第十一讲表面改性素材.ppt

第六章 表面改性 第一节 概述 第二节 等离子体表面改性 第三节 表面化学改性 第四节 表面改性剂改性 第五节 生物酶改性 第六节 光化学改性 第七节 其他表面改性方法 第一节概述 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，在实际应用当中，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内在性能，因此，聚合物材料不仅应具备良好的内在性能，也应具有良好的本体性能和表面性能，然而，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，或染色性能差等不足之处，其应用范围也因此受到限制，要改善其表面性能，往往须对聚合物表面改性。 表面改性方法分类 按照改性过程体系的存在形态分类： 第二节 等离子体表面改性 1.基本概念 等离子体是一种全部或部分电离的气体状态物质，含有原子、分子、离子亚稳态和激发态，并且电子正离子与负离子的含量大致相等，物质能量较高，易与其他物质起物理、化学和生理反应。 等离子体的产生方法有多种，自然界中日光、 雷电、极光都可以产生等离子体，人为发生等离子 体的方法主要有气体放电法，光电离法。热电离 法、射线辐射法，激光等离子体法等。 依据温度，等离子体可分为热等离子体、冷等 离子体、混合等离子体。 热等离子体中的高温等离子体温度可达108- 109K，低温等离子体也在2000-20000K，在冷等离 子体中，一般重粒子温度远低于电子的温度，前者 接近常温，后者却可高达103-104K，混合等离子体 是在常压或略低的压力下，用5-50KV直流或交流高 阻抗的电源，在电极间发生的电晕放电或臭氧发生 器产生的等离子体。 2、等离子体的作用原理 等离子体是一种物质能量较高的聚集状态， 它的能量范围比气态、液态、固态物质都高， 被称为物质的第四态，存在具有一定能量分布 的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞 击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和 原子，产生一系列物理和化学过程。一些粒子 还会注入到材料表面引起碰撞、散射、激发、 重排、异构、缺陷、晶化及非晶化，从而改变 材料的表面性能。 等离子体对高聚物表面的作用有许多理论解释，如表面分子降解理论，氧化理论，氢键理论，交联理论，臭氧化理论以及表面介电体理论等，但其对聚合物表面发生反应机理可概括为3步： 1）空气中的少数自由电子在高电压电场中被加速而获得较高动能，在运动时必然会撞击到空间中的其他分子，被撞击的分子同时接收到部分能量，成为激发态分子而具有活性 2）激发态分子不稳定，又分解成自由基消耗吸收的能量，也可能离解成离子或保留其能量而停留在亚稳态 3）自由基或离子在高分子表面反应时，可形成致密的交联层等离子体与存在的气体或单体发生聚合反应，沉积在聚合物表面形成具有可设计的涂层，等离子体与表面自由基或离子发生反应形成改性层。 3、等离子体对高聚物表面的作用 低温等离子体对金属生物材料表面改性的应用 低温等离子体对金属生物材料表面改性的应用主要可以分为:改善生物相容性,固定生物活性大分子和提高金属的抗生理腐蚀性能3大类。 改善生物相容性 当把金属材料植入生物体内时,必须满足生物相容性的要求。生物相容性是指材料与血液和组织相互适应的程度。在金属生物材料表面接枝聚合亲水性的功能团改善材料表面性能是目前最受重视的金属生物材料表面改性方法,主要应用于提高材料的生物相容性和对活体细胞的生长诱导性,使其具有更优良的生物活性。主要的手段有在金属基体上接枝无机物和在金属基体上接枝有机高分子。 固定生物活性大分子 金属材料表面改性的生物化学方法是近年发展起来的一类较新的技术。这基于将具有生物活性的物质直接附着于改性后金属基体上的设想,将大分子蛋白质或酶等有机高分子物质引入基体表面,使其具有更优良的生物活性,因而具有更直接、更有效的特点。 提高金属抗生理腐蚀性能 生物体内的金属材料一旦发生腐蚀,溶解的金属离子所生成的腐蚀产物就会对人体产生恶劣影响,因此,必须控制其腐蚀的发生。研究表明川,金属材料本身对人体不会产生变态反应及致癌,但因腐蚀而溶解出的金属离子或溶解的离子以金属盐的形式与生物体分子结合或磨屑粉的形态会对人体构成危害。此外,人体内金属材料的破裂通常是由疲劳、摩擦疲劳引发,但这2项因素并非单纯,事实上是由腐蚀疲劳引发,与腐蚀有密切关系。为了防止人体内金属材料的毒性,提高其安全使用性及延长其使用寿命,在生物体环境中,对金属材料腐蚀性能的研究就显得极为重要。 目前临床上常用的医用不锈钢大部分都含有镍元素(如医用316L 不锈钢中含镍为10%