到了明显提高。
2. 光学性能
新型材料表面改性还可以对光学性能产生影响。例如，通过引入一定的金属或
氧化物等，可以增强材料的吸光性和散射性，使其具有光学吸声性能。另外，针对光学应用，采用光学薄膜、抗反射涂层等方法也可以有效地改善材料的光学性能。
3. 生物性能
生物相容性是新型材料应用的一个重要方面，因此通过表面改性提高材料的生
环氧树脂改性方法的研究现状及进展
环氧树脂改性方法的研究现状及进展
1. 引言
1.1 环氧树脂改性的意义
环氧树脂是一种重要的聚合物材料，具有优异的性能和广泛的应
用领域。纯环氧树脂在一些特定的工程应用中存在一些缺陷，例如脆性、耐磨性差、耐溶剂性低等。为了克服这些缺点，对环氧树脂进行
改性已成为当前研究的热点之一。
环氧树脂改性的意义主要体现在提高环氧树脂的性能和应用范围。通过改性，可以有效改善环氧树脂的力学性能、耐磨性、耐热性、耐
化学性等方面的性能，使其更加适用于各种工程领域。环氧树脂改性
还可以扩大环氧树脂的应用范围，满足不同工程需求的要求。
环氧树脂改性不仅可以提高环氧树脂的性能和应用范围，还可以
推动环氧树脂在更多领域的应用，促进材料科学领域的发展。在当前
材料科学研究中，环氧树脂改性的意义愈发凸显，具有重要的研究和
应用价值。
1.2 环氧树脂改性的研究背景
环氧树脂是一种重要的高分子材料，在工业生产中有着广泛的应用。传统的环氧树脂在某些方面仍然存在一些不足，比如耐热性、耐
磨性和耐腐蚀性等方面的性能需要进一步改进。对环氧树脂进行改性
已成为当前研究的热点之一。
环氧树脂改性的研究背景主要源自对环氧树脂性能提升的需求。传统环氧树脂的性能不能满足现代工业的需求，比如在航空航天、汽车制造、电子设备等领域，对材料性能的要求越来越高。为了提高环氧树脂的性能，需要通过改性手段来改善其特性。
近年来，环氧树脂改性的研究不断取得新的进展，涌现出了各种改性方法。从物理改性到化学改性再到纳米材料改性，各种方法都在不同程度上改善了环氧树脂的性能。通过这些改性方法，环氧树脂的力学性能、耐磨性、耐高温性等方面得到了提升，为其在更广泛领域的应用提供了可能性。通过对环氧树脂改性方法的研究，可以更好地满足不同领域对材料性能的需求，推动环氧树脂改性技术的发展和应用。
聚合物材料的表面改性方法
聚合物材料的表面改性方法
聚合物材料是一类具有广泛应用前景的材料，具有质轻、高强度、耐腐蚀等特点。然而，由于其表面的化学稳定性较差，导致其在某些特殊环境下容易受到损伤。为了改善聚合物材料的性能，人们通过表面改性方法对其进行处理，并赋予其更多的功能。本文将介绍一些常见的聚合物材料的表面改性方法。
物理气相沉积（PVD）是一种常见的表面改性方法。通过将金属等材料以适当
的气氛转变为气体态，然后使其在高真空环境中与聚合物材料表面发生反应，从而形成一层新的材料。PVD能够显著提高聚合物材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
此外，PVD还可以通过控制沉积参数来调节材料层的粗糙度和结构，从而实现对
材料性能的精确调控。
化学沉积是另一种常见的聚合物表面改性方法。化学沉积利用化学反应使金属
或其他材料以原子或分子的形式沉积在聚合物材料的表面上。与物理气相沉积不同，化学沉积可以在常压或低压下进行。化学沉积能够根据反应条件的不同，形成不同厚度、形貌和成分的材料层，从而使聚合物表面的性能得到改善。例如，通过化学沉积薄层二氧化硅，可以增强聚合物材料的耐候性和耐磨性。
离子注入是一种通过将离子注入到聚合物表面来改变其性能的方法。离子注入
可以显著改变聚合物的化学结构和表面性质，从而实现对材料性能的调节。通过控制注入的离子种类和能量，可以使聚合物材料表面发生化学反应，形成新的摩擦性能、光电性能等。离子注入方法具有对材料表面改性效果持久、成本低廉等优点，因此得到了广泛应用。
高能束流 (EB) 辐照是一种利用电子束对聚合物材料进行表面改性的方法。在
聚合物的表面改性
Fra Baidu bibliotek 优、缺点
优：简便易行，处理效果好，可连 续生产、易调控、无污染 。 缺：电晕预处理后的效果不稳定， 处理后最好立即印刷、复合、粘结。
火焰处理和热处理
所谓火焰处理法就是采用一定配 比的混合气体，在特别的灯头上烧， 使其火焰与聚烯烃表面直接接触的 一种表面处理方法；热处理则是将 聚合物暴露在空气中。 高聚物表面经火焰和热处理时， 表面可别氧化引入含氧基团。
偶联剂处理
偶联剂是一种同时具有能分别与无 机物和有机物反映的两种性质不同 的官能团的低分子化合物。
1947年Wiff等第一次从分子角度解 释了表面处理剂在界面中的状态。 此后，许多研究者从事偶联剂反应 机理的研究，证实偶联剂的两种基 团分别与无机物和树脂生成了化学 键。 同时，玻璃纤维增强塑料的发展又 促进了各种偶联剂的合成和生产。
应用：
工业上用于处理聚烯烃、聚缩 醛、聚对苯二甲酸乙二酯等。
优、缺点：
优：成本低廉 缺：易导致基材变形，甚至烧坏产 品。所以，目前主要用于聚烯烃制 品的表面处理。
化学改性
化学处理是用化学试剂浸洗高聚 物，使其表面发生化学和物理的变 化。
化学改性方法
碱洗含氟聚合物 酸洗聚烯烃、ABS和其它聚合物 碘处理 其它
不足：
处理材料表面变黑，影响有色导线 的着色。 面电阻在高湿下略有下降 处理后的表面在阳光、加热下粘结 性能降低。
聚合物表面改性方法综述 4
聚合物的表面改性综述
姓名：
班级：高分子
学号：
学院：材料科学与工程
摘要：本文综述了聚合物表面改性的目的、意义和多种方法，主要包括有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法，并结合具体聚合物材料有重点的详细介绍了改性方法及其改性机理。并综述了聚合物表面改性效果的表征方法。
关键词：聚合物；表面改性；目的和意义；方法；表征方法
一、聚合物的表面改性的目的和意义
聚合物材料具有优良的综合性能，广泛应用于生产、生活的各个领域。在实际应用中，聚合物材料与周围环境的相互作用主要发生在其表面，如印刷、吸附、粘结、摩擦、涂装、染色、电镀、防雾、防腐蚀、耐老化、表面电导、表面硬度等许多应用场合，都要求聚合物材料有适当的表面性能。因此，聚合物材料不仅应具有良好的内在性能，也应具有良好的表面性能。然而，几乎没有哪种聚合物能同时具有良好的本体性能和表面性能。大多数聚合物的表面能较低，存在表面惰性和疏水性、对水不浸润、对胶粘剂或涂料的粘附强度低、或染色性差等不足之处，其应用范围也因此受到限制。要改善其表面性能，往往须做聚合物表面改性。
聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。
二、聚合物的表面改性的方法
聚合物的表面改性方法很多，本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。
聚合物材料界面改性及应用研究
聚合物材料界面改性及应用研究
聚合物材料是一种非常重要的材料，其广泛应用于各个领域，如建筑、汽车、
电子等。然而，在实际应用中，聚合物材料表面的性质对于其性能和应用具有非常重要的影响。因此，如何改善聚合物材料表面性质已经成为一个热门的研究领域。本文将介绍聚合物材料界面改性的相关研究以及其应用。
一、聚合物材料界面改性的研究
1. 表面涂覆改性
表面涂覆改性是一种常用的聚合物材料界面改性方法。其原理是在聚合物材料
表面涂覆一层能够附着并且具有特殊性质的化学物质，从而改善材料表面的性质。近年来，一些研究表明，使用纳米复合涂层能够有效地改善聚合物材料的界面性质。在这种方法中，通过纳米复合涂层技术可以将一些具有特殊性质的纳米材料附着在聚合物材料表面，从而增强材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。
2. 化学修饰改性
化学修饰改性是一种通过在聚合物材料表面引入新的化学官能团来改善材料性
质的方法。这种方法的主要思路是利用化学反应将一些具有特殊性质的分子引入到聚合物材料表面，从而改善材料的性能。例如，在聚合物材料表面引入一些含有羟基、胺基或硅氧烷官能团的化合物，可以显著提高材料的表面润湿性、耐氧化性和耐腐蚀性能。
3. 光化学改性
光化学改性是一种通过利用光化学反应来改善聚合物材料界面性质的方法。这
种方法利用光化学反应的特殊性质，在聚合物材料表面引入新的化学官能团，并改善材料的性能。例如，在聚合物材料表面引入一些含有双键或氧杂环官能团的化合物，可以通过光化学反应形成新的化学键，并增强材料的机械性能和耐磨性能。
二、聚合物材料界面改性的应用研究
聚合物表面改性的技术手段及其应用
聚合物表面改性的技术手段及其应用聚合物是一种非常重要的高分子材料，广泛应用于工业、医疗和生活中。然而，由于聚合物的物化性质和表面特性不稳定，需要对聚合物进行改性以提高其性能，使之更符合实际应用需求。其中，聚合物表面改性技术是最具有效性和实用性的手段之一。本文将介绍聚合物表面改性的技术手段及其应用。
1. 聚合物表面改性的技术手段
1.1 化学表面改性
化学表面改性是一种通过化学反应来将物质附着到聚合物表面的方法，从而改变聚合物表面的特性。通常采用的化学表面改性方法包括：酸碱处理、溶液浸润、化学键结合等。例如，微波辐射方法可用于对聚乙烯表面进行氧化改性，将氧原子的引入到聚合物表面，增加其亲水性。
1.2 物理表面改性
物理表面改性是一种通过物理手段来改变材料表面性质的方法，可通过改变表面形貌、纹理、颜色、色泽等方面来改变物质表面
性质。例如，凸点纳米表面可增强材料的粘附性、硬度和磨损性，从而提高材料的性能。
1.3 光化学表面改性
光化学表面改性是一种以光为驱动力通过化学反应来改变材料
或材料表面性质的方法，可用于材料的光降解、光合成、光催化等。例如，光降解技术可将有机分子通过可见光辐照分解成无害
物质，减少聚合物的环境污染。
2. 聚合物表面改性的应用
2.1 材料涂层
聚合物表面改性技术可用于涂层领域，以提高涂层的附着力、
耐磨性、防腐蚀性和耐老化性。例如，在航空航天领域，采用聚
合物表面改性技术制备出具有高温稳定性和防腐蚀性的涂层，可
以提高航空器的性能。
2.2 生物医学材料
聚合物表面改性技术可用于生物医学材料领域，以提高其组织相容性、生物降解性、生物相容性和抗菌性能。例如，聚合物表面改性技术可以用于制备具有超支链结构的聚己内酯材料，提高其生物降解性，从而可以作为内部骨钉等医疗器械的材料。
聚四氟乙烯改性现状及研究进展
综述
CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS
合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2022， 39（4）： 70
随着现代科技的飞速发展，对高性能材料的需求日益增加，聚四氟乙烯（PTFE）作为一种性能优良的工程塑料，在许多领域具有广泛的应用［1-2］。PTFE是由单体四氟乙烯聚合而成［3］，分子结构为一种螺旋构象，即C—C骨架全部被周围的F原子包裹。同时由于C—F的键能很高不易断裂，使PTFE可以抵抗强酸、强碱、油脂、纯氧化剂和有机溶剂等的腐蚀，但缺点是强度较低，不利于成型加工，机械磨损率高，特别是在受外力作用下会产生严重的蠕变现象，极大地限制了PTFE 的应用。因此对PTFE的改性显得尤为重要［2］。目前，PTFE的改性方法主要有表面改性、填充改性和共混改性。本文详细阐述了PTFE改性的几种方法，并研究了改性方法对PTFE复合材料力学性能、摩擦性能和介电性能的影响。
DOI：10.19825/j.issn.1002-1396.2022.04.15 *
1 PTFE的改性
1.1 表面改性
由于PTFE表面结合能较小，不易与其他化合物和小分子反应，同时其他填料也很难附着在PTFE表面。采用物理化学法对PTFE表面进行处理，可以在PTFE表面产生反应位点同时提高表面的粗糙程度，改善PTFE表面的疏水性、亲核性和防污性能。常见的处理方法主要有等离子体处理法、电子辐照处理法、偶联剂处理法［4］。
聚四氟乙烯改性现状及研究进展
左 程1，肖 伟2*
（1. 江苏扬建集团有限公司 扬州华正建筑工程质量检测有限公司，江苏 扬州 202105；
聚四氟乙烯膜的表面改性研究进展
(School of Materials Science and Engineering&Tiangong University&Tianjin 300387&China)
Abstract： Polytetrafluoroethylene ( PTFE ) is a kind of perfluorinated polymer& by the polymerization of tetrafluoroethylene (CF2 > CF2 ) & is a linear thermoplastic polymer. The strong bond ofC—F bond enables it to have excelenRchemicalsRabiliy&corrosionresisRanceandhigh mechanicalsRrengRh.However&PTFEishighlyhydrophobic Therefore&inRheuseofPTFE microfilraion membraneforwaRerRreaRmenR&Rhemembranepoluionisserious&soRhaR RsapplicaionisgreaRlylimiRed.InorderRoimproveRheani—poluionperformanceofPTFE membrane&iRhasbeen widely used. Various modification methods, such as chemical modification& plasma irradiation, atomic layer deposition
聚合物表面改性方法综述
聚合物表面改性方法综述
聚合物表面改性方法综述
摘要：由于聚合物表面化学能低、化学惰性等因素，其使用时需要进行表面改性。本文综述了聚合物表面改性的方法（化学处理、低温等离子处理、表面接枝处理、电晕放电处理、光化学改性和离子注入改性），并对其改性机理及应用研究进展进行了说明。
关键词：聚合物，表面，改性方法
高聚物表面因表面能低、化学惰性、表面污染及存在弱边界层等原因，往往难以润湿和粘合。因此，常常要对高聚物进行表面处理。表面处理的目的就是改变表面化学组成，增加表面能，改善结晶形态和表面的几何性质，清除杂质或脆弱的边界层等，以提高聚合物表面的润湿性和粘结性等。高聚物的表面改性方法有多种，如电晕、火焰、化学改性、等离子改性、辐照、光化学改性等。这些方法一般只引起10nm～100μm 厚的表面层的物理或化学变化，对整体性质影响较小。高聚物表面处理后的表面层化学、物理结构发生了变化，但是由于表面层很薄，对表面层变化的表征往往比较困难，表面物理性能一般通过接触角和表面能的测试进行表征，表面的形貌可用电镜进行观察，表面化学组成可由ESCA(光电子能谱)表征。表面处理的效果往往由材料使用的性能直接评估，例如粘接强度的提高，印刷性能的改进，染色性的改善等等。目前，聚合物改性方法主要有：化学处理、低温等离子处理、表面接枝、电晕放电处理和热处理等方法。本文综述了上述聚合物表面方法的研究进展。
1.化学处理
化学处理是用化学试剂浸洗高聚物, 使其表面发生化学的和物理的变化。其研究进展如下：
1.1溶液氧化法
溶液氧化法是一种应用时间较长的处理方法，由于其简便易行，以处理形状复杂的部件，且条件易于控制，一直受到广泛关注。溶液氧化法对聚合物表面改性影响较大的因素主要是化学氧化剂的种类及配方、处理时间、处理温度。
材料表面改性技术的发展趋势
材料表面改性技术的发展趋势随着社会的不断发展和科技的迅速进步，材料表面改性技术得到了越来越广泛的应用。这一技术的用途非常广泛，可以应用于制药、化工、航空、汽车、电子等领域。
在过去几十年间，材料表面改性技术一直处于不断探索和创新的阶段，不断有新的技术被提出和应用于实践中。下面将就材料表面改性技术的发展趋势展开讨论。
1. 传统技术的优化
材料表面改性技术的传统技术包括电镀、喷涂、压合等。这些技术已被广泛应用于各领域，但仍存在不足之处，如处理时间较长、涂层结合不牢、易发生氧化等问题。因此，这些传统技术不断进行优化和改良。
例如，电镀技术在涂层的均匀性和分离力上尤为重要。因此，传统电镀技术被改良成高速电镀、超声波电镀以及微弧氧化等技术。这些技术可以提高涂层的均匀性，使其更为牢固，且处理时间也得到了缩短。
2. 新兴技术的崛起
随着材料表面改性技术需求的不断增加，许多新兴技术也相继出现。这些新兴技术与传统技术相比，具有更为优越的性能和更高的效率。
例如，等离子喷涂技术便是一种新兴技术。该技术最初应用在铝制件的喷涂上，然而如今，该技术已经延伸到金属涂层、聚合物涂层、陶瓷涂层、玻璃涂层等多个领域。这些涂层具有很高的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性能。
除此之外，磁控溅射、电弧喷涂、离子注入等技术也被广泛应用于材料表面改性技术中。
3. 个性化定制需求
随着时代的进步，人们对物品的需求也越来越高，如个性化、定制化需求。材料表面改性技术也不例外。
如今，消费者追求高品质的生活、特色的文化、创意的设计，
因此，个性化定制领域需要更加灵活的表面改性技术推动产品开发。例如，二维码喷涂技术可以将个性化信息喷涂在商品的表面，使得其更具有特色性和独特性。
材料表面改性技术的研究进展与应用前景
材料表面改性技术的研究进展与应用前景
自工业革命以来，材料科学一直是推动人类社会进步的重要基础。不仅如此，它也是高新技术产业的重要基础，是现代化国家
竞争力的重要标志。而材料表面改性技术的研究与应用，则是人
类科技发展的又一个壮举。
材料表面改性技术，是指将材料的物理性质、化学性质或者表
面形态等，通过外部手段进行改善或改变，达到提高材料性能的
目的。在材料研究领域中，表面改性技术是一个非常重要的分支，它能够使材料具有更高的耐腐蚀性、防护性、粘附性、光滑性、
导电性、磁性等相关性能，这对于高新技术产业以及现代化国家
建设有着至关重要的意义。
一、材料表面改性技术的研究进展
一直以来，材料表面改性技术一直在不断地发展着，为人类研
究带来了很大的进展。其中，基于化学原理的表面改性技术（如
化学氧化、还原、硫代化等）可以使物质的表面得到化学改性，
从而改变材料的性质和功能。在这种技术中，常用的改性剂物质
有氧化剂、还原剂、硫化剂等。在这些化学改性中最早应用的就
是表面氧化，如氧化铝、氧化锌等，而这些化学氧化物因其化学
性质稳定、膜层均匀等特点，被广泛应用于高新技术产业中。
除化学改性外，材料表面改性技术中还有许多不同的研究方向，如物理改性和生物改性。其中，物理改性常以高能电子束、离子束、激光束等为代表，能使材料表面发生各种物理变化，从而提
高材料的物理性能和化学性能。而在生物改性中，蛋白质链接法
是最常用的，它能够将生物分子与材料表面表现出的特殊结构进
行链接，从而得到新的性能。
二、材料表面改性技术的应用前景
材料表面改性技术不仅在材料研究领域中得到了广泛的应用，
生物材料表面改性技术的研究进展
生物材料表面改性技术的研究进展随着科技的进步和人们对生态环境的日益关注，生物材料表面
改性技术的研究也越来越受到重视。这种技术可以在一定程度上
提高生物材料的性能和稳定性，使其在工业、医学和生物科学等
领域发挥更大的作用。本文将从多个角度探讨生物材料表面改性
技术的研究进展和应用前景。
一、基础理论研究的进展
生物材料表面改性技术是一个涉及多个学科的综合性研究领域，其中基础理论研究的进展对于相关技术的推广和应用至关重要。
目前，国内外的学者们已经从表面化学、材料科学、生物医学等
方面开展了大量的研究，取得了一系列有意义的成果。
例如，在表面化学方面，研究人员在探讨表面修饰方法、材料
表面结构与性能之间的关系等方面不断深入，并提出了很多方法
和理论。这些研究不仅为技术开发提供了基础，也为基础研究提
供了重要的支撑。
此外，材料科学的强大驱动力也为生物材料表面改性技术的研
究带来了前所未有的机遇，如新型材料的设计和制备、表面多功
能化改性等，这些都是生物材料表面改性技术领域研究的必经之路。
二、工业途径的新型应用
在工业领域，生物材料表面改性技术也具有广泛的应用前景。
一些转化的新型生物材料，如聚合物、石墨块、碳纳米管等，都
具有很广泛的应用前景。例如，在电池电极领域，石墨块和碳纳
米管表面修饰后可以有效提高电池的性能和店铺性，使其成为新
一代节能环保的能源材料。
同样，在新型高性能纺织品方面，改性技术的发展也极其迅速。通过在纤维表面修饰聚合物、金属纳米颗粒等物质可以抗菌、防尘、阻燃等。一些大规模的商业运作开始借助材料表面改性技术
聚合物的表面改性
聚合物表面接枝原理
紫外光源
UV
光引发剂
RR
O
UV
R
RS
O
溶剂 单体
聚合物 基材
CH2=CHR
H
C
R
RT
O
H
1
.2
C
C
.
CHR CH2 3
C
4
C
7.6.1 接枝聚合法
1、放射线法 同时照射法和前照射法，是先对高聚物进行放射
线照射，在表面引入可引发聚合的活性种，辐照后 再引发单体在材料表面接枝聚合。 2、低温等离子法
7.5.2 空气等离子体产生的原理
物质随温度变化一般有三态，当能量被进一 步添加给气态物质中后，气态物质会发生化学反 应，形成电子，离子及高能粒子的混合状态。这 种状态被我们称作等离子态。
7.5.3 空气等离子体的作用机理
目前科技上一般采用电离空气的方式来获得等 离子体。由于等离子体一般都具有1-10eV的能量， 当其与其它分子撞击时，能够轻易地打开其它分子 的化学键而形成新的极性基团，从而使材料表面的 附着力大大提升。利用等离子体的这一特性，将能 够研发出许多聚合物表面改性的技术应用。
wk.baidu.com
7.5 等离子体表面改性
等离子体可定义为一种气体状态物质，其中含 有原子、分子、离子亚稳态和它们的激发态，还有 电子。而正电荷类物质与负电荷类物质的含量大致 相等。等离子态被称为“物质的第四态”。
聚合物纳米复合材料研究进展
聚合物纳米复合材料研究进展
随着科技的发展，我们对材料学的研究也不断深入。聚合物纳米复合材料应运
而生，成为了材料学研究的一个热点领域。在这个领域，一些新型的聚合物纳米复合材料正受到人们的重视。那么，今天我们就来看一下聚合物纳米复合材料的研究进展。
一、研究背景
在生活和工业中，聚合物材料具有着很广泛的应用。但是，这些聚合物材料存
在一些弱点，比如机械性能、耐热性、导电性等方面存在着很大的限制。为了克服这些问题，人们寻求新的方法和技术，将纳米颗粒引入聚合物基体中，以获得新型的聚合物纳米复合材料。
二、合成方法
目前，聚合物纳米复合材料的制备方法主要有三种：原位合成法、后处理法和
挤压法。
原位合成法是在聚合反应过程中添加一种纳米粒子，使其与聚合物基体共同生长，在形成的材料中，纳米粒子分散均匀，形成了纳米复合材料。
后处理法是先合成聚合物基体，再在其中加入纳米粒子，然后通过共混、分散、表面改性等方法将其分散均匀，形成纳米复合材料。
挤压法则是将纳米粒子直接与聚合物基体进行混合后，进行挤压成型。在挤压
过程中，纳米粒子均匀分散在聚合物基体中，形成纳米复合材料。
三、应用领域
聚合物纳米复合材料具有很广泛的应用领域。对于一些非常规的材料，如石墨
烯和碳纳米管，可以通过制备聚合物复合材料来改善其性能，使其能够更好地应用到纳米电子器件与能源存储器件中来。
此外，在医学领域中，聚合物纳米复合材料也展现了广阔的前景。其可以用于
制备人工血管、药物释放器、组织修复等医用材料，可以缓解传统材料的一些问题。
四、研究挑战
聚合物纳米复合材料的开发面临着很多挑战，其中包括复杂的混合过程、材料
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聚合物材料表面改性技术的最新研究进展
摘要:经过表面改性后的聚合物材料，其电学性能、力学性能等都会得到较大的提高，因而在生产生活中拥有非常广泛的应用。多种表面改性技术被用来对聚合物的表面性质进行修饰。本文介绍了各种表面改性技术的的研究进展，并比较了各种表面改性技术的改性机理和改性效果,最后对工业化应用中需要克服的问题和研究方向也作了展望。
关键词:聚合物材料；表面改性；改性机理；改性效果；工业化应用
Abstract:After the surface modification of polymer materials, its electrical properties, mechanical properties and so on will have a larger improvement, and therefore has a very extensive application in the production and living.A variety of surface modification techniques are used to modify the surface properties of polymer.This paper introduces the research progress of all kinds of surface modification techniques, and compares the mechanism and the effect of various kinds of surface modification techniques.Finally, the problems in the industrial application which need to be overcome and research direction are also discussed.
Keyboards:Polymer Materials; Surface Modification; Modification Mechanism; Modification Effect; Industrial Application
0.引言
聚合物材料具有质量轻便、价格便宜、绝缘性好、易于加工成型等诸多优点，在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用, 但是由于聚合物表面的一些性质如亲水性和耐磨损性较差, 限制了这些材料的进一步应用。为了改善聚合物材料的表面性质, 需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下, 在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作, 赋予材料表面某些全新的性质, 如亲水性、耐磨性、抗刮伤性等。
1.聚合物表面改性技术概述
聚合物表面改性方法很多, 大体可以分为两类：化学改性法和物理改性法。化学改性方法主要有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、离子注入法等。物理改性包括离子束辐照法和准分子激光刻蚀法, 还有近年来发展起来的原子力显微探针震荡法，这种改性方法不发生化学反应。本文将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法及其改性机理和改性效果。
2.化学改性法
2.1溶液处理方法
2.1.1溶液氧化法
溶液氧化法是一种应用时间较长的处理方法, 由于其简便易行, 可以处理形状复杂的部件, 且条件易于控制, 一直受到广泛关注。溶液氧化法对聚合物表面改性影响较大的因素主要是化学氧化剂的种类及配方、处理时间、处理温度。
重铬酸-硫酸是最常用的氧化体系。在体系中, 常把重铬酸钾、浓硫酸、水按质量比5:100:8 互溶: K2Cr2O7 + 4H2SO4→Cr2 (SO4) 3 + K2SO4 + 4H2O + 3[O]。
重铬酸钾和浓硫酸在混合的过程中会产生初生态的[O] , 它对聚乙烯的表面有强烈的氧化, 生成羟基、羰基、羧基等。同时聚乙烯的薄弱界面层因溶于处理液中而被破坏, 甚至分子链断裂, 形成密密麻麻凹穴, 增加材料粗糙度, 改善了材料的黏附性。
关于重铬酸- 硫酸体系对聚乙烯表面的氧化, 也有人认为经历了另外一个途径[1]: 聚乙烯链上的—H被氧化成—OH , 羟基的生成为后续氧化提供了条件,从而在聚合物链中引入了含氧的羰基、羧基等官能团。
图1 K2CrO4-2H2SO4氧化体系氧化机理
Fig 1 Oxidation mechanism of K2CrO4-2H2SO4
溶液氧化法处理聚乙烯表面是一个典型的氧化反应, 反应的温度和时间对氧化处理有很大的影响, 王博等系统的研究了用重铬酸钾- 浓硫酸、高锰酸钾-浓硫酸体系处理市售农用聚乙烯薄膜表面时温度和时间对表面性质的影响[2]。实验发现, 当氧化体系温度低于30℃时, 氧化处理基本不能发生, 温度升高,对制备氧化深度大的产品有利, 但是过高的温度会使聚乙烯表面萎缩变形, 最适宜的温度为45～60℃。当氧化时间少于30 min时, 氧化程度很小, 几乎观察不到, 当氧化时间超过30min后, 氧化作用明显加强。进一步的研究表明, 合适的氧化时间为45min左右。由此可见, 表面氧化处理效果和氧化时间、氧化温度之间有一种平衡关系。只有在一定的时间和温度范围内才能得到最佳的效果。
2.1.2溶液磺化法
溶液磺化法在回收利用废旧聚苯乙烯方面有着很好的应用前景。聚苯乙烯作为一种通用聚合物, 广泛地应用在生活用品和工业材料各个方面。近年来其使用量日益增大, 废弃物越来越多, 给环境造成了严重污染, 由于其耐老化, 抗腐蚀, 无法自然降解, 研究废旧聚苯乙烯的回收利用变得越来越重要。
带磺酸基的聚苯乙烯能够溶于水, 可应用于阻垢剂、水增稠剂、黏合剂、浸渍剂、纺织浆糊的生产及土壤保质和石油工业等领域, 是个很有工业前景的变废为宝的产品。目前常用的磺化剂一般为浓硫酸、三氧化硫、氯磺酸、酰基磺酸酯。无论哪一种磺化试剂, 在磺化中起作用的是—SO3H 或SO3。各种磺化试剂都有各自的优缺点[3] , 例如用SO3作磺化剂, 反应活化能低, 反应过快, 短时间内产生大量的热量, 导致分子相互缔合, 体系黏度大大增加; 浓H2SO4与聚苯乙烯发生磺化反应需要的活化能相对较高, 反应不易进行, 需要催化剂的催化; 用发烟硫酸作磺化剂,反应容易控制, 但生成硫酸与磺酸形成混酸, 后处理困难; 酰基磺酸酯的制备相对其它磺化试剂来说更为复杂, Carretta N等人把乙酸酐加到氮气气氛的1 , 2 - 二氯乙烷中, 冷却到0℃时再加入一定量的浓硫酸, 制备了乙酰磺酸酯[4]。
吕亮等用浓H2SO4作磺化剂在P2O5催化下研究了废旧聚苯乙烯的磺化, 探讨了反应中搅拌速度、催化剂用量、反应温度和时间、浓H2SO4用量对反应的影响, 得到了较好的磺化条件[3]。Carretta N等人用磺化的聚苯乙烯制备了具有较好质子导电率的离子交联聚合物薄膜, 这使得它有望成为一种Nafion膜的廉价替代品应用在电化学体系中[4]。在实验中用的磺化试剂是乙酰磺酸酯, 这种方法制备的薄膜质子导电性能优越, 与Nafion膜相差无几, 制备过程所用原料相对于光照诱导接枝方法更便宜, 整个工艺更适合大规模生产。这些优点使得磺化聚苯乙烯薄膜有望成为一种在电化学领域广泛应用的膜材料。
2.1.3溶剂浸渍法
溶剂浸渍法是用适当的溶剂处理聚合物表面, 溶剂与聚合物表面发生溶解、吸附和化学反应等作用,从而达到除污、增加粗糙度及提高表面极性等效果。聚碳酸酯在1 , 6 -己二胺水溶液或N , N -二甲基- 1 , 3 -丙二胺水溶液中进行处理时, 会发生某种化学反应, 使表面活化。聚乙烯在进行溶液氧化处理之前,可选用适当的溶剂, 如CCl4对聚乙烯进行预浸渍。这样可以除掉聚合物弱的边界层, 在制品表面形成凹凸不平的孔穴, 增加表面粗糙程