聚合物材料表面处理与新型共聚物研究

### 聚合物材料表面处理与新型共聚物研究 在工业生产中，聚合物材料的性能优化一直是研究的热点。本文将探讨两种不同类型的聚合物研究，一是通过空气等离子体处理改性聚（1 - 丁烯）薄膜表面性能，二是介绍用于个人护理应用弹性薄膜的新型苯乙烯嵌段共聚物。 #### 空气等离子体处理聚（1 - 丁烯）薄膜 ##### 1. 聚（1 - 丁烯）特性与问题 聚（1 - 丁烯）（PB - 1）是一种半结晶聚合物，具有明显的多晶型现象，其性能取决于热处理和机械处理方式。它有五种不同的结晶形态，如从熔体结晶时形成的四方晶系的 II 型，在室温下会逐渐转变为三方晶系的 I 型，这个转变过程会使密度、结晶度、硬度等物理机械性能发生重要变化。 PB - 1 和其他聚烯烃（如聚丙烯、聚乙烯）因具有良好的机械性能、化学稳定性、易加工性、低成本和易回收等优点，在许多工业领域有广泛应用。然而，它们属于非极性、疏水性材料，表面能低，附着力和润湿性差，在表面涂层、印刷或粘贴等应用中存在显著问题。 ##### 2. 空气等离子体处理方法 为改善 PB - 1 的表面性能，采用了低温脉冲直流放电空气等离子体处理。具体处理条件如下： - 处理设备：德国 DIENER 的 FEMTO 低温脉冲直流放电等离子体设备。 - 处理气体：空气。 - 处理参数：激发频率 40 kHz，发生器功率 100 W，处理气体流量 90 cm³/min，工作压力 40 Pa，等离子体处理时间 60 秒。 ##### 3. 实验测试方法 - **接触角测量**：使用 Surface Energy Evaluation System（See System）在室温下测量接触角，采用“ sessile drop ”技术，水滴体积为 4 μl，测量纯 PB - 1 以及等离子体处理后不同时间（2、10、20、50、120、240 分钟和 1、2、3 天）的接触角。 - **原子力显微镜（AFM）**：使用瑞士 Nanosurf 的 EasyScan2 设备，扫描速率为 1 线/秒，扫描面积为 5 x 5 μm，在纳米尺度上观察未处理和空气等离子体改性的 PB - 1 板的表面形态。 - **扫描电子显微镜（SEM）**：使用捷克 TESCAN 的 VEGA//LMU 扫描电子显微镜，工作电压为 5 kV，样品倾斜 30°以更好地观察。 ##### 4. 实验结果与分析 - **接触角变化**：未处理的 PB 0300M 片材接触角达到 104°，PB 8640M 样品为 86°。等离子体处理后 2 分钟，接触角分别降至 25°和 26°，这是由于等离子体处理在聚合物薄膜表面形成了亲水基团，如 - OH、C = O、COOH 和 COO - 等，使表面更亲水。但随着时间推移，接触角会逐渐增大，24 小时后 PB 0300M 升至 48°，PB 8640M 升至 42°，之后不再变化，这是由于聚合物表面能量降低的趋势以及极性官能团重排和低分子添加剂扩散等因素导致的疏水恢复现象。 - **表面形貌变化**：AFM 图像显示，PB 0300M 样品等离子体处理前后表面形貌基本保持不变，但表面粗糙度略有增加。SEM 分析表明，PB 0300M 样品等离子体处理后，原本光滑的表面形貌发生了显著变化，出现了结晶片层结构，表面粗糙度增加，这可能是由于等离子体蚀刻了较不稳定的非晶相。而 PB 8640M 样品处理前后表面形貌变化不明显，表明该共聚物比均聚物 PB 0300M 更耐等离子体蚀刻。 |样品|未处理接触角（°）|处理后 2 分钟接触角（°）|24 小时后接触角（°）| | ---- | ---- | ---- | ---- | |PB 0300M|104|25|48| |PB 8640M|86|26|42| mermaid 流程图如下： ```mermaid graph LR A[聚（1 - 丁烯）样品] --> B[空气等离子体处理] B --> C[接触角测量] B --> D[原子力显微镜观察] B --> E[扫描电子显微镜观察] C --> F[分析接触角变化] D --> G[分析表面形貌纳米尺度变化] E --> H[分析表面形貌宏观变化] ``` #### 新型苯乙烯嵌段共聚物用于个人护理弹性薄膜 ##### 1. 苯乙烯嵌段共聚物现状与需求 近年来，苯乙烯嵌段共聚物在个人护理和卫生应用的弹性薄膜生产中越来越受欢迎。然而，异