《材料表界面》第7章聚合物的表面改性.pptx

第7章聚合物的表面改性;聚合物表面（1）表面能低（2）化学惰性（3）表面污染及存在弱边界层等原因，往往难以润湿和粘合。因此，常常要对聚合物进行表面处理。

除了润湿和粘合性能，还包括:涂膜性、可染性、抗静电性、印刷性、防雾滴性能、生物相容性等许多方面。

一般，讨论聚合物的表面改性，往往涉及表面能增大方面。但事实上，也还有从表面能减小的方向进行改性，以达到具有防污性的目的。;聚乙烯手提袋的印刷;●表面物理性能：接触角，表面张力的测试；

●表面处理效果：性能的改进（粘结强度，印刷性、染色性、表面电阻率等）

●表面形貌：电子显微镜观察（SEM、AFM）；

●表面化学组成：X射线光电子谱（X射线光电子能谱仪XPS/ESCA，FTIR－ATR）；;XPS（X-rayphotoelectronspectroscopy）

;Ek为光电子动能；hν为激发光能量；

EB为固体中电子结合能；Φ为逸出功;内能级结合能及其强度可分别作为元素识别和原子相对浓度的测定。;;

;XPSCharacteristicsandlimitations;XPSAnalysisofPigmentfromMummyArtwork;AnalysisofCarbonFiber-PolymerCompositeMaterialbyXPS;表面改性的方法;7.1电晕放电处理;当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正离子、负离子。结果在阳极和阴极之间产生电晕。

电晕的危害：1.输电线上如果有电晕发生，则会有电晕电流，引起电力损耗；2.电晕放电具有脉冲的性质，会对广播电视产生干扰；3.强的电磁场会对人体健康产生影响，可能引起血压和脉搏的变动、心脏无节律波动、易于激动和疲劳等。;●这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成各种极性基团，因而改善了聚合物的粘接性和润湿性。电晕处理可使薄膜的润湿性提高，对印刷油墨的附着力显著改善。;经电晕处理后，O1s峰明显增高，C1s峰相应减小，表明经电晕处理后，LDPE薄膜表面的含氧量增加，含碳量减少。;C/O比与电流强度的关系与上述表面张力和剥离力类似，可见LDPE表面张力的增大和剥离力的提高与表面含氧量的增加有密切的关系。;7.2火焰处理和热处理;7.2火焰处理和热??理;聚乙烯、聚丙烯的薄膜、薄片，吹塑的瓶、罐、桶等常用火焰处理来提高其表面的印刷性和粘结性。

研究表明，聚乙烯表面经火焰处理后，表面的含氧量可达16.6％，且表面含氧量随火焰强度的增加而增多。火焰的氧化深度大于12nm，火焰处理后表面出现C－O，C＝O，COO－等基团，表面能增大，与水的接触角减小，与环氧树脂的粘结强度从4.2MPa提高到14.9MPa。;热处理是把聚合物暴露在热空气中进行氧化反应，使其表面被引进羰基、羧基以及某些胺基和过氧化物，从而获得可润湿性和粘结性。热处理的温度只有几百度（500℃），远低于火焰处理的温度，因而处理时间较长。

聚合物中常常加有抗氧剂，抗氧剂对火焰氧化没有影响，对热氧化却有很大影响。抗氧剂可消除热氧化产生的聚合物自由基而使整个氧化反应淬灭，因而阻止热氧化的进行；火焰氧化是由存在于火焰中的自由基引发的，由于火焰中的自由基快速产生，大量存在，聚合物自由基的产生已不是速度决定步骤，所以抗氧剂对火焰氧化没有影响。;火焰处理和热处理的优点是设备要求不高，工艺简单，处理成本低，处理效果好，工业上应用较广。但处理大型或结构复杂的制品比较困难，高温下稍有不慎，制品易发生变形。;7.3化学改性;太阳能电池组件及背膜的结构示意图;化学改性的方法是用钠氨或钠萘溶液处理含氟聚合物。以钠萘溶液为例，处理液的配置是将23g金属钠加到含128g萘的四氢呋喃1L中，搅拌反应2hr，至溶液完全变成暗棕色。将含氟聚合物浸泡在钠萘溶液中1~5min，使聚合物表面变黑，取出用丙酮洗，继之用蒸馏水洗，烘干即可。处理后含氟聚合物的表面张力、极化度、可润湿性都显著提高。;FEP经Na/NH3溶液处理:

1.光电子能谱显示的F1s峰已完全消失，出现了一个强O1s峰。说明表面处理的深度达到5-10nm，在此范围内氟已完全被除去并发生碳化作用;

2.而C1s峰向低能方向移动，说明引进了大量的C=C双键以及羰基和羧基，为乙烯基单体的接枝提供了活性点。;7.3.2聚烯烃的液态氧化处理;光电子能谱，紫外光谱和红外光谱的研究表明，在铬酸酸蚀过的聚烯烃表面上检测出了羟基、羧基、磺酸基和不饱和双键，这些极性基团是氧化的产物。经酸蚀后聚烯烃的表面张力增加，如铬酸处理后的支链聚乙烯