交流和纳秒脉冲Ar/H2O介质阻挡放电聚丙烯材料表面亲水改性对比研究

摘要

为了提高等离子体对聚合物材料表面处理的应用效果,优化亲水处理的条件,研究了交流和纳秒脉冲氩气介质阻挡放电(DBD)中添加适量H2O,对聚丙烯(PP)亲水改性的处理效果.利用电学和光学诊断方法,系统地对比了交流DBD和纳秒脉冲DBD的放电特性,结果表明,纳秒电源驱动DBD具有更高的放电瞬时功率,更好的放电均匀性和更高的能量效率.通过测量不同水蒸气含量下DBD的OH发射光谱强度,确定了PP材料亲水性处理中H2O添加的最优含量.利用交流和纳秒脉冲电源驱动DBD分别对PP材料进行亲水改性的处理,测量了不同条件下改性处理后的表面水接触角,并利用原子力显微镜(AFM)和傅里叶红外光谱(FTIR)分别对处理前后PP材料的表面物理形貌和表面化学成分进行分析.结果发现,经DBD处理后PP材料的水接触角明显降低,表面粗糙度明显增大,表面的亲水性含氧基团,羟基(?OH)和羰基(C=O)的数量大幅增加.相比交流电源,纳秒脉冲DBD处理的改性效果更好,其处理后的材料表面水接触角,比交流DBD处理的低5°左右,表面粗糙度也有所提升.而水蒸气的加入可使PP材料的表面水接触角进一步减小4°左右,表面粗糙度明显提升.研究结果为优化DBD聚合物材料表面改性实验条件及处理的效果提供了重要的参考依据.