空气介质阻挡放电对聚乙烯表面吸湿性的改性研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)核工业西南物理研究院 作者:王坤

  为了研究空气介质阻挡放电(DBD) 对聚乙烯表面吸湿性的影响及其机理, 在本文中利用空气DBD 对PE 表面进行改性研究。利用测量水接触角测试仪测量样品的水接触角, 应用红外光谱( FTIR-ATR) 、X 射线光电子谱( XPS) 对样品进行表面表征, 应用扫描电镜( SEM) 观测在处理前、处理后及处理中加吹风系统的聚乙烯样品表面上利用磁控溅射方法制备的铜膜。实验结果表明: 水接触角随处理时间的增加而减小; FTIR-ATR, XPS 结果表明处理过样品表面上引进了醛基、羧基等含氧基团亲水基团。SEM 结果表明: 经过处理的样品表面粗糙度增加, 表面吸湿性改善; 处理过程中加入吹风系统对聚乙烯表面粗糙度影响较大, 对改善表面吸湿性有较大作用。

  聚合物薄膜本身在包装、密封、医疗方面有着广泛应用, 但由于聚合物薄膜表面能低, 亲水性和附着强度较差, 在印染、打印、粘合力、涂覆能力等方面处于劣势。聚合物薄膜表面改性成为近年来的热门研究领域, 大致包括化学改性和物理改性。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为由于化学改性相对物理改性来说易造成环境污染, 高分子材料表面改性比较倾向于物理改性。物理改性主要是采用等离子体技术。S. Guruvenket 等利用微波电子回旋共振等离子体对聚苯乙烯和聚乙烯进行改性, 提高了吸湿性。Coen 等在高真空条件下对聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等聚合物进行表面改性, 等离子体处理在聚合物表面引起了形貌改变。S. Bhowmik 等利用直流辉光放电在不同的电极结构条件下对聚丙烯进行表面改性, 研究了放电对聚丙烯的吸湿性和物理化学性质的影响。

  介质阻挡放电( DBD) 被证明在聚合物表面研究领域非常有发展前途的应用技术。DBD 是有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电, 工作电压为几千伏, 工作频率为5~ 500 kHz。DBD 等离子体里的平均电子能量是0~ 10 eV , 与聚合物里的化学键能相近, 带电粒子能断开聚合物表面的化学键实现改性。DBD 放电结构简单, 没有复杂的电源要求, 不需昂贵的真空系统, 广泛用于改性聚酰亚胺、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚甲基戊烯等诸多聚合物。本文中利用空气DBD 对聚乙烯进行表面进行改性, 以期提高其表面的吸湿性并探讨其机理。

1、实验

  图1 为DBD 实验装置示意图。放电室由500mm × 500 mm × 500 mm 不锈钢制成; 正负电极均为直径45 mm 不锈钢: 上电极被厚为1 mm、直径60 mm 的石英玻璃绝缘板所覆盖; 下电极被聚乙烯所覆盖, 高度可在1~ 5 mm 之间上下调动。上电极接高压电源(频率在0~ 20 kHz, 有效电压在0~ 20 kV 之间连续可调) , 下电极接地。

空气介质阻挡放电对聚乙烯表面吸湿性的改性研究

图1 实验装置示意图

  样品来源于商用的聚乙烯薄膜, 厚度为100um, 将样品剪成55 mm × 55 mm 的正方形, 先将其浸在酒精里0.5 h, 再浸在丙酮里放在超声波仪器里振荡0.5 h, 最后用去离子水将其再清洗一次, 自然晾干或用电吹风吹干, 样品准备完毕。

  利用空气DBD 对样品进行改性处理: 放电电压为16 kV, 放电频率为4 kHz; 电极间隙为2 mm; 样品处理时间为1~ 120 s; 处理过程发生在大气压下的空气中, 通过电动吹风机可改变样品表面气流。利用水接触角检测仪( 型号: OCAH200 德国Dataphysics公司) 测量被处理样品的水接触角: 采用去离子水进行测量, 每次取2 ul, 每个样品测量5 次取其平均值作为最后测量值; 应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)( 型号: AVATAR 360FT-IR, 附件为: ATR) 、X 光电子能谱( XPS) ( 型号: Kratos Analyt ical Amicus) 进行相关测试; 应用磁控溅射仪在处理120 s 的聚乙烯薄膜表面镀铜膜(在大连理工大学三束材料改性实验室完成) , 再用扫描电子显微镜(SEM) ( 型号: JSM-5600LV) 观测铜膜表面。

  本文通过利用空气DBD 对聚乙烯表面进行处理, 研究了空气DBD 对聚乙烯表面吸湿性的影响及其机理。应用水接触角测量, FTIR-ATR, XPS, SEM来表征, 应用磁控溅射仪在未进行改性处理、应用空气DBD 处理120 s 及处理120 s 后加风吹的聚乙烯样品表面制备铜膜。实验结果表明: 水接触角随处理时间的增加而减小。FTIR-ATR, XPS 检测发现在处理过的样品表面引进了醛基、羧基等含氧基团, 解释了水接触角减小的原因。制备铜膜实验进一步验证了实验结果, 处理过程中加入吹风系统对改善聚乙烯表面吸湿性有较大作用。

  空气介质阻挡放电对聚乙烯表面吸湿性的改性研究为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/engineering/053367.html

  与 真空基础 介质阻挡放电 聚乙烯 相关的文章请阅读:

  真空基础http://www.chvacuum.com/engineering/