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界面或表面性質是高分子材料研究的重要內容之一,高分子材料的界面或表面性能會直接影響它們的使用性能和物理力學性能。材料的表面性能常用表面自由能這個參數來表征,PET與膠粘劑之間的界面粘結強度在很大程度上受到PET表面自由能的影響。

固體材料表面一般情況下可以分為高能表面和低能表面兩大類,其中高分子材料的表面能多數情況都低于0.1Jm-2,因而多數高分子材料屬于低能表面固體材料。表面能的大小反應了材料表面的化學性能,表面能越大的材料其潤濕性越好,表面能越小的材料其斥水性越好。

PET是一種高性能、低表面能的有機材料。PET由于其分子結構中缺少相應的—COOH和—OH等極性基團,表面能很低,其表面能明顯低于涂料的表面能。因此,在PET與吸附層涂料粘合的時,不利于形成較好的界面,進而影響材料的界面性能。

PET的界面性能與其浸潤性有關,這種浸潤性可以由液體與固體之間的浸潤現象解釋,當固體與液體表面互相接觸時,液體會附著在固體的表面或者滲透到固體的內部,附著和滲透可以通過分子間的作用力完成的,液體和固體相互接觸時會在液體和固體表面形成一個附著層,這個附著層同時會受到固體和液體分子的吸引,當固體對附著層的吸引大于液體對附著層的吸引時,液面就會擴散成現浸潤,而當固體對附著層的吸引小于液體對附著層的吸引時,則不會形成浸潤。對于材料制備使用過程中,這種浸潤現象起著非常重要的作用。依據浸潤原理,只有當PET的表面能大于或者等同于液體表面的自由能時,才會發生浸潤。而PET的表面浸潤性又與其表面組成和形貌有著密切的關系,因此提高PET薄膜表面能,則可為提高粘結的界面性能奠定良好的基礎。

PET薄膜等離子改性

本文主要對不同低溫等離子改性條件下的PET薄膜在前邊對兩種溶劑的接觸角變化進行表征的前提下(一種是極性水溶劑,另一種是非極性二碘甲烷溶劑),計算出不同改性條件下的表面能的極性分量和非極性分量,進而計算出每種改性條件下PET薄膜的表面能。

選擇改性時間為20s,不同功率改性的PET膜進行表面能測量,其結果如圖1-1所示,圖1-1所示為改性功率對基材表面能的影響。

圖1-1 低溫等離子體改性功率對基材PET膜的表面能的影響

從圖1-1可知,隨著低溫等離子體改性功率的不斷增加,PET薄膜的表面能不斷增加,究其原因,是由于等離子體改性刻蝕了PET薄膜的表面,導致其粗糙度變大和極性基團的引入,進而使材料的表面自由能增加,PET的表面的浸潤性能得到提高,PET與吸墨層之間的粘結性更強。并且,改性時間一定的情況下,隨著放電功率的變化,在改性功率在小于100W時,PET的表面能隨著改性功率的增加而不斷增加,在改性功率為100W時,表面能達到最大,這也是本實驗條件下得到的最大表面能。當改性功率繼續增加大于100W后,PET的表面能處于下降趨勢,但是表面能仍大于未改性的PET的表面能。其原因為:當改性功率繼續增減,PET薄膜表面的刻蝕程度也會伴隨著改性功率的增加而增加,PET表面的結構則會受到一定程度的破壞,存在于PET內部的引發劑、未反應的剩余單體和助劑等一些小分子物質會匯聚于PET表面,使體系表面能降低。但是經過低溫等離子體改性后的PET薄膜與未經改性的PET薄膜相比較,改性后的PET薄膜表面能仍大于未改性的PET薄膜表面能。

綜上所述,經過等離子體改性后的PET具有較高的表面自由能,在與膠粘劑相互粘結時,其浸潤性能可以得到提高,界面的粘結強度也可以得到改善。對基材PET薄膜的低溫等離子體改性,其實質是對基材PET的表面極性改變,表面極性增加,表面能也會變大。