第六章聚合物表面改性
聚合物材料的表面改性技术及应用
聚合物材料的表面改性技术及应用引言：聚合物材料在现代工业中起着重要的作用，然而，由于其表面性质的限制，其应用受到了一定程度的限制。
为了克服这一问题，科学家们开发了各种表面改性技术，使聚合物材料具有更广泛的应用领域。
本文将介绍一些常见的聚合物材料表面改性技术及其应用。
一、化学改性技术化学改性技术是通过在聚合物材料表面引入新的化学官能团，改变其表面性质的方法。
其中，最常用的方法是表面接枝聚合。
通过在聚合物表面引入具有特定官能团的单体，然后进行接枝聚合反应，可以改变聚合物表面的化学性质。
这种方法可以使聚合物表面具有更好的亲水性、抗菌性等特性，从而扩展其应用领域。
例如，将聚合物表面接枝亲水性单体，可以制备具有良好润湿性的聚合物薄膜，用于医疗器械、食品包装等领域。
二、物理改性技术物理改性技术是通过物理方法改变聚合物材料表面的性质。
其中，最常用的方法是表面涂覆。
通过在聚合物表面涂覆一层具有特定性质的材料，可以改变其表面的光学、电学、热学等性质。
例如，将聚合物表面涂覆一层导电性材料，可以制备具有导电性能的聚合物薄膜，用于电子器件等领域。
此外，还可以利用等离子体处理、激光照射等方法对聚合物表面进行改性，以提高其光学、机械性能等。
三、纳米改性技术纳米改性技术是利用纳米材料对聚合物表面进行改性的方法。
纳米材料具有较大的比表面积和独特的物理、化学性质，可以在聚合物表面形成纳米尺度的结构，从而改变其性质。
例如，将纳米颗粒添加到聚合物中，可以增强其力学性能和耐磨性。
此外，还可以利用纳米粒子自组装技术制备具有特定结构和功能的聚合物薄膜，用于传感器、光学器件等领域。
四、应用前景聚合物材料的表面改性技术为其应用领域的拓展提供了新的可能。
通过改变聚合物材料的表面性质，可以使其具有更好的耐磨性、抗菌性、润湿性等特性，从而适用于更广泛的领域。
例如，在医疗器械领域，利用聚合物材料的表面改性技术可以制备具有抗菌性能的医疗器械，从而降低感染风险。
聚合物改性总结
零、绪论聚合物改性的定义：通过物理和机械方法在高分子聚合物中加入无机或有机物质，或将不同类高分子聚合物共混，或用化学方法实现高聚物的共聚、接枝、嵌段、交联，或将上述方法联用，以达到使材料的成本下降，成型加工性能或最终使用性能得到改善，或使材料仅在表面以及电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能等效果，统称为聚合物改性。
聚合物改性的目的：所谓的聚合物改性，突出在一个改字。
改就是要扬长补短，要发扬和保留聚合物原有的优势，抑制和克服聚合物原有的缺点，并根据实际需要赋予聚合物新的性能。
聚合物改性的三个主要目的：①克服聚合物原有的缺点，赋予聚合物某些高新的性能与功能②改善聚合物的加工工艺性能③降低材料的生产成本总之，聚合物改性就是要在聚合物的使用性能、加工性能与生产成本三者之间寻求一个最佳的平衡点。
聚合物改性的意义：1.新品种的开发越来越困难（已开发的品种数以万计，工业化的三百余种。
资源限制、开发费用、环境污染）2.使用性能的多样化、复杂化，要求材料有多种性能及功能，单一聚合物难以实现。
3.聚合物改性科学应运而生——获取新性能聚合物的简洁而有效的方法。
聚合物改性的主要方法：共混改性；填充改性；纤维增强复合材料；化学改性；表面改性聚合物改性发展概况几个重要的里程碑事件：1942年，采用机械熔融共混法将NBR掺和于PVC之中，制成了分散均匀的共混物。
这是第一个实现了工业化生产的聚合物共混物。
1948年，HIPS1948年，机械共混法ABS问世，聚合物共混工艺获得重大进展。
二者可称为高分子合金系统研究开发的起点。
1942年，制成了苯乙烯和丁二烯的互穿聚合物网络（IPN），商品名为“Styralloy”,首先使用了聚合物合金这一名称。
1960年，建立了IPN的概念，开始了一类新型聚合物共混物的发展。
IPN已成为共混与复合领域一个独立的重要分支。
1965年，Kato研究成功OsO4电镜染色技术，使得可用透射电镜直接观察到共混物的形态，这一实验技术大大促进了聚合物改性科学理论和实践的发展，堪称聚合物发展史上重要的里程碑。
聚合物表面改性
聚丙烯的表面张力,已知 例：计算聚四氟乙烯（PTFE)和(PP)聚丙烯的表面张力 已知： 计算聚四氟乙烯（ 和 聚丙烯的表面张力 已知： VPTFE=45.5cm3/mol;Vpp=46.2cm3/mol 解：
• 聚四氟乙烯 ∑Fs=2×150=300 Ns=6 σPTFE=0.327[300/6]1.85[ 6/45.5]1.52 =21×10-3N/m 实验值18.4×10-3N/m
σ c = 0.327[(∑ F ) s / ns ]
1.85
(n
s
/ Vm , s )
1.52
(6-25)
ns为高聚物重复单元的原子数，Vm,s为重复单元摩尔体积， 为高聚物重复单元的原子数， 为重复单元摩尔体积， (∑F)s为重复单元 (∑F)s为重复单元Small色散力的加和。 为重复单元Small色散力的加和 色散力的加和。
σ＝(P/V)4=(220.8/86.5)4=42.8×10-3 N/m =42.8× 实测值为40.2 实测值为40.2 mN/m
分子中电子数愈多、原子数愈多、原子半径愈大， 分子中电子数愈多、原子数愈多、原子半径愈大，分子愈 易变形。 易变形。瞬时偶极可使其相邻的另一非极性分子产生瞬时诱导 偶极，且两个瞬时偶极总采取异极相邻状态， 偶极，且两个瞬时偶极总采取异极相邻状态，这种随时产生的 分子瞬时偶极间的作用力为色散力(因其作用能表达式与光的 色 散公式相似而得名) 虽然瞬时偶极存在暂短， 散公式相似而得名)。虽然瞬时偶极存在暂短，但异极相邻状态 却此起彼伏，不断重复，因此分子间始终存在着色散力。 却此起彼伏，不断重复，因此分子间始终存在着色散力。无 疑，色散力不仅存在于非极性分子间，也存在于极性分子间以 色散力不仅存在于非极性分子间， 及极性与非极性分子间。 及极性与非极性分子间。 色散力存在于一切分子之间。 色散力存在于一切分子之间。色散力与分子的变形性有 变形性越强越易被极化，色散力也越强。 关，变形性越强越易被极化，色散力也越强。
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。
常用的氧化体系有:氯酸-硫酸系、高锰酸-硫酸系、无水铬酸-四氯乙烷系、铬酸-醋酸系、重铬酸-硫酸系及硫代硫酸铵-硝酸银系等，其中以后两种体系最为常用。
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。
在高能束流辐照下，能量较高的电子束穿透聚合物材料，与其分子相互作用，从而引发一系列化学反应。
这些反应可以引起预期的表面改性效果，如增加表面粗糙度、提高耐久性和改善光学性能等。
由于高能束流辐照能够实现材料的局部改性，因此在一些特定应用中得到了广泛应用。
总之，聚合物材料的表面改性是提高其性能的重要途径。
通过物理气相沉积、化学沉积、离子注入和高能束流辐照等方法，可以赋予聚合物材料更多的功能性和改善其性能。
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。
1 溶液处理方法1.1 含氟聚合物PTFE或Teflon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，所以在化学和电子工业上广泛地应用，但由于难粘结，所以应用上受到局限。
第6章 生物材料表面改性
材料表面改性方法包括化学和物理方 法，通常化学方法较为繁琐，应用大量有 毒化学试剂，对环境造成污染，对人体也 有极大危害。物理方法具有工艺简单、操 作方便、对环境无污染等优点，日益受到 重视。
UHMWPE接枝丙烯酸的红外光谱图
XPS分析
a: PE，C的XPS峰
b: PE-AA，C的XPS峰
聚乙烯的C1s主要由两个峰组成，分别归属于C1和C2峰，其结合能分别为285ev 和289ev。结合图和表可以看出，未接枝聚乙烯表面有C2电子峰，但是含量很少， 可能是聚乙烯表面的杂质，可忽略，接枝聚乙烯表面碳原子的结合形式发生了变化 ，即C1含量降低，C2含量增加，C2/C1由0.068增加到0.297，增加了337％，说 明接枝聚乙烯表面碳元素产生了新的官能团。光敏剂二苯甲酮受紫外光引发，从 PE大分子链上夺取氢，产生大分子自由基，从而引发丙烯酸（AA）单体的接枝聚 合，因此，接枝链末端应有－COOH存在，而O=C-O的结合能为289ev，从而证明 了丙烯酸已经被成功接枝到聚乙烯表面。
通常辐射接枝的接枝率正比于吸收剂量，但超过某一剂量 范围时接枝率的增加趋于缓慢。
单体浓度过高会阻碍单体的接枝，。
反应温度对接枝共聚的影响是复杂的，多方面的，如反应 在高粘度介质中进行时常产生凝胶效应、能量转移与链转 移、侧链长度变化、单体扩散速度改变以及相分离等，对 辐射接枝来说提高反应温度通常对提高接枝率有利。
上述方法现已发展为可控自由基聚合(CRP)，又 称为活性自由基聚合。
聚合物改性(完整版)
聚合物改性的目的、意义；聚合物改性的定义、改性的方法（大分类和小分类）答：改性目的及意义：①改善材料的某些物理机械性能②改善材料的加工性能③降低成本④赋予材料某些特殊性能、获得新材料的低成本方法⑤提高产品技术含量，增加其附加值的最适宜的途径⑥调整塑料行业产品结构、增加企业经济效益最常采用的途径聚合物改性的定义：通过各种化学的、物理的或二者结合的方法改变聚合物的结构，从而获得具有所希望的新的性能和用途的改性聚合物的过程改性的方法：①化学改性：a、改变聚合物的分子链结构b、接枝、嵌段共聚、互穿聚合物网络、交联、氯化、氯磺化等②物理改性：a、改变聚合物的高次结构b、共混改性、填充改性、复合材料、表面改性等1.化学改性（改变分子链结构）和物理改性（高次结构）的本质区别答：化学改性—改变聚合物分子的链结构物理改性—改变聚合物分子的聚集状态2.共混物和合金的区别答：共混（指物理共混）的产物称聚合物共混物。
高分子合金：不能简单等同于聚合物共混物，高分子合金---指含多种组分的聚合物均相或多相体系，包括聚合物共混物、嵌段和接枝共聚物，而且一般言，高分子合金具有较高的力学性能。
工业上称：塑料合金。
3.共混改性的分类（熔融、溶液、乳液、釜内）答：分类一：化学方法：如接枝、嵌段等；--化学改性物理方法：机械混合、溶液混合、胶乳混合、粉末混合---混合物理-化学方法---反应共混分类二：熔融共混：机械共混的方法，最具工业价值，是共混改性的重点；溶液共混：用于基础研究领域，工业上用于涂料和黏合剂的制备；乳液共混：共混产品以乳液的形式应用；釜内共混：是两种或两种以上聚合物单体同在一个反应釜中完成其；聚合过程，在聚合的同时也完成了共混。
4.共混物形态研究的重要性5.共混物形态的三种基本类型（均相、海-岛、海-海）答：均相体系：一般本体聚合、溶液聚合才形成均相体系非均相体系：①海-岛结构：连续相+分散相（基体）②海-海结构：两相均连续，相互贯穿6.相容性对共混物形态结构的影响答：①在许多情况下，热力学相容性是聚合物之间均匀混合的主要推动力；良好的相容性是聚合物共混物获得良好性能的重要前提。
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。
2.3 环保领域聚合物表面改性技术可用于环保领域，以提高材料的光降解和光催化能力，减少聚合物的环境污染。
例如，通过聚合物表面改性技术制备出具有光降解能力的聚苯乙烯材料，可以在光照条件下将污染物分解成无害物质。
第6章-高分子材料的表面改性方法
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汽车的前后保险杆
聚乙烯手提袋的印 刷
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聚合物在表面改性后，其表面化学、物理结构发生了变 化，表面改性的效果往往由材料使用性能评估
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火焰处理和热处理
• 聚合物中常常加有抗氧剂，抗氧剂对火焰氧化没有影响， 对热氧化却有很大影响。
• 热氧化是按自由基机理进行的，引发阶段是通过热活化慢 速产生高分子自由基：
RH 热活化 R H (或R1 R2)
• 抗氧剂可消除热氧化产生的聚合物自由基而使整个氧化反 应淬灭，因而阻止热氧化的进行
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复习
• 表面张力与温度的关系 • 表面张力与分子量的关系
• 表面张力与表面形态的关系:晶态的表面张力高于非晶态;高聚
物熔体固化时，通常表面生成非晶态高聚物，本体富集晶态高聚物高聚物;熔 体在具有不同成核活性（或不同表面能）的表面上冷却，可得到结晶度不同的 表面。
• 表面张力与分子结构的关系 • 表面张力与内聚能密度
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等离子体表面改性
2.极性基团的引入
等离子体处理可在聚合物表面引进各 种极性基团。如NH3等离子体或N2与O2 混合的等离子体处理可在高分子表面 引入胺基、亚胺基或腈基等； 氩等离子由于产生长寿命的自由基， 可与氧反应形成羰基、羧基和羟基等； 空气和氧的等离子体可引起大范围的 表面氧化，引入丰富的极性基团。
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火焰处理和热处理
• 热处理是把聚合物暴露在热空气中进行氧化反应，使 其表面被引进羰基、羧基以及某些胺基和过氧化物， 从而获得可润湿性和粘结性。热处理的温度只有几百 度（<500℃），远低于火焰处理的温度，因而处理时 间较长。
聚合物材料表面改性方法研究进展
聚合物材料表面改性方法研究进展摘要：聚合物材料广泛应用于各个领域，但其表面性能常常限制了其实际应用。
为了改善聚合物材料的表面性能，各种表面改性方法被广泛研究。
本文综述了聚合物材料表面改性方法的研究进展，包括物理方法、化学方法和生物方法。
物理方法主要包括等离子体处理、离子束辐照和激光光束处理等；化学方法主要包括溶液处理、化学吸附和界面反应等；生物方法主要包括生物酶法、细胞法和生物膜法等。
这些表面改性方法可以显著改善聚合物材料的表面性能，扩展其应用领域。
1.引言聚合物材料具有重要的应用前景，广泛应用于电子、医学、能源等领域。
然而，聚合物材料的表面性能往往影响其实际应用效果。
为了解决这一问题，研究人员开展了各种表面改性方法的研究，以提高聚合物材料的表面性能。
2.物理方法2.1 等离子体处理等离子体处理是一种常用的表面改性方法，通过将聚合物材料暴露在高能等离子体束中，使其表面引发化学反应或物理变化。
等离子体处理可以提高聚合物材料的表面能、亲水性和附着力，以及抗污染和抗氧化性能。
2.2 离子束辐照离子束辐照是一种利用高能离子束辐照聚合物材料的方法，能够改变其表面形貌、化学结构和性能。
离子束辐照可以提高聚合物材料的耐热性、阻燃性和机械强度，扩展其应用范围。
2.3 激光光束处理激光光束处理是一种高效的表面改性方法，通过调节激光的功率和辐射时间，可以改变聚合物材料的表面形貌和化学结构。
激光光束处理可以提高聚合物材料的耐磨性、耐腐蚀性和光学透明性，增加其稳定性和耐用性。
3.化学方法3.1 溶液处理溶液处理是一种简单有效的表面改性方法，通过将聚合物材料浸泡在特定溶液中，使其表面吸附或反应生成新的化学物质。
溶液处理可以改变聚合物材料的表面形貌、化学结构和性能，如增加表面粗糙度、改善耐热性和电导率。
3.2 化学吸附化学吸附是一种通过化学键的形成或强化来改变聚合物材料表面性质的方法。
通过改变表面活性基团的存在形式或增加表面共价键的数量，可以提高聚合物材料的吸附性能、耐腐蚀性和光学透明性。
聚合物表面改性
聚合物表面改性聚合物表面改性根据方法可以分为以下几种：化学改性、光化学改性、表面改性剂改性、力化学处理、火焰处理与热处理、偶联剂改性、辐照与等离子体表面改性。
一、化学改性化学改性是通过化学手段对聚合物表面进行改性处理，其具体方法包括化学氧化法、化学浸蚀法、化学法表面接枝等。
1.1化学氧化法是通过氧化反应改变聚合物表面活性，例如聚乙烯这种材料的表面能很低，用氧化剂处理聚乙烯，使其表面粗糙并氧化生成极性基团，从而使其表面能增高；在室温下将聚乙烯在标准铬酸洗液中浸泡1-1.5h，66-71℃条件下浸泡1-5min，80-85℃处理几秒钟，也可以达到同样效果；通过臭氧氧化处理可有效地改善聚丙烯表面的亲水性，处理前的表面接触角为97°，臭氧氧化处理后，表面接触角将达到67°。
1.2化学浸蚀法是用溶剂清洗可除去聚烯烃表面的弱边界层，例如通过用脱脂棉蘸取有机溶剂，反复擦拭聚合物表面多次等1.3聚合物表面接枝，是通过在表面生长出一层新的有特殊性能的接枝聚合物层，从而达到显著的表面改性效果。
二、光化学改性光化学改性主要包括光照射反应、光接枝反应。
2.1光照射反应是利用可见光或紫外光直接照射聚合物表面引起化学反应，如链裂解、交联和氧化等，从而提高了表面张力。
如用波长184nm的紫外线在大气中照射聚乙烯能使表面发生交联，粘接的搭接剪切强度提高到15.4Mpa。
2.2光接枝反应就是利用紫外光引发单体在聚合物表面进行的接枝反应，该技术尤其适用于聚合物的表面改性，这是因为紫外线能量低，条件温和，只是在聚合物表面引发接枝聚合反应，很难影响到聚合物本体。
例如对于一些含光敏基(如羰基)，特别是侧链含光敏基的聚合物，当紫外线光照射其表面时，会发生反应，产生表面自由基。
三、表面改性剂改性采用将聚合物表面改性剂与聚合物共混的方式是一种简单的改性办法，它只需要在成型加工前将改性剂混到聚合物中，加工成型后，改性剂分子迁移到聚合物材料的表面，从而达到改善聚合物表面性能的目的。
聚合物的改性方法
聚合物的改性方法
聚合物的改性方法有很多种，常见的改性方法包括物理改性和化学改性。
物理改性方法主要包括以下几种：
1. 混合改性：将两种或多种聚合物混合并加热或者进行机械混合，以改变聚合物的物理性质，如增加韧性、改善加工性能等。
2. 加填料改性：向聚合物中加入填料（如纤维、颗粒等）以增强其力学性能，如增加强度、刚度等。
3. 拉伸改性：通过拉伸、冷拉伸等方式对聚合物进行物理拉伸改性，可使聚合物的结晶度增加，从而改善其力学性能。
4. 放射线改性：通过辐射（如γ射线、电子束）照射聚合物，使其分子链断裂或交联，从而改变其性能。
化学改性方法主要包括以下几种：
1. 共聚改性：通过将两种或多种不同单体反应聚合，得到共聚物来改变聚合物的性能，如共聚物可以提高聚合物的强度、耐热性等。
2. 交联改性：通过交联剂对聚合物进行交联反应，使聚合物分子之间发生交联，从而增加聚合物的热稳定性、耐化学腐蚀性等。
3. 功能改性：向聚合物中引入具有特殊功能的化学基团，如引入亲水基团可以增加聚合物的亲水性，引入光敏基团可以实现光响应性等。
4. 化学修饰：通过对聚合物表面进行化学修饰，如引入活性基团、磁性粒子等，以改变聚合物表面的性质，如增加亲附性、增强稳定性等。
不同的改性方法适用于不同的聚合物和需求，通过合理选择和组合这些改性方法，可以获得特定性能的改性聚合物。
聚合物的表面改性
使用等离子技术处理后的各种塑料材料粘接 强度数据对比
强度(Mpa)
12 10
8 6 4 2 0
未经处理直接粘接
处理后直接粘接
7.5.4 等离子体改性方法及其应用
1. 利用非聚合性气体（无机气体），如Ar、H2、O2、 N2、空气等的等离子体进行表面反应。
2. 利用有机气体单体进行等离子体反应。 3. 等离子体引发聚合和表面接枝。 应用：表面亲、疏水性改性、增加粘结性、改善印染
先用等离子体处理，使聚合物表面产生活性种， 然后引发乙烯基单体进行接枝聚合。
3、光、紫外线法 用光或紫外线可在高聚物表面进行接枝聚合。
7.6.2 偶合接枝法
偶合接枝法是利用高聚物表面的官能团与接枝 聚合物反应，而实现聚合物的表面改性。欲接枝的聚 合物表面必须存在活性官能团，如胺基、羧基等，偶 合接枝法常用于酶的固定。
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”。
7.5.1 等离子体的种类
有热等离子体、冷等离子体、混合等离子体 等，在聚合物表面改性中使用的一般是冷等离子 体或低温等离子体。
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
第六章 表面改性
表面张力 18↗50 mN/m
污染问题
2.气体热氧化法
PO 经空气、O2 O3氧化后，引入了-OH、 -C=O、-COOH→↗印染性、粘结性、涂饰性
要求：设备与材料形状匹配，使用受到限 制
3.火焰处理法
机理： a 驱赶低分子物，清洁表面，清除弱边界
层 b 高温火焰下，引入-C=O、-COOH、-COOR ↗表面张力 应用：大而厚制品的表面处理，T高达
3.分类
是否发生化学反应：
表面机械改性 表面物理改性： 表面涂覆改性
表面真空镀、溅射、喷射 表面物理沉积
表面火焰改性 表面溶液处理 表面放电、射线辐射 表面化学改性：表面电镀、离子镀 表面接枝 表面渗氮 表面化学气相沉积 ……
按改性过程体系的存在形态
按表面是否增加化学物质
未增加其它物质： 机械、放电、溅射、射线辐射
2800℃
4.电晕处理
电晕处理，也称火花处理，是将2—— 100kV，2——10kHz的高频高压施加于 放电电极上，以产生大量的等离子气体 及臭氧，与聚烯烃表面分子直接或间接 作用，使其表面分子链上产生碳基和含 氮基团等极性基团，表面张力明显提高， 加之糙化其表面，从而改善表面的粘附 性，达到表面预处理的目的。
②非极性高分子—印墨、粘合剂吸附在表面
③结晶度高。化学稳定性好，溶胀溶解困难， 溶剂很难使高分子链成链或扩散、缠结
④表面存在弱边界层：杂质、助剂、污染等 外因
改性方法
表面改性的设计思路
①提高材料的表面能; ②在聚烯烃等难粘高分子材料表面的分子
链上引入极性基团; ③提高制品表面的粗糙度; ④消除制品表面的弱边界层。
③表面元素
聚合物表界面改性方法
聚合物表界面改性方法概述摘要：聚合物由于表面能低、表面具有化学惰性、难以润湿和粘合、聚合物表面污染及存在弱边界层，所以要使用一定的方法金星表面改性，提高整体性能。
聚合物表面改性通常需要改变表面化学组成，引进带有反应性的功能团；清除杂质或弱边界层；改变界面的物理形态，提高表面能；改进聚合物表面的润湿性和黏结性；设计界面过渡层等。
关键词：聚合物；表面改性；研究进展，应用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。
聚合物的表面改性方法很多，本文综述了常见的改性及最新的研究进展。
下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。
这些方法一般只引起10-8〜10-4m厚表面层的物理或化学变化，不影响其整体性质。
一、电晕放电处理电晕放电是聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。
因为聚烯烃，聚丙烯等烯烃是非极性是非极性材料，有高度结晶性，其表面的印刷、粘接、涂层非常困难。
原理：塑料薄膜在电极和感应辊之间通过。
当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正离子、负离子等高能离子。
电子的冲突电离作用使电子、离子增殖，产生的正离子、光子又发生二次电离而持续放电，结果在阳极和阴极之间产生电晕。
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黏结性和润湿性。
二、火焰处理和热处理1.火焰处理①定义：用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬时高温燃烧，使其表面发生氧化反应而达到处理的目的②常用可燃气体：采用焦炉煤气或甲烷、丙烷、丁烷、天然气和一定比例的空气或氧气。
即焦炉煤气、甲烷、丙烷、丁烷、天然气。
聚合物表面改性方法及其在涂料工业上的应用详解
聚合物表面改性方法及其在涂料工业上的应用详解聚合物是一种常见的高分子化合物，具有广泛的应用领域，如塑料制品、纺织品、建筑材料等。
然而，由于其表面性质限制了其在某些领域的应用，因此需要对聚合物表面进行改性处理。
本文将详细介绍聚合物表面改性的方法，并重点讨论其在涂料工业上的应用。
聚合物表面改性方法主要包括物理方法和化学方法两种。
一、物理方法1. 表面涂覆表面涂覆是一种常见的聚合物表面改性方法，通过在聚合物表面涂覆一层薄膜或涂层，改变其表面性质。
常见的表面涂覆方法包括溶液涂覆、溅射涂层和电镀等。
2. 离子注入离子注入是一种通过将离子注入聚合物表面改变其性质的方法。
通过特定的离子注入装置，将带有高能量的离子注入到聚合物表面，使其发生物理或化学改变。
离子注入可以改变聚合物的表面硬度、疏水性和电导率等性质。
3. 气体等离子体处理气体等离子体处理是一种利用高能量等离子体处理聚合物表面的方法。
通过将聚合物表面暴露在含有等离子体的气体环境中，聚合物表面会发生化学交联、化学改性及物理改变等过程，从而改变其表面性质。
二、化学方法1. 表面修饰表面修饰是一种将化学物质通过化学反应与聚合物表面进行结合的方法。
常用的表面修饰方法包括聚合物表面接枝、聚集态修饰和功能化修饰等。
表面修饰可以改变聚合物表面的化学性质、疏水性、疏油性等。
2. 表面包覆表面包覆是一种将聚合物表面包覆上一层具有特定性质的化合物的方法。
表面包覆可以改变聚合物表面的光学性质、耐候性、耐腐蚀性等。
常见的表面包覆方法包括溶胶-凝胶法、沉积法和压电喷雾法等。
聚合物表面改性在涂料工业上具有重要的应用。
1. 提高涂料附着力聚合物表面经过改性处理后，可以在涂料与基材之间形成更牢固的结合，提高涂料的附着力。
改性处理可以增加聚合物表面的粗糙度和亲水性，从而使涂料更容易附着在聚合物表面上，减少剥离和脱落现象。
2. 提高涂层的耐磨性和耐化学性聚合物表面改性可以增加涂料的耐磨性和耐化学性，提高涂层的使用寿命。
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式中R为短碳链烷基；X为C，N，P，S等元素，Y为羟基，氨基， 式中R为短碳链烷基； 等元素， 为羟基，氨基， 环氧基，双键等基团； 为非水解基团的个数。 环氧基，双键等基团；N为非水解基团的个数。 需注意： 需注意： 1 ≤ M ≤ 4
M +N ≤6
功能区1 功能区 (RO)M：与被改性材料发生偶联作用的基团 ：
， 主要有：硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，双金属 主要有：硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，
偶联剂，磷酸酯偶联剂，硼酸酯偶联剂等。 偶联剂，磷酸酯偶联剂，硼酸酯偶联剂等。 1.硅烷偶联剂 1.硅烷偶联剂 目前有改性氨基硅烷偶联剂， 目前有改性氨基硅烷偶联剂，含过氧基硅烷偶联剂和叠氮基硅 烷偶联剂。 烷偶联剂。
第六章
高分子材料的表面改性
缺点：表面能低， 缺点：表面能低，化学惰性及存在弱边界层等 在高分子材料的使用过程中， 在高分子材料的使用过程中，其表面难以与其他物质如 粘结剂，印刷油墨，涂料以及生物分子如蛋白质的黏结，在 粘结剂，印刷油墨，涂料以及生物分子如蛋白质的黏结， 复合材料的使用过程中， 复合材料的使用过程中，疏水聚合物弱的表面极性也常导致 复合界面的劣化。 复合界面的劣化。 高分在材料表面改性主要包括改善高分子材料表面的亲水性， 高分在材料表面改性主要包括改善高分子材料表面的亲水性，疏 水性，生物相容性，导电性，抗雾性，表面硬度，润滑性等。 水性，生物相容性，导电性，抗雾性，表面硬度，润滑性等。 常用的改性方法有化学改性，表面改性剂改性，辐照改性， 常用的改性方法有化学改性，表面改性剂改性，辐照改性，等离 子体改性以及生物酶表面改性等。 子体改性以及生物酶表面改性等。
第一节Biblioteka 表面改性剂改性在材料成型的过程中通过共混加入， 在材料成型的过程中通过共混加入，随着剪切混炼作用分 布到改性界面。 布到改性界面。这种添加型表面改性剂在聚合物基体中的迁移 扩散并在聚合物表面富集是其改性效果体现的关键。 扩散并在聚合物表面富集是其改性效果体现的关键。 表面富集是指所研究的聚合物多相复合体系中， 表面富集是指所研究的聚合物多相复合体系中，某一组分在聚合 物表面聚集，导致其在表面层的浓度高于其基体浓度的现象， 物表面聚集，导致其在表面层的浓度高于其基体浓度的现象，而 具有表面活性的表面改性剂所产生的表面富集现象更为明显， 具有表面活性的表面改性剂所产生的表面富集现象更为明显，成 为有效改善聚合物表面性质的重要助剂。 为有效改善聚合物表面性质的重要助剂。 低分子的表面改性剂和高分子的表面改性剂。 低分子的表面改性剂和高分子的表面改性剂。
材料
热塑性树脂 纤维素 聚缩醛 聚丙烯酸酯 聚乙烯
硅烷偶联剂
氨烃基、异氰酸烃基 氨烃基、 氨烃基、丙烯酰氧烃基、 氨烃基、丙烯酰氧烃基、阳离子烃基 氨烃基、 氨烃基、丙烯酰氧烃基 链烯基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、 链烯基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、 丙烯酰氧烃基、阳离子烃基、 丙烯酰氧烃基、阳离子烃基、过氧化烃基
功能区2Ti-O：酯基转移和交联功能，它可使钛酸酯偶联剂与 ：酯基转移和交联功能， 功能区 聚合物及改性材料产生交联， 聚合物及改性材料产生交联，同时还可与环氧树脂中的羟基发 生酯化反应。 生酯化反应。 功能区3X：链接钛中心带有功能性的基团， 功能区3X：链接钛中心带有功能性的基团，它决定着钛酸酯偶 3X 联剂的特性，这些基团有烷氧基，羧基，硫酰氧基等。 联剂的特性，这些基团有烷氧基，羧基，硫酰氧基等。 功能区4R’：长链的纠缠基团（使用于热塑性树脂）， ），主要是 功能区4R’：长链的纠缠基团（使用于热塑性树脂），主要是 4R 保证与聚合物分子的缠结作用和混溶性，提高材料的冲击强度， 保证与聚合物分子的缠结作用和混溶性，提高材料的冲击强度， 对于填料填充体系而言，可减低其表面能。 对于填料填充体系而言，可减低其表面能。 功能区5Y：固化反应基团（使用于热塑性树脂），包括不饱和 功能区5Y：固化反应基团（使用于热塑性树脂），包括不饱和 5Y ）， 双键基团，氨基，羟基等。 双键基团，氨基，羟基等。
材料
热固性材料 邻苯二甲酸丙烯酯 环氧树脂 聚酯 聚氨酯
硅烷偶联剂
链烯基、氨烃基、丙烯酰氧烃基、异氰酸烃基 链烯基、氨烃基、丙烯酰氧烃基、 链烯基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、 链烯基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、多硫烃基 链烯基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、多硫烃基、 链烯基、氯烃基、氨烃基、环氧烃基、多硫烃基、 丙烯酰氧烃基、 丙烯酰氧烃基、阳离子烃基 氨烃基、环氧烃基、多硫烃基、 氨烃基、环氧烃基、多硫烃基、异氰酸烃基
橡胶
SBR 氟橡胶 NBR 环氧烃基、 环氧烃基、多硫烃基 氨烃基、 氨烃基、阳离子烃基 多硫烃基、 多硫烃基、丙烯酰氧烃基
近年来相对分子质量较大和具有特种官能团的硅烷偶联剂发展很快。 近年来相对分子质量较大和具有特种官能团的硅烷偶联剂发展很快。
2.钛酸酯偶联剂 2.钛酸酯偶联剂 主要有作无机填料和颜料等广泛应用的表面活性剂 钛酸酯偶联剂的分子结构可按下式分为六个功能区： 钛酸酯偶联剂的分子结构可按下式分为六个功能区：每个功能 区都有其特点，在偶联剂改性中发挥各自的作用： 区都有其特点，在偶联剂改性中发挥各自的作用： 简式： 简式：(RO)M
硅烷偶联剂的通式为：RnSiX(4-n) 硅烷偶联剂的通式为： 其中R为非水解的、可以与有机基体进行反应的活性官能团， 其中R为非水解的、可以与有机基体进行反应的活性官能团， X为能够水解的基团，与无机表面有较好的反应性。 为能够水解的基团，与无机表面有较好的反应性。
表7-1 不同材料所选用的硅烷偶联剂
一.偶联剂表面改性 作用原理：偶联剂主要用作高分子共混、复合材料的助剂， 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， 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 与极性物质具有良好的相容性或直接参与化学反应， 是亲油基团， 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。 合物发生相互缠结或生成氢键，因此偶联剂被称为分子桥。