等离子体表面处理对PET薄膜的亲水性及表面结构的影响

随着高分子科学技术的发展以及生产生活中对产品轻量化的需求，各种薄膜产品已经广泛应用于社会生产生活中的各个领域。聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜是一种无色透明、有光泽的薄膜，具有良好的力学性能、光学性能、电气性能、热性能、耐化学药品性以及适中的生物兼容性等，广泛地应用于生产生活中的产品包装膜、农膜、地膜、分离膜等方面。但PET薄膜表面能和硬度低，耐磨性、吸湿性、粘结性、疏水性、阻隔性、抗静电性、可印性和可染性较差，降低了它的使用寿命并限制了其应用范围。为此，需要对PET薄膜表面进行改性，改善其表面性能，延长其使用寿命和拓宽其应用范围。等离子体对聚合物表面改性具有以下优点：（1）只对材料表面（从几到数百纳米）进行改性而不影响材料本身的性能；（2）表面改性层的性能依赖于所使用的改性气体和工艺，能获得表面均质的改性效果；（3）改善表面形貌，产生功能基团；（4）改性过程中不需要水和化学药剂，是一种环境友好性的改性方法。等离子体表面处理
等离子体是由离子、电子及中性粒子等高能物质组成的混合物，使其在表面改性方面具有重要的应用价值。等离子体按能量大小主要分为高温等离子体和低温等离子体，其中高温等离子体一般能量较高，会破坏材料的本体性质；而低温等离子体相对能量适中，一般不会破坏材料的本体性质，常被应用于材料的表面改性。用等离子体处理PET薄膜表面，可以改变PET薄膜的表面形貌、表面化学组成及性质等。
等离子体表面处理对PET薄膜表面的亲水性能的影响
从图1可以看出，未处理PET薄膜的接触角为74.1°，经等离子体短时间（15s）处理后接触角减小为31.3°，可见，PET薄膜经等离子体短时间处理可以有效改善表面的亲水性。在0-120s的处理时间内，随着处理时间的增加，接触角呈现逐渐减小的趋势；而处理时间为120s-300S时，接触角的变化并不明显，其值在22.0°~23.5°之间。这是因为等离子体处理聚合物薄膜时，会同时发生活化、刻蚀和交联的相互竞争效应。处理时间较短时，薄膜表面主要发生活化和刻蚀作用；随着处理时间的延长，薄膜表面活化、刻蚀和交联之间会达到一种动态平衡，致使接触角不会产生明显的变化。
图一 PET薄膜的接触角与等离子处理时间的关系等离子体处理对PET薄膜产生刻蚀作用，等离子体处理后的PET膜表面氧／碳、氮／碳含量比有所增加，PET膜表面极性基团如C—O／C—N、C=O、C=O—O等含量增加，PET膜表面亲水性有明显改善，表面自由能明显提高。
利用等离子体处理PET薄膜表面，结果表明，经过等离子体表面处理后，PET薄膜表面产生大量极性基团，亲水性明显提高，PET薄膜表面粗糙度增加，粘接性得到提高。24567