橡胶表面改性的方法探讨

橡胶表面改性的方法探讨

摘要：文中对橡胶表面改性的方法进行了阐述，其中包括物理技术改性和化学技术改性。

关键词：橡胶表面改性物理技术改性化学技术改性

在较多情况下，橡胶材料在日常生活、工作中的应用是通过表面和表面的性能来完成的。橡胶表面改性是在橡胶基材性质不受影响的前提下，为了使其可以使用一些特定的用途或特殊性能，而对橡胶的表平面性质进行改变。硅橡胶是一种表面疏水性物质，然而可以借助器表面改性而促进表面亲水性能的提高，从而充当生物材料，使其应用范围得到扩展；以不影响材料强度作为前提条件，通过表面改性可以使旋转轴密封圈的表面摩擦减小。按照改性目的可以将橡胶材料表面改性分成改变表面亲水性能、该表表面摩擦性能以及改变表面粘合性能等；根据其表面大分子的变化可分成化学改性和物理改性。文中根据橡胶材料的改性方法对其表面改性进行分析探讨。

一、化学技术改性

橡胶表面化学技术改性是指材料表面通过化学反应剂而生成化学反应，然后使材料表面发生化学结构的改变，促进材料某种性能的提高。这种化学技术改性属于橡胶表面的化学改性，所涉及到的化学反应假破位复杂，如取代反应、置换反应以及环化反应等。

1.表面卤化

橡胶表面卤化包括了表面氟化、表面氯化、表面溴化、表面碘化。其中表面氟化是橡胶材料表面通过氟气或二氟化氙接触形成化学反应，当前多以二氟化氙完成表面氟化。橡胶表面氟化的机理是在化学反应时间延长的情况下，氟原子取代了橡胶表面的氢原子。经过试验研究，表面氟化后增大了橡胶表面的平整性、耐腐蚀性、耐磨性与耐油性，同时也增大了橡胶的硬度，降低了其强伸性能。表面氯化则是通过含有有机溶剂的氯化剂对橡胶表面进行处理，进而促进橡胶表面能够和其他有机材料间的粘合力得到增强，最常用的表面氯化剂为三氯氰酸。表面溴化则将橡胶材料浸泡在溴化物配制的酸性水溶液中，从而促使橡胶材料的表面结构形态发生改变。研究表明：对任何硫化体系硫化胶进行表面溴化处理，均可得到相同的作用；同时不会对硫化胶的强伸性能和硬度不会产生影响，但是对橡胶的耐磨性和耐介质性有着明显的改善作用。表面碘化能够使橡胶接触工作面的面积减小，进而使摩擦因数减小。

2.表面磺化

橡胶表面改性方法中的表面磺化通常是在硫酸或者亚硫酸溶液中将橡胶材料浸渍的过程。该改性方法的效果是打开橡胶表面的C-C键，然后在中一个[C]

上接上-SO3H，图一为其反应机理。

根据图一可知橡胶材料在进行表面磺化反应过程中有环化反应的伴随。不同于碘化反应的是，橡胶表面经过磺化反应后的光滑度更大，增大了表面刚度。

图一表面磺化机理示意图

3.表面氧化和共价功能化

橡胶材料的表面氧化常常是以浓硝酸、浓硫酸等强氧化性酸打开其表面的C-C键，经过氧化作用，碳原子形成羧基、羟基、羰基等极性基团，从而使橡胶表面从化学惰性转变成极性化或者活化。从而提高橡胶表面自由能，提高浸润性，促进粘合强度的增强。需要注意的是氧化容易造成橡胶表面的细微裂痕，如果进行大批量生产，则不能够准确的掌握处理程度，同时浓酸的大量应用会差生环境污染。

在光和热的作用下，叠氮基苯可分解形成高反应活性的氮宾介质，同时在C-H和N-H间插入，从而形成共价改性产物，形成致密的涂层。在蛋白质分析中发现，该涂层能够阻止蛋白质的渗出。此方法在医用天然乳胶制品中应用，如医用导管、手术用手套等。

二、物理技术改性

橡胶材料的物理技术改性是借助物理技术实施橡胶表面的改性一类方法。通常，橡胶材料在采用物理技术改性后，其表面大分子结构会发生化学变化，追其本质，也还是属于化学改性；然而也有部分橡胶表面的原有结构未发生改变，这种才可称作为真正的物理改性。

1.表面涂层

表面涂层技术是将具备某种特殊共嫩的物质覆盖在橡胶表面上，不会对橡胶表面性质产生改变作用。形成橡胶表面涂层的方法较多，其中有静电喷涂法、溶液浸涂法、配成涂料覆法、加热沉积法，以及媒介法等等。表面涂层可按照作用分成减小摩擦因素涂层和防老化涂层等。

2.等离子技术

等离子体是由正负离子、电子、中性粒子等高能离子与紫外线组成的。在高分子物质的表面改性过程中，采用等离子体技术可分为等离子体处理、聚合、接枝聚合等。其中等离子体处理是把橡胶材料在非聚合性气体的等离子环境中暴露，然后在借助等离子体对橡胶材料的表面进行轰击，使橡胶材料的表面结构发生较大的变化，完成表面改性。研究表明，硅橡胶在经过不同介质处理后的表面亲水性能均得到改善。但是硅橡胶表面经氩气和氧气等离子处理后，其血液相容性降低，经氨气和氮气等离子体处理后，其抗凝血性能增大。等离子体聚合是在

聚合性气体中将橡胶材料暴露在其中，有较薄的一层聚合物膜沉积在橡胶表面上，此时橡胶材料表面特性则由这层聚合物膜表现出来。

3.物理技术引发的表面接枝聚合

在橡胶表面改性处理过程中，等离子体接枝聚合是橡胶材料通过等离子体处理后，使具有功能性的单体在表面活性自由基的作用在下在橡胶材料表面完成接枝共聚。橡胶表面在虽然在等离子体处理后形成自由基和交联双键，可引入极性基团，然而最后的改性效果将会随时间的增长而降低；在内部应力的作用和影响下，等离子体聚合薄膜往往会出现破裂和卷曲，或者由于薄膜和基质的结合方式为非共价键而出现剥离等等；而采用等离子体接枝聚合技术恰恰将这些缺点能够弥补。在促进硅橡胶生物相容性提高的同时，也在一定程度上增大了橡胶表面改性的持久性。

三、结束语

材料和外界环境之间的相互作用常常是通过表面来完成的。在日常应用过程中，橡胶的表面性能涉及到的其他性能较多，如粘合性、生物相容性、防老化性和耐磨性等等。因为，为了能够将橡胶的表面性能充分的发挥出来，不仅要研究橡胶表面的润湿性、化学特性、界面相互作用、表面能等，还应当才从微观结构对橡胶的表面分子进行研究，进而探索出新的橡胶表面改性方法，使其能够适应各种不同的环境。

参考文献

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[2]殷石，张立群，田明.纳米短纤维增强橡胶复合材料的研究进展[J].合成橡胶工业.2010（5）.