聚甲基丙烯酸甲酯材料表面改性及其抗静电性能的研究

摘要

高分子材料依其优美的外观、低廉的价格、出色的电绝缘性能、良好的加工性能和耐化学性能而获得广泛应用。但在摩擦时容易积累静电荷，导致表面吸尘、薄膜闭合、电子器件击穿、电击和爆炸等许多灾害。为消除静电危害，工业上一般将材料的表面电阻率限制在1012Ω/sq.以下。添加低分子量抗静电剂是最常见的抗静电措施，由于这种改性材料主要是利用抗静电剂在材料表面吸附的水分降低表面电阻率，因此耐久性差，不耐洗，对环境湿度的依赖性大，而且材料的耐热温度和表面特性都有不同程度下降。经炭黑、金属填料改性的聚合物，虽能获得比较好的永久性抗静电性能，但也存在价格高、不易着色、填料易脱落或氧化以及物性下降等缺点。材料表面改性是提高材料表面抗静电性能的一个重要途径。本文采用等离子体表面改性技术对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)高分子材料(表面电阻率为1015Ω/sq.)进行处理，以提高其抗静电性能。 (1)采用Ar等离子体对PMMA材料进行表面改性，研究了Ar等离子体处理时间、气体压强、放电功率对材料表面亲水性的影响，通过材料表面电阻率的测定对改性材料的抗静电性能进行评价。接触角测定表明：材料表面的亲水性得到了显著改善，在等离子体处理时间3min；气体压强50Pa；放电功率40W的条件下，材料对水的接触角从80.4°降低到47°。通过测定此条件下材料的表面电阻率发现：Ar等离子体处理材料表面能明显改善材料表面的亲水性，但对材料表面的抗静电性能却没有明显的改善。 (2)用Ar等离子体预处理活化材料表面，以提高PMMA表面的亲水性，然后以Ar等离子体引发聚乙二醇(PEG-200)在PMMA表面固定化，以改善其抗静电性能。实验中研究了PEG-200浓度、Ar等离子体固定时间、气体压强、放电功率对材料表面亲水性和表面电阻率的影响，同时确定了改善材料表面抗静电性的最佳条件。衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)分析结果表明：Ar等离子体可以将PEG-200以化学键的形式固定于PMMA表面。原子力显微镜(AFM)对其进行表面形貌分析后表明：等离子体固定PEG前后PMMA的表面形貌发生了明显变化。表面电阻率测定结果表明：等离子体固定PEG后的PMMA表面电阻率下降了3～6个数量级，最佳条件下修饰的PMMA材料的抗静电性能显著提高，而且经等离子体预处理后固定PEG的PMMA表面电阻率值明显比未经等离子体预处理直接固定PEG的PMMA表面电阻率值低。 (3)尝试Ar等离子体技术和紫外光照射相结合，在无光引发剂的条件下实现了丙烯酰胺(AAm)在PMMA表面的接枝聚合，以改善材料表面的抗静电性能。实验中探讨了等离子体预处理时间、放电功率、气体压强、AAm单体浓度和紫外照射时间对材料表面电阻率的影响，并且研究了AAm单体浓度和紫外照射时间对材料表面亲水性的影响。通过ATR-FTIR和扫描电子显微镜(SEM)分析研究了PMMA接枝AAm前后表面性能和表面形貌的变化，结果表明：AAm已经成功接枝于PMMA表面。抗静电性能测试表明：接枝丙烯酰胺可以使PMMA材料的抗静电性能显著提高，表面电阻率下降了3～5个数量级。通过对表面电阻率和接触角测定结果的分析表明：在PMMA表面接枝AAm后，不仅保持了材料表面的亲水性，而且还赋予材料一定的抗静电性能。

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及学位论文使用授权声明

第一章概述

第二章聚甲基丙烯酸甲酯材料的等离子体表面改性

第三章等离子体固定聚乙二醇改善聚甲基丙烯酸甲酯表面抗静电性能的研究

第四章紫外接枝丙烯酰胺改善聚甲基丙烯酸甲酯表面抗静电性能的研究

总结

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果