等离子体聚合改性PP、PVDF表面的硫酸腐蚀行为

摘要

以马来酸酐的等离子体聚合方法对聚丙烯薄膜和聚偏氟乙烯薄膜表面进行了亲水改性，希望在膜表面引入极性基团，提高其亲水性。利用等离子体聚合物具有交联结构的特性，提高聚丙烯薄膜和聚偏氟乙烯薄膜表面的耐腐蚀性。用接触角、FT-IR、SEM等分析手段对等离子体处理后、硫酸腐蚀后聚合物改性膜的亲水性能、化学结构、表面形貌做了表征。分析了等离子体处理功率、腐蚀时间、硫酸溶液腐蚀条件对马来酸酐等离子体改性薄膜的影响。
　　 通过马来酸酐等离子体聚合，在聚丙烯薄膜和聚偏氟乙烯薄膜表面生成了马来酸酐聚合膜。水接触角结果表明，聚马来酸酐中的酸酐基团水解为亲水的羧基基团后，改性聚丙烯薄膜的表面水接触角达到43°～50°。由于高功率下等离子体的刻蚀作用增强，接触角随处理功率的提高呈上升趋势。改性聚偏氟乙烯在等离子体处理后水接触角达到40°～70°。接触角随功率提高而上升的趋势与聚丙烯改性膜相同。而经水解后聚偏氟乙烯改性膜的水接触角更可降至40°～55°。FT-IR表明，增大等离子体处理功率，马来酸酐的酸酐结构易于被破坏，形成羧酸结构。结合聚合量的结构，证明增大功率将增大刻蚀作用。SEM结果表明，马来酸酐聚合物呈颗粒状。随着等离子体功率的增大，粒状聚合物越来越多。功率继续增大时形成层状聚合物。通过精确称重，等离子体聚合单位面积增加的质量：聚合量在30W时达到最大，继续增加功率将增加刻蚀作用，聚合量下降。
　　 经过一定浓度、温度下硫酸腐蚀，等离子体聚合膜的亲水性有所提高。根据FT-IR分析，在高温、硫酸介质的长时间腐蚀环境下，马来酸酐的等离子体聚合物可通过磺化反应而引入亲水的磺酸基团，腐蚀后聚丙烯改性薄膜的表面接触角进一步降低至30°以下，获得了更佳的表面亲水性。聚偏氟乙烯改性薄膜表面水接触角维持腐蚀前的40°～70°。FT-IR表明，随着等离子体处理功率的提高，聚合膜的磺化反应减弱。这是因为高功率下高密度的交联结构更加耐腐蚀。SEM结果表明，经过硫酸的浸泡，聚偏氟乙烯表面仍保留有马来酸酐聚合物，表面形貌完好。经过硫酸腐蚀，等离子体聚合膜在质量上有所减少。低功率下减重较多，高功率减重少。
　　 由于高处理功率下的马来酸酐聚合物具有较高的交联密度，耐硫酸腐蚀性优于低功率的马来酸酐聚合物。聚丙烯聚合膜在120W时仍发生磺化反应，不过高功率下磺化反应减弱，亲水性由于羧基的引入以及磺化作用提高了很多。聚偏氟乙烯聚合膜由于聚偏氟乙烯分子链本身有氟原子的保护，以及等离子体处理产生的交联结构，使得其耐腐蚀性优于聚丙烯。等离子体功率大于50W即产生极佳的耐腐蚀性，体现在磺化反应消失，亲水性保持稳定，SEM表面形貌显示保留有一定量的马来酸酐聚合结构。