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PET薄膜等離子體處理對其親水性和粘接性能的影響

文章出處:等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間:2023-03-29
聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate,PET)薄膜具有優(yōu)異的介電性能、耐腐蝕性和機(jī)械性能,是電氣電子、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的聚合物之一。然而PET薄膜的表面能較低,其親水性、粘附性和印刷性往往不能滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。為了滿足需求,通常需要對PET薄膜進(jìn)行表面改性,在不改變其主要性能的前提下,增加其表面的親水官能團(tuán),從而提高其親水性和粘附性。
等離子體處理設(shè)備
等離子體處理

等離子體是由離子、電子及中性粒子等高能物質(zhì)組成的混合物,使其在表面改性方面具有重要的應(yīng)用價值。等離子體按能量大小主要分為高溫等離子體和低溫等離子體,其中高溫等離子體一般能量較高,會破壞材料的本體性質(zhì);而低溫等離子體相對能量適中,一般不會破壞材料的本體性質(zhì),常被應(yīng)用于材料的表面改性。用等離子體處理PET薄膜表面,可以改變PET薄膜的表面形貌、表面化學(xué)組成及性質(zhì)等。

Ar等離子處理對PET薄膜表面性質(zhì)的影響

將預(yù)先準(zhǔn)備好的PET薄膜樣品置于NE-PE05F等離子清洗機(jī)的中央,關(guān)閉反應(yīng)室及各路針閥,啟動真空泵抽本底真空至10PA以下;同時打開氣體流量控制閥,通入Ar氣,調(diào)節(jié)氣體流量使反應(yīng)室工作壓力為20Pa;啟動射頻電源進(jìn)行輝光放電,處理功率設(shè)定為100W,對樣品分別處理15、30、60、90、120、180、240、300S;處理完畢后先關(guān)閉射頻電源,然后再依次關(guān)閉氣體流量控制閥、真空泵,反應(yīng)室通入空氣,打開反應(yīng)室上蓋,取出樣品進(jìn)行性能分析。

表面的親水性
從圖1可以看出,未處理PET薄膜的接觸角為74.1°,經(jīng)Ar等離子體短時間(15)處理后接觸角減小為31.3°,可見,PET薄膜經(jīng)Ar等離子體短時間處理可以有效改善表面的親水性。在0-120S的處理時間內(nèi),隨著處理時間的增加,接觸角呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢;而處理時間為120-300S時,接觸角的變化并不明顯,其值在22.0°-23.5°之間。這是因為Ar等離子體處理聚合物薄膜時,會同時發(fā)生活化、刻蝕和交聯(lián)的相互競爭效應(yīng)。處理時間較短時,薄膜表面主要發(fā)生活化和刻蝕作用;隨著處理時間的延長,薄膜表面活化、刻蝕和交聯(lián)之間會達(dá)到一種動態(tài)平衡,致使接觸角不會產(chǎn)生明顯的變化。
PET薄膜的接觸角與等離子處理時間的關(guān)系
圖1 PET薄膜的接觸角與等離子處理時間的關(guān)系
FTIR分析
Ar為惰性非反應(yīng)性氣體,此類等離子體理論上是不參與表面反應(yīng)的,等離子體中的粒子不能鍵接到聚合物表面的大分子鏈上。但Ar等離子體處理聚合物薄膜時,等離子體中的電子、離子等高能粒子轟擊材料表面,使C-C、C-H鍵斷裂氧化產(chǎn)生自由基,表面產(chǎn)生的自由基與空氣中的氧和氮接觸后反應(yīng)形成了含氧及含氮基團(tuán),極性基團(tuán)的引入改變了PET薄膜表面的親水性能。從圖2可以看出,位于1712cm-1處的C=O及1244、1097、1018-1cm處的C-O伸縮振動吸收峰明顯增強(qiáng),這充分表明,Ar等離子體處理PET薄膜后,在薄膜表面引入了C=O、C-O等極性基團(tuán)。同時在1506-1341cm-1處的吸收峰強(qiáng)度增加,說明Ar等離子體處理后的PET薄膜表面有新的-CH形成。
圖2 Ar等離子體處理前后PET薄膜的 FTIR譜圖
圖2 Ar等離子體處理前后PET薄膜的 FTIR譜圖
表面形貌的變化
圖3為 Ar等離子體處理前后的AFM 三維立體 圖,從圖3 可以看出, 經(jīng)過Ar等離子體處理,PET薄膜的表面出現(xiàn)了圓錐 狀或圓球狀凸起。PET薄膜經(jīng)Ar等離子體處理,薄膜表面受到了等離子體中電子、離子等活性粒子的轟擊,一方面使表面分子鏈上的C-C、C-H鍵斷裂,產(chǎn)生碎片離子或分子脫離薄膜表面而產(chǎn)生刻蝕。另一方面,被刻蝕濺射出來的物質(zhì)分解生成的氣態(tài)成分在等離子體中受到激勵后又會向表面逆擴(kuò)散,這樣邊刻蝕邊重新聚合的結(jié)果使薄膜表面形成了圓錐狀或圓球狀凸起,表面粗糙度發(fā)生了變化。粗糙度的增加有助于薄膜表面的親水性和黏結(jié)強(qiáng)度的提高。
PET薄膜等離子處理的AFM三維立體圖
圖3 PET薄膜等離子處理的AFM三維立體圖 

 
利用輝光放電等離子體處理PET薄膜表面,結(jié)果表明,經(jīng)過等離子體處理后,PET薄膜表面產(chǎn)生大量極性基團(tuán),親水性明顯提高,PET薄膜表面粗糙度增加,粘接性得到提高。
 

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