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在对聚合物膜材料表面改性的诸多方法中,低温等离子体以其独特的机理和优势受到广泛关注。低温等离子体的作用深度仅涉及材料的浅表面,在保持基材的本体结构和性能的同时赋予材料表面新的性能,同时其具有环保节能的特点。脉冲等离子体作为低温等离子体中的一种,具有低的有效处理功率,低辐射的特点,进一步降低了对载体膜以及聚合沉积膜的刻蚀作用。 本文主要采用低温等离子体技术对聚乙烯薄膜进行亲水改性,分别选用过氧化氢(H2O2)、环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)为单体。通过傅里叶红外(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、接触角等方法研究了等离子体处理功率、处理时间、脉冲占空比(τon/τoff)等参数对改性膜的聚合量、聚合物化学结构以及亲水性及其时效性的影响。最后研究了铬酸氧化法改性聚乙烯薄膜表面亲水性以及后续与聚乙二醇的酯化反应对改性膜的亲水性的影响。主要包括以下几个部分: 1.首先研究了H2O2等离子体处理功率、处理时间、气氛压强等参数对聚乙烯改性膜的亲水性的影响。接触角数据分析表明H2O2等离子体最佳处理条件为时间5min、功率10W、压强15Pa,改性膜水接触角低至42.4°。通过比较不同基材、气氛、以及储存环境对亲水时效性的影响,发现当基材为聚乙烯,处理气氛为Ar,保存在水中的亲水性最好,且随着时间的延长水接触角变化较缓。 2.其次研究了EO等离子体不同处理工艺对聚乙烯改性膜的化学结构以及亲水性能的影响,并对其时效性进行了研究。FT-IR结果表明,EO单体可进行等离子体聚合,且聚合产物中含有环氧基团。随着功率以及压强的增大,改性膜接触角先降低后升高,随时间的延长,接触角持续降低。FT-IR表明EO改性膜与乙二胺反应后的改性膜表面含有氨基。接触角数据表明经过乙二胺反应后的改性膜的亲水持久性得到提高。 3.以PO为单体,研究等离子体聚合时间以及脉冲占空比对改性膜的化学结构,形态结构,亲水性的影响。FT-IR结果表明调节脉冲占空比,可改变PO等离子体聚合物的化学结构以及聚合量,当脉冲占空比较低时酯基峰明显强于羧基峰,随着脉冲占空比的增大(τon的增加)羧基峰逐渐变强,当脉冲占空比为500/0时羧基峰明显强于酯基峰。固定等离子体脉冲占空比为200/300时,延长等离子体处理时间主要作用为提高聚合物的产量,对聚合产物的化学结构影响较低。SEM结果表明PO等离子体在低脉冲占空比下,聚合物为薄膜状,聚合方式为表面聚合。在高脉冲占空比下,容易得到固体小颗粒,聚合方式为气相聚合。FT-IR结果表明PO等离子体改性膜与乙二胺反应后的改性膜表面含有氨基,接触角数据表明与乙二胺反应后的改性膜经70℃加热5h接触角由80°升至86°,亲水持久性得到提高。 4.通过铬酸氧化使聚乙烯薄膜表面形成极性基团。FT-IR结果表明改性膜表面含有羧基,失重率以及接触角数据表明,在70℃下铬酸氧化的最佳时间为10min,改性膜接触角低至52.8°。铬酸氧化膜后续与聚乙二醇反应,FT-IR表明改性膜表面含有醚键,接触角数据表明放置于空气中的改性膜接触角随放置时间的延长而升高,PEG分子量越大改性膜接触角变化越缓。放置于水中的改性膜接触角随放置时间的延长持续降低后趋于稳定。