射频等离子体沉积丙烯酸和八氟环丁烷共聚涂层的化学成分与润湿性研究

摘要

对聚合物表面进行精准的润湿性控制在生物工程中具有重要的意义，润湿行为可以通过改变表面化学能和表面微观形貌来进行调控，等离子体表面改性技术在聚合物表面化学成分和形貌的调控上展现出明显优势。本论文主要研究通过等离子体聚合方法获得丙烯酸-八氟环丁烷共聚物涂层并研究其表面化学成分、润湿性、涂层生长动力学及涂层的稳定性。
　　本论文研究了具有可控的润湿性以及pH响应性的智能共聚物涂层（C4F8-co-AA）。通过射频容性耦合等离子体(CCP)技术在原始和具有纳米织构的聚乙烯(PE)表面获得具有不同亲水/疏水性的丙烯酸-八氟环丁烷等离子体共聚物涂层。在原始聚乙烯表面的等离子体共聚物涂层静态接触角(SWCA)是119°到11°，具有纳米织构聚乙烯表面的等离子体共聚物涂层由超疏水(SWCA=163°)到超亲水(SWCA=4°)状态。由于表面纳米织构和等离子体共聚物涂层（C4F8-co-AA）羧基官能团的共同作用可产生对pH响应的润湿性行为。增加等离子体共聚物涂层中的羧基官能团可以获得具有pH响应的亲水性表面，表面纳米织构对pH响应行为也起到重要影响作用。
　　研究了脉冲等离子体的占空比和气体流速对等离子体共聚物涂层的化学成分及润湿性的影响。随着占空比的降低，羧基（亲水）官能团随之增加，氟碳（疏水）官能团随之降低。脉冲等离子体共聚物涂层的表面润湿性及粘附性由涂层的表面形貌以及化学成分共同调控。随着占空比的降低，亲水官能团逐渐增加，导致疏水性涂层的粘附性增加。具有纳米织构的等离子体共聚物涂层由低粘附性超疏水变为高粘附性超疏水，通过调节单体的流速和占空比可有效调节表面润湿性和粘附性。
　　等离子体共聚物涂层（C4F8-co-AA）的润湿性也会受基体成分的影响。利用低占空比参数获得具有高羧基官能团含量的等离子体共聚物涂层受聚乙烯基体的非极性官能团影响，造成表面亲水性降低。通过X射线光电能谱(XPS)和涂层厚度分析证实，低占空比下等离子体共聚物涂层的接触角急剧增加是由表面纳米织构影响导致的。
　　综上所述，通过调整等离子体参数可以实现等离子体共聚物涂层润湿性的精确控制。不具有纳米织构表面的润湿性可以持续八周，表明涂层的润湿性具有很好的稳定性。

目录

声明

Abstract

摘要

Contents

List of figures

List of tables

List of abbreviations

1 Introduction

1．1．1 Radio frequency plasma polymerization

1．1．2 Growth mechanisms of plasma polymerization

1．1．3 Influence of plasma parameters

1．1．4 RF pulsed plasma polymerization

1．1．5 Plasma copolymerization

1．2 Surface wettability

1．2．1 Static and dynamic wettability

1．2．3 Textured surface wettability

1．3 Surface functionalization of plasma polymer coatings

1．3．2 Functionalized plasma polymer coatings

1．3．3 Functionalized plasma copolymer coatings

1．4 Surface wettability of functionalized polymer coatings

1．4．2 Hydrophilic polymer coatings

1．4．3 Tunable and pH-responsive surface wettability

1．5 Prominent applications of tunable wettability and pH-responsiveness

1．5．2 pH-responsive tumor targeted drug delivery

1．6 Motivation

2 Experimental and characterization techniques

2．1 Plasma reactor and polymer coatings

2．1．1 Subsgate selection and preparation

2．2．1 Fourier transform infrared(FTIR)spectroscopy

2．2．2 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)

2．3 Topography characterization

2．4．2 Contact angle hysteresis(CA hysteresis)measurements

3 Monomer feed rate dependent surface wettability and pHresponsiveness of plasma copolymer coatings

3．1 burtace claemlstrv

3．2 Surface wettability

3．3 Deposition rate

3．4 Discussion

3．5 Summary

4 Duty cycle dependent surface wettability of plasmacopolymer coatings

4．1 Surface chemistry

4．2 Surface wettability

4．3 Discussion

4．4 Summary

5 Polyethylene substrate dependent surface wettability ofplasma copolymer coatings

5．1 Kinetics of C4F8-CO-AA polymer deposition

5．2 Surface chemistry

5．3 Surface wettability

5．4 Discussion

5．5 Summary

6 Conclusions and outlook

Abstract of Innovation Points

References

Published academic papers during PhD period

Acknowledgement

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