脉冲等离子体聚合改性聚丙烯薄膜表面的结构与亲水性能
脉冲等离子体技术是改性膜性能的重要手段之一，与常规的连续等离子体相比，等离子体仅在脉冲“通”的状态下发生，这期间单体被引发活化；在脉冲“断”的状态下，等离子体熄灭，单体在这段时间进行常规聚合。脉冲等离子体独特的聚合原理，加上其低有效处理功率，短的有效处理时间，低紫外辐射等因素，大大降低了等离子体对载体膜、单体和聚合物的刻蚀破坏作用，通过脉冲等离子体聚合可以得到与常规聚合物结构类似的等离子聚合物。
本文采用脉冲等离子体聚合技术，以疏水性聚丙烯(PP)薄膜为基材，分别选取马来酸酐(MAH)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)及醋酸乙烯酯(VAC)等离子体对聚丙烯膜进行改性处理。通过傅立叶红外(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、接触角等方法研究了等离子体处理的占空比、功率、时间、位置等因素对改性膜表面的化学结构、聚合量、微观形态及亲水性能的影响。
以MAH等离子体聚合改性PP膜时，主要研究了等离子高低功率处理下对改性膜表面结构、聚合量与亲水性的变化规律。FT-IR分析表明，由于MAH聚合物中的酸酐结构易于被破坏，随着等离子体处理功率以及占空比的变化，酸酐/羧酸结构的比例不断变化。有效功率相同时，相对与连续等离子体处理，脉冲处理下更好的保留了单体结构。由于等离子体聚合时沉积聚合与刻蚀的共同作用，低功率连续以及高功率处理时聚合量随处理功率升高而降低，而低功率脉冲处理时，随着处理功率的升高，聚合量先增大后减小，以占空比为350/150时为最佳条件。SEM的结果则表明：在等离子体聚合时，改性膜表面伴随着表面聚合和气相聚合；低功率时MAH以气相聚合为主，高功率时则以表面聚合为主。改性膜水接触角测试发现：随着处理功率的增大，改性膜亲水性减弱，结合改性膜水解前后的FT-IR分析，得出改性膜表面聚合物交联结构增多。另外，随着水解时间的延长，可以得到彻底水解的聚合物。
改用HEMA为处理单体时，其在等离子体作用时以双键聚合，在改性PP膜表面引入酯基及羟基等亲水性基团，改善了膜的亲水性。低功率时，无论是脉冲等离子体还是连续等离子体，聚合物特征峰强度和聚合量都随着功率的增加先增强然后减弱；而高功率时，聚合物表面等离子体破坏变强，尤其功率为40W，膜表面刻蚀严重，聚合物大量被剥离，红外特征峰减弱。从微观形貌看，低功率的脉冲等离子体和连续等离子体下，聚合物形态都不规整；而高功率下，聚合物定向生长态势越来越明显。有效功率相同时，随着改性膜位置距右电极距离的减小，聚合物形态先趋于规整而后模糊。经过等离子体处理后，改性膜表面水接触角均有显著的降低。随着处理功率的增加，膜表面水接触角逐渐变大，亲水性变弱。
选用VAC为处理单体时，在等离子体的作用之下VAC以双键聚合，在膜表面形成聚醋酸乙烯酯。通过醇解，改性膜表面的聚醋酸乙烯酯部分转化成了聚乙烯醇，使改性膜具有一定的亲水性。SEM照片说明：在等离子体的作用下，VAC在载体聚合物的表面进行聚合，形成薄膜状形态的聚合物；随着占空比τon/τoff的增加，膜表面的薄膜层骨架变得越来越不清晰；增大处理功率、延长处理时间改性膜表面形态的变化与此类似。
脉冲等离子体;聚合改性;聚丙烯薄膜;表面结构;亲水性能
南京工业大学
硕士
材料学
黄健
2007
中文
TQ325.14;TB383
88
2012-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）