材料表界面教案

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1、1材料表界面材料表界面为什么要进行表面改性？表面能低化学惰性第1页/共42页改变表面组成改变表面组成及结晶形态及结晶形态增加表面能增加表面能清除杂质或清除杂质或弱的边界层弱的边界层目的目的为什么要进行表面改性？第2页/共42页高聚物表面改性的表征方法高聚物表面改性的表征方法表征表征表面性能表面性能接触角接触角表面张力表面张力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 高

2、聚物表面改性的主要方法高聚物表面改性的主要方法第4页/共42页7.1 电晕放电处理电晕放电处理第5页/共42页电极接触引燃接通电源热电子阳极原子电离二次电子正离子阴极4000K试样蒸发原子化炽热阳极斑VAELG220380V530AR第6页/共42页7.1 电晕放电处理电晕放电处理第7页/共42页7.1 电晕放电处理电晕放电处理优点优点缺点缺点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7.2 火焰处理和热处理火焰处理和热处理第9页/共42页7.2 火焰处理和热处理火焰处理和热处理第10页/共42页优点优点缺点缺点易导致基材变形，甚至烧坏产

3、品。聚烯烃7.2 火焰处理和热处理火焰处理和热处理成本低廉成本低廉第11页/共42页7.3 化学处理化学处理碱洗含氟聚合物钠氨、钠萘溶液酸洗聚烯烃重铬酸盐/硫酸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 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

4、 71.1 500s 34.2 15.7 49.9 72.2 1000s 35.4 15.1 50.5 71.8 7.3 化学处理化学处理第13页/共42页7.3 化学处理化学处理第14页/共42页7.3 化学处理化学处理第15页/共42页7.3 化学处理化学处理第16页/共42页7.3 化学处理化学处理第17页/共42页7.3 化学处理化学处理优点优点缺点缺点污染环境！设备投资少设备投资少工艺简单工艺简单第18页/共42页7.4 臭氧氧化臭氧氧化第19页/共42页7.4 臭氧氧化臭氧氧化第20页/共42页7.4 臭氧氧化臭氧氧化臭氧氧化前后聚丙烯表面性能的变化 性 能 未处理 臭 氧 处 理

5、 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 临界表面张力（10-3N/m） 剥 离 强 度 （N/m） 520 10001255 （进一步用溶剂处理） 第21页/共42页7.4 臭氧氧化臭氧氧化优点优点缺点缺点臭氧对人体有害！价格低廉价格低廉工艺简单工艺简单第22页/共42页7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理等离子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7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理电晕放电 高频电磁 振荡激光 射频或

6、微波高能辐射 氩、氦、氮、O2、CO2、NH3等离子体 第24页/共42页7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理第25页/共42页7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理热等离子体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、在常压下由电晕放电、臭氧发生器产生臭氧发生器产生 第26页/共42页低温等离子体中基本粒子的能量范围为： 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

7、） 7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理第27页/共42页7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理 HOROROOHRROOHHRROOROOORRRRRORRRROHORHROOOhvE2212122在氧气氛中,聚合物表面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7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理第29页/共42页7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理第30页/共42页7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理红外光谱检测红外光谱检测羰基羰基第31页/共42页7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理第32页/共42页7.5 低温

8、等离子体处理低温等离子体处理由于等离子处理引入极性基团结合到聚合物表面上，使聚合物的表面张力增大，接触角变小。第33页/共42页7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理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作用相互扩散增加表面刻蚀的锚合作用第34页/共42页7.5 低温等离子体处理低温等离子体处理 聚合物表面经冷等离子体改性后，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。l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7.6 表面接枝表面接枝第36页/共42页7.6 表面接枝表面接枝*MMMMMnM第37页/共42页7.6 表面接枝表面接枝AAAAABBBBBAAAAAB第38页/共42页7.6 表面接枝表面接枝A：PMMA；B：丙烯酸全氟代烷基酯第39页/共42页本章小结本章小结电晕电晕 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页更刺激，更清爽更刺激，更清爽生活像一杯水，有的时候需要加点冰生活像一杯水，有的时候需要加点冰课后作业：课后作业：6,76,7第41页/共42页感谢您的观看。第42页/共42页