材料表界面学习教案.pptx

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1、会计学1材料材料(cilio)表界面表界面第一页，共43页。为什么要进行(jnxng)表面改性？液相液相固相固相气相气相 接触角接触角润湿能力差润湿能力差难以难以(nny)(nny)粘合粘合是非极性高分子：是非极性高分子：存在弱的边界层：存在弱的边界层：表面能低化学(huxu)惰性它们的表面只能形成较弱的色散力，它们的表面只能形成较弱的色散力，而缺少取向力和诱导力而缺少取向力和诱导力来自聚合加工过程中带来的杂质，聚合物来自聚合加工过程中带来的杂质，聚合物本身的低分子成分、助剂，及储运过程中本身的低分子成分、助剂，及储运过程中的污染等的污染等第1页/共42页第二页，共43页。改变表面改变表面(b

2、iomin)组成组成及结晶形态及结晶形态增加增加(zngji)表面能表面能清除清除(qngch)杂质或杂质或弱的边界层弱的边界层目的目的提高表面的润湿性和粘结性提高表面的润湿性和粘结性为什么要进行表面改性？第2页/共42页第三页，共43页。高聚物表面改性的表征高聚物表面改性的表征(bio zhn)方法方法表征表征(bio zhn)表面性能表面性能接触角接触角表面张力表面张力(biominzhngl)表面形貌表面形貌电子显微镜电子显微镜表面组成表面组成XPSX射线光电子能谱射线光电子能谱改性效果改性效果使用性能评估使用性能评估第3页/共42页第四页，共43页。电晕电晕 表面接枝表面接枝 火焰处理

3、火焰处理热处理热处理 化学处理化学处理 等离子体等离子体臭氧氧化臭氧氧化 表面处理表面处理 高聚物表面高聚物表面(biomin)改性的主改性的主要方法要方法第4页/共42页第五页，共43页。7.1 电晕电晕(din yn)放电处理放电处理电晕原理：高能粒子与聚合物表面作用，产生自由基电晕原理：高能粒子与聚合物表面作用，产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成(xngchng)(xngchng)各种极性基团。各种极性基团。第5页/共42页第六页，共43页。7.1 电晕电晕(din yn)放电处理放电处理第7页/共42页第八页，共43页。7

4、.1 电晕放电电晕放电(fng din)处理处理优点优点(yudin)缺点缺点(qudin)简便易行处理效果好可连续生产易调控无污染 效果不稳定处理后最好立即印刷、复合、粘结第8页/共42页第九页，共43页。7.2 火焰火焰(huyn)处理和热处处理和热处理理火焰处理：火焰中处于火焰处理：火焰中处于(chy)(chy)激发态的激发态的O,NO,OH,O,NO,OH,NHNH等能从高聚物表面把氢抽等能从高聚物表面把氢抽取出来，随后按自由基机理进取出来，随后按自由基机理进行表面氧化。行表面氧化。热热 处处 理：将聚合物暴露理：将聚合物暴露(bol)(bol)在热空气中（在热空气中（500500）处

5、）处理。理。表面引入了：表面引入了：羟基羟基羰基羰基羧基羧基胺基胺基第9页/共42页第十页，共43页。7.2 火焰火焰(huyn)处理和热处理处理和热处理相同点相同点二者均通过在高聚物表面引入含氧基团进行二者均通过在高聚物表面引入含氧基团进行表面改性，氧化表面改性，氧化(ynghu)(ynghu)过程均按照自由过程均按照自由基机理进行。基机理进行。不同不同(b tn)(b tn)点点引入自由基的途径不同引入自由基的途径不同(b tn)(b tn)，火焰处理，火焰处理的自由基生成于火焰中，不受基体的影响；的自由基生成于火焰中，不受基体的影响；热处理的自由基来自于热活化后的高聚物，热处理的自由基来

6、自于热活化后的高聚物，产生速率慢，受基体以及抗氧化剂的影响，产生速率慢，受基体以及抗氧化剂的影响，自由基产生速率是整个过程的控制步骤。自由基产生速率是整个过程的控制步骤。第10页/共42页第十一页，共43页。优点优点(yudin)缺点缺点(qudin)易导致(dozh)基材变形，甚至烧坏产品。聚烯烃7.2 火焰处理和热处理火焰处理和热处理成成本本低低廉廉第11页/共42页第十二页，共43页。7.3 化学化学(huxu)处理处理碱洗含氟聚合物钠氨、钠萘溶液(rngy)酸洗聚烯烃重铬酸盐/硫酸(li sun)化学处理是使用化学试剂浸渍聚合物，使其表面发生化学的和物理的变化。第12页/共42页第十三

7、页，共43页。FEPFEP经钠经钠/萘溶液萘溶液(rngy)(rngy)处理处理 表面张力/(mN/m)粘附功 d p （10-7J/cm2)FEP（未处理）19.6 0.4 20.0 48.4 处理后 10S 35.4 5.3 40.7 68.0 20s 36.6 7.7 44.3 70.2 60s 33.8 13.4 47.2 69.8 90s 34.9 14.5 49.4 71.1 120s 34.4 15.9 50.3 71.1 500s 34.2 15.7 49.9 72.2 1000s 35.4 15.1 50.5 71.8 7.3 化学化学(huxu)处理处理第13页/共42页第

8、十四页，共43页。FEPFEP经经Na/NH3Na/NH3溶液溶液(rngy)(rngy)处理处理:7.3 化学化学(huxu)处理处理第14页/共42页第十五页，共43页。酸洗聚烯烃酸洗聚烯烃-聚烯烃的液态聚烯烃的液态(yti)(yti)氧氧化处理化处理7.3 化学化学(huxu)处理处理铬酸液：（重铬酸钾铬酸液：（重铬酸钾(zhn sun ji)/(zhn sun ji)/钠钠蒸馏水浓硫酸）蒸馏水浓硫酸）氧化液体系：氧化液体系：硫酸铵硫酸银溶液，双氧水，高锰酸钾硝酸，氯磺硫酸铵硫酸银溶液，双氧水，高锰酸钾硝酸，氯磺酸，王水等酸，王水等铬酸酸蚀聚烯烃后：铬酸酸蚀聚烯烃后：表面检测出羟基、羧基

9、和磺酸基等极性基团表面检测出羟基、羧基和磺酸基等极性基团第15页/共42页第十六页，共43页。7.3 化学化学(huxu)处理处理支链聚乙烯经铬酸溶液支链聚乙烯经铬酸溶液(rngy)(rngy)处理处理:第16页/共42页第十七页，共43页。酸洗聚烯烃的不足酸洗聚烯烃的不足(bz)(bz)：7.3 化学化学(huxu)处理处理大量大量(dling)(dling)酸废液产生，污染酸废液产生，污染环境。环境。第17页/共42页第十八页，共43页。7.3 化学化学(huxu)处理处理优点优点(yudin)缺点缺点(qudin)污染环境！设设备备投投资资少少工工艺艺简简单单第18页/共42页第十九页，

10、共43页。7.4 臭氧臭氧(chuyng)氧化氧化通过臭氧的强氧化通过臭氧的强氧化(ynghu)(ynghu)能力来处理聚合物的表能力来处理聚合物的表面。面。（1 1）叔碳原子上的）叔碳原子上的H H被臭氧被臭氧(chuyng)(chuyng)氧化，生成大分子自氧化，生成大分子自由基：由基：（2 2）大分子自由基与氧反应，生成过氧化自由基：大分子自由基与氧反应，生成过氧化自由基：第19页/共42页第二十页，共43页。7.4 臭氧臭氧(chuyng)氧化氧化（3 3）大分子自由基与）大分子自由基与OHOH反应反应(fnyng)(fnyng)，生成羟基或碳碳，生成羟基或碳碳双键：双键：（4 4）双

11、键被臭氧氧化）双键被臭氧氧化(ynghu)(ynghu)，生成羰基、羧基、醛基或酯，生成羰基、羧基、醛基或酯键等含氧极性基团：键等含氧极性基团：第20页/共42页第二十一页，共43页。7.4 臭氧臭氧(chuyng)氧化氧化臭氧氧化前后聚丙烯表面(biomin)性能的变化 性 能 未处理 臭 氧 处 理 后 ATR-IR 3400cm-1羟基峰 无 有 1710cm-1羰基峰 无 有 1648cm-1-CC-峰 无 有，臭氧浓度高时消失 与水接触角 （度）97 67 临界(ln ji)表面张力（10-3N/m）29.5 36.0 剥 离 强 度（N/m）20 36.7520 10001255（

12、进一步用溶剂处理）第21页/共42页第二十二页，共43页。7.4 臭氧臭氧(chuyng)氧化氧化优点优点(yudin)缺点缺点(qudin)臭氧对人体有害！价价格格低低廉廉工工艺艺简简单单第22页/共42页第二十三页，共43页。7.5 低温低温(dwn)等离子体处理等离子体处理等离子体(dnglzt)等离子体等离子体-被称为是物质被称为是物质(wzh)(wzh)的第四态，其实质的第四态，其实质是电离的气体。是电离的气体。集合体集合体电子原子分子自由基光子离子电中性电中性第23页/共42页第二十四页，共43页。7.5 低温等离子体低温等离子体(dnglzt)处处理理等离子体等离子体(dnglz

13、t)(dnglzt)的产的产生：生：电晕(din yn)放电 高频电磁 振荡激光 射频或 微波高能辐射 氩、氦、氮、O2、CO2、NH3等离子体 第24页/共42页第二十五页，共43页。7.5 低温低温(dwn)等离子体处理等离子体处理地球电离层外的整个宇宙中，绝大部分物质以天然等离子体态地球电离层外的整个宇宙中，绝大部分物质以天然等离子体态存在，如太阳和所有恒星存在，如太阳和所有恒星(hngxng)(hngxng)、星云都是等离子体。、星云都是等离子体。人造人造(rnzo)(rnzo)等离子体：霓虹灯、电弧。等离子体：霓虹灯、电弧。第25页/共42页第二十六页，共43页。7.5 低温低温(d

14、wn)等离子体处理等离子体处理等离子体等离子体(dnglzt)(dnglzt)的分类：的分类：热等离子体(dnglzt)冷等离子体混合等离子体由大气电弧、电火花、由大气电弧、电火花、火焰等产生火焰等产生 在减压下在减压下(1.33-1333Pa)(1.33-1333Pa)由辉光放电产生由辉光放电产生在常压下由电晕放电、臭氧在常压下由电晕放电、臭氧发生器产生发生器产生 第26页/共42页第二十七页，共43页。低温等离子体中基本粒子的能量范围(fnwi)为：电子020 eV 离子02 eV 亚稳态粒子 020 eV 紫外光/可见光340 eV一些化学键的键能为：（eV）C-H 4.3 C=0 8.

15、0 C-N 2.9 C-C 3.4 C-Cl 3.4 C=C 6.1 C-F 4.4 CC 8.47.5 低温等离子体低温等离子体(dnglzt)处处理理第27页/共42页第二十八页，共43页。7.5 低温低温(dwn)等离子体处理等离子体处理等离子体表面等离子体表面(biomin)(biomin)改性反应改性反应原理：原理：在氧气氛中,聚合物表面(biomin)等离子氧化反应是自由基连锁反应,可生成含氧基团,如羧基,羟基,羰基,过氧基等.第28页/共42页第二十九页，共43页。7.5 低温等离子体低温等离子体(dnglzt)处处理理等离子体等离子体(dnglzt)(dnglzt)处理的表面改

16、处理的表面改性效果：性效果：(1)(1)表面交联表面交联第29页/共42页第三十页，共43页。7.5 低温低温(dwn)等离子体处理等离子体处理等离子体处理的表面等离子体处理的表面(biomin)(biomin)改改性效果：性效果：(2)(2)极性基团的引入极性基团的引入第30页/共42页第三十一页，共43页。7.5 低温低温(dwn)等离子体处理等离子体处理等离子体等离子体(dnglzt)(dnglzt)处理的表面处理的表面改性效果：改性效果：(2)(2)极性基团的引入极性基团的引入红外光谱红外光谱(gungp)检测检测羰基羰基第31页/共42页第三十二页，共43页。7.5 低温低温(dwn

17、)等离子体处理等离子体处理等离子体处理的表面改性效果等离子体处理的表面改性效果(xiogu)(xiogu)：(2)(2)极性基团的引入极性基团的引入等离子体处理在聚合物表面引入各种官能团后，再通过有机化等离子体处理在聚合物表面引入各种官能团后，再通过有机化学学(yu j hu xu)(yu j hu xu)方法引入其它官能团方法引入其它官能团第32页/共42页第三十三页，共43页。7.5 低温等离子体低温等离子体(dnglzt)处理处理等离子体处理等离子体处理(chl)(chl)的表面改性的表面改性效果：效果：(3)(3)对润湿性能的影响对润湿性能的影响由于等离子处理引入极性基团结合到聚合物表

18、面上，使聚合物的表面张力(biominzhngl)增大，接触角变小。第33页/共42页第三十四页，共43页。7.5 低温低温(dwn)等离子体处理等离子体处理等离子体处理的表面等离子体处理的表面(biomin)(biomin)改改性效果：性效果：(4)(4)对粘结性的影响对粘结性的影响极性基团的产生润湿性的提高弱边界层的强化界面间的相互(xingh)作用相互(xingh)扩散增加表面刻蚀的锚合作用第34页/共42页第三十五页，共43页。7.5 低温等离子体低温等离子体(dnglzt)处理处理等离子体处理效果等离子体处理效果(xiogu)(xiogu)的退的退化效应：化效应：聚合物表面经冷等离子

19、体改性后，其处理效果会随时间的推迟而减弱。这一现象称为退化效应(xioyng)。对这种现象的解释，Vasuda认为等离子体改性聚合物表面时，将极性基团引入表面，而这些极性基团是连接在分子链上的，它随分子链的自由旋转从表面潜入本体，因此表现出表面润湿性随时间的推迟而减弱。第35页/共42页第三十六页，共43页。7.6 表面表面(biomin)接枝接枝表面表面(biomin)(biomin)接接枝聚合枝聚合大分子偶合大分子偶合(u h)(u h)反应反应添加接枝共聚物添加接枝共聚物表面接枝表面接枝-是在聚合物的表面生长出一层新的具有特殊性是在聚合物的表面生长出一层新的具有特殊性能的其他聚合物，从而

20、使表面层的结构和性能与本体不同。能的其他聚合物，从而使表面层的结构和性能与本体不同。第36页/共42页第三十七页，共43页。(1)(1)表面表面(biomin)(biomin)接枝聚合接枝聚合7.6 表面表面(biomin)接枝接枝表面表面(biomin)(biomin)接枝是通过紫外光、高能辐射、电子束、等离子体等技接枝是通过紫外光、高能辐射、电子束、等离子体等技术，在聚合物表面术，在聚合物表面(biomin)(biomin)产生活性中心，引发乙烯基单体在聚合物产生活性中心，引发乙烯基单体在聚合物表面表面(biomin)(biomin)接枝聚合，或利用聚合物表面接枝聚合，或利用聚合物表面(b

21、iomin)(biomin)的活性基团通的活性基团通过化学反应接枝。过化学反应接枝。第37页/共42页第三十八页，共43页。(2)(2)大分子偶合大分子偶合(u h)(u h)反反应应7.6 表面表面(biomin)接枝接枝偶合偶合(u h)(u h)接枝法是利用高聚物表面的官能团与接枝聚合物反应而接枝法是利用高聚物表面的官能团与接枝聚合物反应而实现聚合物的表面改性。实现聚合物的表面改性。第38页/共42页第三十九页，共43页。(3)(3)添加添加(tin ji)(tin ji)接枝共聚接枝共聚物物7.6 表面表面(biomin)接枝接枝A：PMMA；B：丙烯酸全氟代烷基(wn j)酯第39页/共42页第四十页，共43页。本章本章(bn zhn)小结小结电晕电晕 表面接枝表面接枝 火焰处理火焰处理热处理热处理 化学处理化学处理 等离子体等离子体 臭氧氧化臭氧氧化 表面处理表面处理 第40页/共42页第四十一页，共43页。更刺激，更清爽生活(shnghu)像一杯水，有的时候需要加点冰课后作业课后作业(zuy)(zuy)：6,76,7第41页/共42页第四十二页，共43页。感谢您的观看(gunkn)。第42页/共42页第四十三页，共43页。