材料表面与界面讲解.ppt

第七章 聚合物表面与界面概述（Polymer Surface and Interface） 随着聚合物制品的品种不断的增多，人们不仅希望制品存在优异的内在性能，而且对其表面性质的要求也越来越高。 要求制品有精美的外观以提高制品的商品价值； 要求制品具有某些特殊的表面性能以满足制品的各种使用要求。 这除了需要开发新品种以满足要求外，主要靠材料的表面改性来实现。 7.2 表面处理的涵义 许多研究者已经证实：处于两相间的交界部分乃是一个具有一定厚度（厚度很小，一般只有零点几纳米到几纳米，通常小于0.1μm）的区域，物质的组分和能量可以通过这个区域从一个相连续地变化到另一个相。这层的结构和性质与相邻两相的结构和性质都不一样。在界面区域内压力是不均一的，在垂直于界面的方向上存在压力梯度。与此相反，在本体相区域内压力是均一的，不存在着梯度，并且是各向同性的。在本体相区域内可逆地输送物质不会消耗净能量。 （3）界面的类型 （4）和界面有关系的现象 （5）聚合物表面处理 7.3 聚合物表面性质 涉及聚合物表面处理技术的开发，必须研究处理方法，但对处理结果――表面有什么样的变化的研究更加重要。为开发出更好的处理方法，必须对表面处理工艺进行定量化，因而必须搞清表面评价手段和表面处理的结果。 我们将表面性质分为表面化学性质、表面物理性质、界面性质三个方面。 表面化学性质和表面化学结构有关系。聚合物的表面化学结构是各不相同的，是和其自身品种、加工方法等因素相关的。 可采用红外光谱法分析表面官能团的种类。 二、 表面物理性质 ②球晶结构 ③结晶性的评价 固体的表面层也符合该式，将γl用γc（临界表面张力）代替，ρs（固体聚合物的密度）代替ρ就成为下式： 由以上的方法可以推测表面结晶性，但对于具有极性的聚合物不是很符合。 （二）表面粗糙度 润湿现象是固体和液体间形成的界面现象的一个例子。 发生润湿，固体表面消失产生新的固体与液体的界面，这个变化称为润湿现象。 因此，容易润湿和难以润湿，可以说是上述变化过程的能量表现。 在润湿的过程中的能量变化和其他情况一样，有关于自由能的变化和关于总能量的变化两个方面，因此有两种研究能量变化方法。 7.4 表面分析技术 表面分析技术是研究表界面，获得表界面信息的重要手段。要想了解高分子界面科学，对聚合物表面处理效果有一正确评价进而进一步指导聚合物表面处理技术，就必须掌握好表面分析技术。 表面组成主要是测定表面的元素组成和化学组成，包括化学键的类型及各种基团。 使用的分析方法有：俄歇电子能谱（AES），X射线光电子能谱（XPS），也可称为化学分析用电子能谱（ESCA），二次离子质谱（SIMS），离子散射能谱（ISS），软X射线显现电势光谱（SXAPS）。 （2）红外光谱法聚合物表面分析 （3） 接触角的测定 临界表面张力法检测 将乙二醇乙醚(表面张力30mNm)和甲酰胺(表面张力57mNm)混合，就可得到表面张力30~57mNm的一系列测试液。 预先估计出薄膜的表面张力值，然后在其表面涂布相同张力值的测试液，每次的涂布面积约为40X土5mm2，涂布要在0.5S内完成。 如果涂布的液膜保持2s以上不破裂时，再用表面张力高的测试液测试；如果液膜在2s内破裂成许多小液滴，则改用表面张力较小的测试液测试。 若测试的临界表面张力小于36mN/m，说明处理质量不好，需重新处理。 重新现出固体表面时就产生固体表面张力γs；相反固体与液体界面消失时，此时所存在的界面张力消失。因此上式中，把润湿表现为自由能。该值可以由实验求得。γs、γi目前还没有测定方法。但幸好在固体表面上放置液滴达到平衡状态时，γs、γi、γl及液体对固体的接触角θ之间有一个大家熟知的关系式，利用它，上式变为： Wi＝γs－γi＝γlcosθ γl、θ很容易测定，因此可以定量地评价润湿现象。 γl cosθ称为附着张力（adhesion tension），是衡量润湿自由能的尺度。 润湿――自由能的尺度： γl cosθ或θ 大多情况下只根据接触角θ就可以判断润湿难易程度。 对于同一液体来说，看固体间的润湿差别，可以只用θ； 尽管这不是一个非常准确的方法。但由于液滴在固体表面上以何种程度的球状存在，可以直观地大体判断润湿难易程度，因此被广泛使用。 （2）润湿的测定 作为测定样品的高分子材料是棒状或板状时，试样可以用溶剂溶解后涂在基板上形成