精细高分子合成与性能第4章 现代技术方法制备精细高分子材料

§4.2 等离子技术
用等离子体处理材料的特点： 1）所有物理及化学变化都发生在材料 的表面，可保持材料原有的优点，又可 克服其缺点。 2）等离子体表面处理的作用深度仅涉 及离表面几个到数十个纳米范围内，改 性的区域和程度具有易控性，界面性能 可以得到显著改善而材料本体不受影响。
4.2.1 等离子体的概念
（1）低温等离子体在高分子生物材料领域的应用
1）对聚乳酸微球表面的氨等离子体表面改性， 以氨等离子体改性聚合物表面，在表面引入氨 基可作为肝素的吸附位点，有效提高材料的抗 凝血性能。 2）利用含硅或含氟有机物等离子体聚合沉积， 改善生物材料的生物相容性。六甲基环三硅氧 烷和八甲基环四硅氧烷在微孔聚丙烯膜等离子 体聚合沉积后，从表面吸附血细胞(血小板,白 细胞)数量可知材料的血液相容性得到了改善。
（2）低温等离子体在纺织材料改性中的应用
1）用氧气低温等离子体对聚酯纤维及其织物进行改性 处理，可以有效地提高分散染料对聚酯织物的初染率 及平衡上染率，并使染色效果具有深色效应；同时氧 气低温等离子体还可以明显提高聚酯织物的亲水性和 其纤维大分子柔顺性，使织物的吸水性明显增强，纤 维的结晶度和取向度下降。 2）对PBO(聚对苯撑苯并双噁唑)纤维表面等离子体接 枝改性不仅使PBO纤维表面粗糙度增加，在纤维表面 引入了极性基团，同时也改善了PBO纤维表面的浸润 性，从而提高了纤维和树脂基体间粘结性。
特点:物质的第四种基本形态就是等离子（态）。等
离子体是包含足够多的电荷数，且近于相等的正、负 带电粒子的物质聚集状态。
4.2.2 等离子体技术的应用
低温等离子体:部分电离的气体，它是由电子、离子、 自由基、中性粒子及辐射光子等组成, 宏观上呈电中性。 低温等离子体引发高分子表面改性的两种类型的反应： 等离子体聚合和等离子体表面处理。 等离子体聚合:将有机单体转化成等离子态，产生各类 活性物种(自由基)，由活性物种相互间或活性物种与单体 间发生加成反应进行聚合。 等离子体表面处理:利用非聚合性气体(如氩、氮、氧等) 的等离子体中的能量粒子和活性物种与待加工材料的表 面发生反应，使其表面产生特定的官能团(如—OH、— NH2等)
表4-1
研究内容
等离子体技术的应用
ห้องสมุดไป่ตู้功能特点 研究内容 功能特点
醋酸 纤维素超 低 温 ； 透 水 性 二 甲 基 苯 胺 聚 半导体 滤膜表面改性 能 合 多 嵌 段 聚 氨 酯 缓释 改性（丙烯酸 羟乙酯） 海 藻 酸 钠 膜 改 醇水分离 性 聚酯织物改性 染色性
苯 胺 聚 合 ， 注 降低电阻 入离子
1)增加材料的可粘接性及可印刷性 2)提高材料对物质选择性的屏蔽功能或透过 功能 3)对能量有选择性地屏蔽、透过及反射功能 4)表面的硬度及耐磨损性 5)电磁特性 6)对生物体组织及生物功能的适应性 7)耐化学药品性
4.1.2 表面处理的方法
1）涂覆技术 磁性涂料是将γ-Fe2O3磁粉、胶粘剂等混合而成，涂于基 体表面，通过化学交联或电子束处理而固化。目前使用 于磁带胶粘剂的是聚氨酯固化体系。聚氨酯提供粘接力、 柔韧性和耐磨性。这类磁性涂料适宜于计算机中贮存信 息的软盘的制造。电子束固化的磁性涂料合格率高，经 久耐磨。 2）接枝改性 通过化学或辐射方法将各种高分子单体接枝于高分子的 表面及内表层，可以改善材料的各种性能，扩大其功能， 该技术特别适宜用于纤维和薄膜。
§4.3 超临界技术 4.3.1 超临界流体
超临界流体(Supercritical fluids，简称SCF)是对 比温度和对比压力同时大于1的流体。 特点：1）有它液体一样的密度，溶解性和传热 系数，又有气体一样的低粘度和高扩散性。2） 在临界点附近，通过压力或温度的微小调节可 使流体的密度、粘度、扩散系数及极性等物性 发生显著的改变。
等离子体的形成：物质与外界总是不断交换能量以改
变其聚集状态，物质的原子、分子或分子团相互以不 同的作用力或键合力相结合，构成不同的聚集态。液 体的粒子间由较弱的结合力联系，如果进一步得到外 界的能量，这个较弱的力被破坏，液体转变为粒子间 没有作用力的气体。如果再给予气体足够的能量，则 气体就电离成电子和离子而成为等离子体。
第四章 现代技术方法制备 精细高分子材料
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4
表面处理技术
等离子技术 超临界技术
辐射技术
§4.1
表面处理技术
定义：利用高分子材料的表面（材
料最外层的分子，厚度一般为1μM 深）可以发生组分的偏离、结构的 变化，形成吸附层及表面化合物等。
4.1.1 表面处理的功用
表4-2
物质种类 C2H6 32.3
常用SCF性质一览表
临界压力/MPa 4.88 密度/g· cm-3 0.203
临界温度/º C
C3H8
C4H10 C5H12 C2H4 氟利昂 NH3 CO2 SO2 H2O N2O
96.9
152.0 296.7 9.9 28.8 132.4 31.1 157.6 374.3 36.5
3）通过六氟丙烯气氛的低温等离子体技 术，在晶片上沉积光滑、连续、高粘结 性的含氟聚合物薄膜，其与蛋白质具有 良好的结合特性，生物相容性好；表面 模量在1.2～5.5GPa之间，可满足生物体 移植材料表面的应用要求，且表面化学 特性可通过改变反应器的功率进行控制 ，膜的厚度可通过反应时间进行控制。
(3) 低温等离子体技术在橡胶制品中的应用特点
1）引入了多种含氧基团，使表面由非极性转化为一定极 性和亲水性，从而有利于粘结和涂覆。 2）提供了一种安全、可控和可靠的方法，能使材料表面 洁净和具有活性，为表面接枝改性、表面涂覆创造了条 件 3）在泡沫橡胶表面进行CH4等离子体聚合和Zr靶物理气 相沉积涂层均可得到不同元素含量的新表面。在泡沫橡 胶表面进行CH4等离子体聚合过程中，随着处理功率的增 加和处理时间的延长，试样表面的C元素的相对原子质量 分数增加，Si和O元素的相对原子质量分数则降低。泡沫 橡胶表面的接触角随CH4等离子体聚合处理时间的延长而 减小,表面的亲水性发生了改变。