聚乙烯(PE)等离子表面处理改善亲水性提高粘接性能

聚乙烯(PE)是产量最大的塑料品种,约占塑料总产量的三分之一,因其性能优良、质轻、价廉而广泛应用于国民经济的各个领域。有时应用要求PE能与其它材料复合或混合,由于PE是非极性材料,表面能较低,表面呈现惰性和疏水性,一般情况下,PE是不易与其它材料相复合或相混合的,因而造成其印刷性、染色性、粘接性、抗静电性、新水性以及与其它极性聚合物和无机填料的相容性较差,从而限制了聚乙烯的进一步应用,这就需要对PE进行改性。聚乙烯等离子表面改性的目的有:(1)在PE上导入极性基团;(2)提高材料的表面能;(3)提高制品表面的粗糙度;(4)消除制品表面的弱界面层。
低温等离子表面处理技术
低温等离子体技术是60年代发展兴起的一门新的表面处理技术。该技术是一种干式工艺,它省去了湿法处理的烘干、处理废水等工序,设备投资及运行费用低、防护简便、具有操作简便、清洁、高效、安全、无污染等优点,能满足环境保护的要求;并且处理时间短,效率高,且等离子体表面处理的作用深度仅涉及距离表面几纳米到数百纳米范围内,使界面物性可以得到显著改善,而材料本体不受影响,尤其适用于薄膜、结构复杂件处理,这些优点使低温等离子体技术成为改善复合材料界面结合效果的一个重要手段。
低温等离子体是低气压放电产生的电离气体,它是物质存在的又一基本形态,由电子、离子、原子、分子或自由基等离子组成,并表现出集体行为的一种准中性气体。为使等离子体与塑料制品表面间的作用更有效、迅速,必须使等离子体中活性粒子的平均能量与塑料制品分子的键能范围大体一致。塑料制品中化学键能大部分在4.806×10-19～9.612×10-19J(3-6eV)[11],所以对塑料制品表面改性,等离子体中活性粒子平均能量的最佳值也应相同。低温等离子体中的活性粒子(主要是电子)具有的能量一般都接近或超过碳碳键或其它含碳键的键能,因此能与导入系统的气体或固体表面发生化学反应或物理的相互作用。若采用反应型的氧等离子体,可能与高分子表面发生化学反应,引入大量的含氧基团,改变其表面活性。即使采用非反应型Ar等离子体也可能通过表面交联和刻蚀作用引起的表面物理变化而明显地改善聚合物表面的接触角和表面能。
低温等离子体作用原理:在电场作用下,气体中的自由电子从电场获得能量,成为高能量电子,这些高能量电子与体气中的分子、原子碰撞,若电子的能量大于分子或原子的激发能,就会产生激发分子或激发原子、自由基、离子和具有不同能量的辐射线。由于等离子体中绝大部分粒子的能量均高于一般聚合物中化学键的键能,完全可以破坏高分子表面的旧健而形成新键,从而赋予材料表面新的特性。又因其温度仅为300～500K,接近室温,使得改性后PE本体力学性能损失不大。经不同等离子体处理的PE表面产生羟基、羰基、氨基等极性基团,同时在表面产生了蜂窝状凹坑结构。此法改变了PE表面的化学性质和物理形态。24806