聚合物薄膜表面低温等离子体改性效果时效性的研究

摘要

低温等离子体技术是一种绿色环保的新型材料表面改性技术，但是在聚合物材料表面改性中，改性效果随时间推移发生部分衰减，严重制约了此技术的推广应用。本研究采用低温等离子体对聚丙烯(PP)或聚四氟乙烯(PTFE)进行表面改性，通过改变处理时间、处理功率、气体流量等工艺参数，摸索低温等离子体亲水改性的优化处理条件；通过改变聚合物种类和工作气体种类，研究低温等离子体处理后材料表面水接触角和过氧基团浓度的变化规律，并分析材料表面水接触角与所生成自由基浓度之间存在的关系，以期为简洁表征低温等离子体改性效果时效性提供可行性；探索低温等离子体改性效果时效性产生的物理化学机理；并通过改变聚合物材料的种类、放置环境的温度及气体种类，研究各因素对低温等离子体改性效果时效性的影响规律，摸索减缓或消除时效性的有效方法。
　　 通过接触角、过氧基团浓度等表征手段，确定了低温等离子体亲水改性的优化条件，O2等离子体处理时间4min、处理功率400W、气体流量100SCCM；通过研究材料表面水接触角和过氧基团浓度的变化规律，发现两者之间存在一定相关性，间接揭示出材料表面水接触角与所生成自由基浓度之间存在相关性，从而证明采用测定接触角简洁准确表征等离子体改性效果的时效性方法可行。
　　 时效性产生的化学机理分析：等离子体处理过程中生成大量小分子链，这些分子链易被氧化，随时间推移部分被氧化的分子链迁移到薄膜本体，导致等离子体的改性效果明显衰减；时效性产生的物理机理分析：等离子体改性处理后，体系由于引入极性基团而处于不稳定的高能状态，为了降低体系的能量，极性基团向薄膜内部翻转，当体系能量达到平衡时，低温等离子体改性效果趋于稳定。
　　 聚合物种类、放置温度及放置气氛都会对低温等离子体改性效果时效性的显著程度产生影响，其中聚合物表面的交联程度越大，对时效性的抑制作用越强。低温等离子体处理后的薄膜放置在低温和惰性气体条件下，可明显减缓改性效果的时效性。

目录

文摘

英文文摘

主要创新点

第一章 绪论

1.1 低温等离子体

1.1.1 等离子体概述

1.1.2 低温等离子体概述

1.1.3 低温等离子体在高聚物表面改性中的应用

1.2 高聚物低温等离子体表面改性方法

1.2.1 低温等离子体表面处理

1.2.2 低温等离子体聚合

1.2.3 低温等离子体引发接枝聚合

1.3 低温等离子体表面处理的影响因素

1.3.1 处理时间的影响

1.3.2 处理功率的影响

1.3.3 工作气体的影响

1.4 低温等离子体表面处理效果时效性的研究

1.4.1 聚合物材料结构对时效性的影响

1.4.2 工作气体对时效性的影响

1.4.3 处理时间及功率对时效性的影响

1.4.4 放置环境对时效性的影响

1.5 课题意义及研究内容

1.5.1 课题意义

1.5.2 研究内容

第二章 实验与表征

2.1 试验方案设计

2.2 实验仪器与试剂

2.3 聚合物薄膜的低温等离子体处理

2.4 测试与表征

2.4.1 表面水接触角(WCA)分析

2.4.2 过氧基团浓度分析(DPPH法)

2.4.3 表面形貌分析

2.4.4 表面元素含量分析

第三章 结果与讨论

3.1 低温等离子体对聚合物薄膜亲水性改性的工艺研究

3.1.1 处理时间

3.1.2 处理功率

3.1.3 气体流量

3.2 材料表面水接触角与所生成自由基浓度的相关性研究

3.2.1 不同聚合物条件下的相关性研究

3.2.2 不同工作气体条件下的相关性研究

3.3 低温等离子体改性效果时效性的机理分析

3.3.1 化学机理的分析

3.3.2 物理机理的分析

3.4 影响低温等离子体改性效果时效性的主要因素分析

3.4.1 聚合物种类的影响

3.4.2 放置气氛的影响

3.4.3 放置温度的影响

3.5 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢