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
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
优点：成本低廉 缺点：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。
7.3 化学改性
化学改性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。
7.3.1 含氟高聚物
用液氨中的钠-氨络合物或钠-萘络合物/THF溶液 处理含氟高聚物。
处理后含氟高聚物的表面张力、极化度、可润湿 性都显著提高。
7.6.3 添加接枝共聚物法
在欲改性的高聚物中添加有界面活化性能的共聚 物成型，进行表面改性。这种具有界面活化性能的高 分子一般是嵌段或接枝的聚合物。
聚合物表面接枝的应用
采用化学法（如偶联法、臭氧化法等）和物理 法（等离子体法、高能辐射法、紫外光法等）将具 有抗凝血性的天然和化学合成的化合物，如肝素、 聚氧化乙烯接枝到高分子材料表面上。研究表明， 血小板不能粘附于用聚氧化乙烯处理过的玻璃上。
7.3.2 聚烯烃的液态氧化处理
工业中用铬酸洗液作为清洗液。 还可以用：硫酸铵－硫酸银溶液；双氧水；高锰
酸钾－硝酸；氯磺酸；王水等。 铬酸清洗液主要是清除无定形或胶态区，处
理后聚合物表面形成复杂的几何形状，使聚合物 表面的润湿性和粘合性均大大提高。 不足之处是：大量算废液产生，污染环境。
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。
表面改性的目的
聚合物表面因表面能低、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 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
7.1 电晕放电处理
常用于聚烯烃
电极
薄膜的表面处理
H·V
电晕放电 高频 发生器
薄膜
感应辊 接地
优点：简便易行，处理效果好，可连续生产、易调
7.4 光化学改性
用紫外光照射高聚物表面可引起化学变化，改 进聚合物的润湿性和粘结性。紫外光的波长必须选 择适当，用184nm的紫外线照射可使聚乙烯表面发 生交联，而253.7nm的波长则不行。
紫外线照射使聚乙烯表面引入了羰基等含氧基 团，使聚对苯二甲酸乙二酯链裂解，在对位和间位 产生末端酚基，使其可润湿性和可粘接性大大增加。
通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中 的亲水基团与疏水基团的比例，使其达到一个最佳 值，也是改善材料血液相容性的有效方法。
性能、在微电子工业中的应用、在生物医用材料上 的应用、其它。 不足：高聚物表面经冷等离子体改性后，其处理效果 会随时间的推迟而减退，这一现象称为退是通过紫外光、高能辐射、电子束、等 离子体等技术，使聚合物表面产生活性中心，引发 乙烯基单体在聚合物表面接枝聚合，或者利用聚合 物表面的基团通过化学反应接枝。 表面接枝的方法可归类为三类：表面接枝聚合，大 分子偶合反应，以及添加接枝共聚物。
控、无污染 。
缺点：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。
7.2 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 暴露在热空气（～500℃）中。
高聚物表面经火焰和热处理时，表面可氧化引入 含氧基团。