高分子材料的表面改性.详解90页PPT
高分子材料的表面改性与性能
高分子材料的表面改性与性能在当今科技飞速发展的时代，高分子材料凭借其优异的性能和广泛的应用领域，已经成为材料科学领域的重要组成部分。
然而，高分子材料的表面性能往往限制了其在某些特定场合的应用。
为了拓展高分子材料的应用范围，提高其性能，表面改性技术应运而生。
高分子材料的表面改性是指在不改变材料本体性能的前提下，通过物理、化学或生物等方法对材料表面的化学组成、微观结构和物理性能进行调整和优化。
其目的是改善高分子材料的表面润湿性、黏附性、耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性等性能，以满足不同领域的应用需求。
物理改性方法是表面改性中较为常见的一类。
其中，等离子体处理是一种高效的技术手段。
等离子体中的高能粒子能够与高分子材料表面发生碰撞和反应，引入新的官能团，增加表面粗糙度，从而改善表面的亲水性和黏附性。
例如，经过等离子体处理的聚乙烯薄膜，其表面能显著提高，与油墨、涂料的结合力增强，印刷和涂装效果得到明显改善。
另一种物理改性方法是离子束注入。
通过将高能离子注入到高分子材料表面，可以改变表面的化学组成和结构，进而改善其性能。
比如，将氮离子注入到聚四氟乙烯表面，可以显著提高其耐磨性和耐腐蚀性。
化学改性方法在高分子材料表面改性中也具有重要地位。
化学接枝是一种常用的化学改性手段。
通过在高分子材料表面引入活性基团，然后与其他单体进行接枝反应，可以在表面形成一层具有特定性能的接枝聚合物层。
例如，将丙烯酸接枝到聚丙烯表面，可以使其具有良好的亲水性和生物相容性。
表面涂层也是一种常见的化学改性方法。
在高分子材料表面涂覆一层具有特定性能的涂层材料，如金属涂层、陶瓷涂层或聚合物涂层，可以显著改善其表面性能。
比如，在塑料表面涂覆一层金属涂层，可以赋予其良好的导电性和电磁屏蔽性能。
除了物理和化学改性方法，生物改性方法在近年来也受到了广泛关注。
生物改性主要是通过在高分子材料表面固定生物活性分子，如蛋白质、酶、抗体等，赋予材料特定的生物功能。
《表面改性技术》课件
表面改性技术的实 例分析
热处理：通过加热和冷却，改变金属材料的表面性能 涂层：在金属表面涂覆一层保护层，提高耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性 电化学处理：通过电化学反应，改变金属表面的化学成分和结构 激光处理：利用激光束照射金属表面，改变其表面性能和微观结构
实例：聚四氟乙烯（PTFE）表面改性 目的：提高耐磨性、耐腐蚀性和耐热性 方法：化学气相沉积（CVD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）等 应用：航空航天、汽车、电子等领域
原理：利用高能粒子轰 击材料表面，使其发生 化学反应或物理变化， 形成新的表面层
特点：可以在低温 下进行，对材料表 面无破坏，可形成 多种表面层
应用：广泛应用于 金属、陶瓷、塑料 等材料的表面改性
优点：可以提高材 料的耐磨性、耐腐 蚀性、导电性等性 能
原理：利用电化学反应，在表 面形成一层具有特定性质的薄 膜
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表面改性：通过改变复合材料表面的物理、化学性质， 提高其性能
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表面改性方法：化学气相沉积（CVD）、等离子体增强化 学气相沉积（PECVD）、激光表面处理等
表面改性技术的发 展趋势和未来展望
环保型表面改性技 术：减少有害物质 排放，提高环保性 能
纳米表面改性技术： 提高表面性能，增 强表面功能
改性目的：提高材料的耐磨性、 耐腐蚀性、抗老化性等性能
改性方法：化学改性、物理改 性、复合改性等
改性效果：提高材料的表面性 能，延长使用寿命
应用领域：汽车、电子、建筑、 医疗等行业
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复合材料：由两种或两种以上不同性质的材料组成的材 料
添加标题
实例：碳纤维增强复合材料（CFRP）
添加标题
表面改性效果：提高复合材料的耐磨性、耐腐蚀性、导 电性等性能
高分子材料的表面改性
注入样品剂量：2×1016 ions／cm2
图3 氮离子注入后PTFE表面的EDX谱
1.2 离子注入改性的机理
图2表明，氮离子注入后PTFE表面有新键产生 （678cm-1）,图3表明，氮离子注入后的样品，表现 出脱氟和氧化现象。 （4）离子注入不只产生断链和交联，而且产生导致 新化学键形成的微合金。X射线衍射分析表明，离子 束合金导致化学交联，未饱和的强共价结合和随机 分布类金刚石四方结合，导致产生坚固表面的三维 刚性梯状结构。
2.1 等离子体作用原理
反应气氛 反应气体 非反应气体
氧气、氮气
Ar、He
a.与原子氧反应：
2.1 等离子体作用原理
b.与分子氧反应：
c.与过氧化自由基反应：
可见，等离子体表面氧化反应是自由基连锁反应， 反应不仅引入了大量的含氧基团，如羰基及羟基， 而且对材料表面有刻蚀作用。
2.1 等离子体作用原理
化学健的键
C=O 8.0
2.1 等离子体作用原理
等离子体对高分子材料表面的作用有许多理论 解释，如表面分子链降解理论、氧化理论、氢键理 论、交联理论、臭氧化理论以及表面介电体理论等， 但其对聚合物表面发生反应机理可概括为三步。
自由基 表层形成致密的交联层
高压电场
高动能
空气中电子
加速 撞击分子
激态分子
1.1
离子注入的特点
(6)离子注入功率消耗低，以表面合金代替整体合金， 节约大量稀缺金属和贵重金属，而且没有毒性，利 于环保。 (7)离子注入工艺的缺点是设备一次性投资大，注入 时间长、注入深度浅、视线加工等缺点，不适合复 杂形态构件改性。
第七章--高分子材料的表面改性
● 这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产 生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面 可形成各种极性基团，因而改善了聚合物的粘接性和 润湿性。电晕处理可使薄膜的润湿性提高，对印刷油 墨的附着力显著改善。
● 表面化学组成：X射线光电子谱（XPS, X-ray Photoelectron Spectroscopy，ESCA, Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）；
● 表面处理效果：性能的改进（粘结强度，印刷性、染色性 等）
XPS简单介绍：
通过用X射线辐照样品，激发样品表面除H、He以 外所有元素中至少一个内能级的光电子发射，并对产生 的光电子能量进行分析，以研究样品表面的元素和含量。
7.3 化学改性
● 化学处理是使用化学试剂浸渍聚合物，使其表面发生化学的和物理的 变化。 7.3.1 含氟聚合物
含氟聚合物，具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气 的穿透性能，在化学、电子工业和医学方面有广泛应用。但含氟聚合物 的表面能很低，是润湿性最差粘结最难的聚合物，使其应用受到限制。 因此必须表面改性。 对含氟聚合物表面进行化学处理，广泛使用的是钠萘或钠氨溶液， 可提高其表面张力和可润湿性，改善其与其他材料的粘结性。
7.5.2 等离子体处理对聚合物表面的改性效果
（1）表面交联
CH2 CH 2 + He 2 ( CH 2 CH ) CH 2 CH + H .
+
《高分子材料的表面》课件
表面对高分子材料的影响
1 表面特性的定义
高分子材料表面的化学、物理性质对整个材料的性能起到重要影响。
2 表面对高分子材料性质的影响
表面特性可以影响材料的力学性能、热性能、电性能等多个方面。
3 可能的表面问题
高分子材料的表面可能出现粗糙、污染等问题，影响材料的应用。
3
表面应用对高分子材料未来的影响
探讨表面应用对高分子材料未来发展的影响。
表面改性
1 表面改性的概述
介绍高分子材料表面改性的目的和原则。
2 常见的表面改性方法
介绍表面改性的多种方法，如物理方法、化 学方法等。
3 不同表面改性方法的优缺点。
4 表面改性的案例
介绍几个高分子材料表面改性的成功案例。
表面应用
高分子材料的表面应用 案例
表面分析技术
1 常见表面分析技术介 2 选择正确的表面分析 3 表面分析技术适用于
绍
技术的关键因素
高分子材料的案例
介绍常用的高分子材料表 面分析技术，如X射线光 电子能谱(XPS)、原子力显 微镜(AFM)等。
根据分析目的、样品性质 等因素选择适合的表面分 析技术。
介绍几个高分子材料表面 分析技术在实际应用中的 案例。
《高分子材料的表面》 PPT课件
高分子材料的表面是该领域中一个重要的研究方向。本课件将介绍高分子材 料概述、表面对高分子材料的影响、表面分析技术、表面改性、表面应用等 内容。
高分子材料概述
1 什么是高分子材料？
高分子材料是由大量重复单元组成的材料， 具有特定的物理、化学性质。
2 高分子材料的应用范围
介绍几个高分子材料表面应 用的成功案例。
高分子材料改性PPT课件
交联
交联对高分子材料的影响
✓ 交联密度增加，抗拉强度也有 所增加，但达到一定交联程度 后下降。
✓ 随着交联密度的增加，伸长率 和溶胀度降低，模量、硬度及 玻璃化温度上升。
拉伸强度/MPa
30 25 20 15 10
5 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
硅烷用量(g/100g)
低分子的表面改性剂和高分子的表面改性剂。
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表面改性
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一.偶联剂表面改性
表面改性
作用原理：偶联剂主要用作高分子共混、复合材料的助剂， 其分子两端含有化学性质不同的两类基团：一是亲水基团， 与极性物质具有良好的相容性或直接参与化学反应，另一类 是亲油基团，能与非极性物质例如大多数合成树脂或其他聚 合物发生相互缠结或生成氢键，因此偶联剂被称为分子桥。
反应机理
自由基共聚 离子聚合 配位聚合
CT络合物 弱电子受体 单体间离子对 配位催化剂
活性聚合 逐步聚合 扩链反应
无规共聚聚 丙
应用实例
烯(PP-R) 丁腈橡胶
苯乙烯-丙烯腈 交替共聚物
交替丁腈橡胶
EVA树脂
聚氨酯 丁苯橡胶 SBS
接枝共聚
(graft copolymerization)
引发剂法 链转移法 辐照聚合 机械法
少量聚烯烃或橡胶而制成的共混物。 1981年 成功制成苯乙烯-马来酸酐共混物与ABS共混物。 1986年 成功研制成PC/ABS共混物。
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共混物的制备方法： ➢1. 物理共混法 ➢2. 共聚-共混法 ➢3. 互穿高分子网络法
共混改性
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混合原理
高分子材料的表面改性与功能化
高分子材料的表面改性与功能化高分子材料是一类重要的材料，广泛应用于许多领域。
然而，由于其特殊的性质和结构，其表面常常具有一些不足，如亲水性差、耐磨性差等问题。
为了克服这些问题，提高高分子材料的性能，人们提出了表面改性和功能化的方法。
本文将介绍高分子材料的表面改性与功能化的基本概念、方法和应用。
一、表面改性的概念和方法表面改性是指对高分子材料表面进行一系列化学或物理处理，改变其表面性质的过程。
常见的表面改性方法包括：1. 化学改性：通过在高分子材料表面引入新的官能团，改变其表面性质。
例如，通过表面引入羟基、氨基等官能团，可以增强高分子材料的亲水性；2. 物理改性：利用物理方法改变高分子材料的表面形貌和性质。
例如，利用等离子体处理可以使高分子材料表面形成更为平整的结构，增加其耐磨性；3. 界面改性：在高分子材料表面形成一层致密的界面层，提高其与其他材料的相容性。
例如，通过溶液法将一层介于高分子材料与其他材料之间的化合物涂覆在其表面，形成稳定的界面。
二、功能化的概念和方法功能化是指在高分子材料的表面上引入具有特定功能的官能团或化合物，赋予其新的性能和应用功能。
常见的功能化方法包括：1. 生物功能化：在高分子材料的表面引入生物活性分子，使其具有生物相容性、抗菌性等功能。
例如，通过将低分子量的抗菌剂共聚合到高分子材料表面，可以使其具有良好的抗菌性；2. 光学功能化：在高分子材料表面引入光学活性分子，使其具有光学透明性、光泽等功能。
例如，通过将含有特定荧光基团的物质接枝到高分子材料表面，可以使其具有荧光效应；3. 电化学功能化：在高分子材料表面引入具有良好电导性的分子，使其具有电容、电解质传感器等功能。
例如，通过在高分子材料表面修饰金属氧化物纳米颗粒，可以增加其电导性和储能性能。
三、高分子材料的表面改性与功能化的应用高分子材料的表面改性与功能化可以赋予其新的应用领域和性能。
以下举例说明：1. 表面亲水改性的应用：将表面亲水改性的高分子材料广泛应用于涂层、纺织品等领域，提高其耐水性和易清洁性；2. 生物功能化的应用：将生物活性分子功能化的高分子材料应用于医疗领域，如人工骨骼、药物缓释系统等；3. 光学功能化的应用：将具有光学功能的高分子材料应用于光学器件制造，如光纤、光学屏幕等；4. 电化学功能化的应用：将具有电化学功能的高分子材料应用于能源存储与传感器等领域，促进新能源技术的发展。
高分子材料改性原理绪论资料PPT课件
密封圈
V形密封圈
Y形密封圈 O形密封圈
合成纤维
中空纤维
多孔纤维（四 孔、七孔）
合成纤维吊装带
合成纤维丝
塑料制品
无油自润滑轴套
何谓材料？ 广义上讲：材料是人类可以利用的物质，一般指人造的固体 物质。 比较重要的材料—结构材料—可通过一定加工方式制备一定 形状 并且有一定强度的材料。
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
在高分子材料中，作为结构材料使用的最多的是塑料。
塑料作为高分子材料中的一大类，必须加速发展， 才能适应飞速发展的科技社会需求。
本课程也主要针对塑料的改性加以介绍。
下面我们回顾一下塑料的优缺点：
塑料的优点：
(1)大多数塑料质轻，比强度高； (2)化学稳定性好，不易锈蚀； (3)具有一定的韧性，即耐冲击性好； (4)绝缘性好，导热性低； (5)容易加工，加工成本低。
由于具有电性能好、耐高温和尺寸稳定等特性，有的 还具有很好的阻燃性、耐放射性、耐化学性和机械性 能，因此在电子电器、汽车、仪机电表、家电、航空、 涂料行业、石油化工以及火箭、宇航等尖端科技领域 具有越来越重要的应用。
（4）纳米复合技术将给改性塑料带来新机：聚合物纳米 复合材料的制造与应用是未来的一个重要课题。 （5）塑料改性要有环保意识：重复使用、保护环境的观 念将融入改性高分子设计与制造过程中。 （6）开发新型高效助剂也是改性塑料的重要发展方向： 改性塑料涉及的助剂除了塑料加工常用的助剂如热稳定 剂、抗氧剂、紫外吸收剂、成核剂、抗静电剂、分散剂 和阻燃剂等外，增韧剂、阻燃增效剂、合金相容剂（界 面相容剂）等对改性塑料也是非常关键的。
《高分子材料改性》课件
总结和展望
1 高分子材料改性的意 2 发展方向与未来展望 3 研究对策
义
展望高分子材料改性的未
提出进行ห้องสมุดไป่ตู้分子材料改性
总结高分子材料改性的重
来发展方向，如绿色高分
研究的对策和建议，如加
要性和对材料性能的提升
子材料、功能性改性材料
强合作、培养专业人才等。
作用。
等。
《高分子材料改性》PPT课件
高分子材料改性课件将探讨高分子材料的定义、改性方法、应用领域及发展 趋势，通过丰富的内容展示高分子材料改性的重要性和未来潜力。
什么是高分子材料？
高分子材料的定义
介绍高分子材料的特点和定义，包括大分子量、由重复单元组成等。
常见的高分子材料
列举并介绍一些常见的高分子材料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
为什么需要高分子材料改性？
1 高分子材料的局限性
解释高分子材料在某些方面的限制，如力学性能、耐候性、热稳定性等。
2 改性能够使高分子材料具备更好的性能和应用范围
介绍高分子材料改性的优势，如提高材料的强度、增加耐高温性能等。
改性的方法和技术
物理改性
说明物理改性的方法和技术，如 填充剂填充和压缩加工。
3 纳米复合材料
介绍高分子材料与纳米材 料结合的复合材料，如纳 米填充剂改性聚合物。
高分子材料改性的趋势和发展
生物可降解高分子材料的发展
探讨生物可降解高分子材料的重要性以及其发展趋势。
基于可持续发展目标的高分子材料改性
展示高分子材料改性与可持续发展目标的关系，以及相关研究和发展。
智能高分子材料的研究与发展
化学改性
高分子材料的表面改性技术
高分子材料的表面改性技术高分子材料作为一类具有广泛应用价值的材料，拥有诸如重量轻、力学性能好、绝缘性能好等特点，广泛应用于电子、医疗、航空、汽车、建筑等领域。
然而，高分子材料本身也存在众所周知的问题，如容易老化、耐磨性能差等。
为了提高高分子材料的使用寿命及性能，表面改性技术应运而生。
一、表面改性技术简介表面改性技术是对材料表面进行物理、化学或生物改性，从而改变材料表面性质（如亲/疏水性、化学稳定性等），实现对材料性能的优化。
在高分子材料领域中，表面改性技术是一种有效的方法，可以改变高分子材料表面的化学、物理结构，提高高分子材料的性能。
二、表面改性技术的分类表面改性技术主要分为物理方法和化学方法两大类。
1.物理方法物理方法是利用外力来改变高分子材料表面性质的方法，包括光刻、电解、喷砂、电子束等。
其中，电子束法是一种常用的表面改性技术，它通过利用高能电子束照射高分子材料表面，使其表面产生化学和物理结构改变，改变表面性质，提高材料耐用性。
2.化学方法化学方法是指利用化学试剂对高分子材料表面进行改性的方法，包括化学清洗、化学修饰、浸渍基质改性、表面接枝等技术。
其中化学清洗是一种温和的表面改性技术，可以去除表面污染物、氧化皮层等物质，减少材料表面的异物，提高高分子材料的表面性质。
三、表面改性技术的应用表面改性技术的应用非常广泛，包括材料的吸附、催化、传感、分离等领域。
在高分子材料中，表面改性技术的应用同样非常重要。
例如，在高分子材料的表面上接枝特定的功能基团或者粘结一定的物质，从而改变其表面性质，提高其化学、力学等性能。
这些表面修饰后的高分子材料可以被应用于传感器、生物医学材料、纳米材料等多个领域。
四、表面改性技术的挑战与发展虽然表面改性技术在高分子材料领域中取得了许多重要进展，但是仍然存在一些挑战。
例如，现有的表面改性技术仍然存在一定的局限性，无法实现对高分子材料表面性质的精确调控。
此外，当前表面改性技术的成本较高，需要使用一定的化学试剂和条件，同时也存在环境问题。