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納米多孔聚乙烯薄膜是一種通過(guò)物理或化學(xué)方法在聚乙烯(PE)基體中引入納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)的材料,其孔徑通常介于50-1000nm之間,具有高孔隙率和高比表面積。這類(lèi)薄膜不僅保留了聚烯烴材料化學(xué)穩(wěn)定性和柔韌性的優(yōu)異性能,還因其獨(dú)特的納米多孔結(jié)構(gòu)而展現(xiàn)出新的如高透氣性和選擇性吸附能力等功能特性。納米多孔聚烯烴薄膜對(duì)紅外光具有較高的透過(guò)率,同時(shí)由于孔徑尺寸可散射可見(jiàn)光,薄膜總體呈現(xiàn)可見(jiàn)光不透明的特性,這些特點(diǎn)使其在服用紡織品領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

納米多孔聚乙烯薄膜憑借其卓越的物理化學(xué)性能和多功能優(yōu)勢(shì),在多個(gè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。然而由于其表面能較低,表現(xiàn)出較強(qiáng)的疏水性,在一定程度上限制了其在特定場(chǎng)景中的應(yīng)用。通過(guò)表面改性技術(shù)可以擴(kuò)大納米多孔聚乙烯薄膜在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

等離子體處理技術(shù)

低溫等離子體處理技術(shù)通過(guò)電場(chǎng)激發(fā)氣體分子電離形成等離子體,利用其物理刻蝕和化學(xué)接枝對(duì)材料表面進(jìn)行改性。通過(guò)在材料表面引入功能基團(tuán)或改變其化學(xué)組成,精準(zhǔn)引入羧基、羥基或氨基等親水官能團(tuán),顯著提高薄膜的親水性和化學(xué)反應(yīng)活性。用低溫空氣等離子體處理技術(shù)對(duì)納米多孔聚烯烴薄膜薄膜進(jìn)行親水處理,可以在提高薄膜親水性的同時(shí)很好地保留薄膜的多孔結(jié)構(gòu),避免薄膜結(jié)構(gòu)特性的損失。

為在不破壞薄膜納米多孔結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)親水化處理,采用低溫等離子體技術(shù)對(duì)薄膜進(jìn)行改性,如圖1-1所示,是一種節(jié)能、無(wú)污染且干燥的表面改性工藝,可在聚合物表面引入大量親水性含氧官能團(tuán)的同時(shí)很好地保留薄膜的多孔結(jié)構(gòu)。

圖1-1 低溫等離子體處理nanoPE7薄膜表面親水機(jī)理

為了探究低溫等離子體(LTP)處理技術(shù)對(duì)納米多孔聚乙烯薄膜表面親水性的影響,設(shè)置了不同處理時(shí)間來(lái)探究其接觸角變化。如圖2-1所示,處理3min后nanoPE的接觸角顯著降低,其親水性大大增強(qiáng)。nanoPE由線性或支化的碳?xì)滏湗?gòu)成,分子鏈較為柔性,在等離子體處理過(guò)程中更容易發(fā)生斷裂或重組,從而形成更多的活性位點(diǎn)和極性基團(tuán)從而使表面的親水性得到顯著提高。

圖2--1 等離子處理前后納米多孔聚乙烯薄膜表面親水性的變化

圖3-1a展示了低溫等離子體(LTP)處理前后nanoPE7薄膜的紅外光譜圖。未處理的nanoPE7薄膜在2913cm^-1和2850cm^-1處分別表現(xiàn)出C-H鍵的不對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,反映了其碳?xì)涔羌芙Y(jié)構(gòu);1463cm^-1處的對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰進(jìn)一步證實(shí)了C-H鍵的存在,而720cm^-1處的C-H搖擺振動(dòng)峰則是聚乙烯長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的特征峰。經(jīng)過(guò)LTP處理后,光譜圖中在1714cm^-1處出現(xiàn)了一個(gè)新的吸收峰,對(duì)應(yīng)于親水性C=O基團(tuán),表明LTP技術(shù)成功將含氧官能團(tuán)引入nanoPE7表面,賦予其親水性。如圖3-1b所示,LTP處理后的薄膜表面粗糙度增加,利于親水性的提升,同時(shí)基本保留了原有的納米多孔結(jié)構(gòu),能夠有效存儲(chǔ)吸濕溶液,為水分子根據(jù)溫度變化蒸發(fā)和吸收提供便利。低溫等離子體技術(shù)處理后的薄膜不僅親水性極大提升,而且保留了nanoPE7薄膜的納米多孔結(jié)構(gòu),這有利于水分子根據(jù)溫度變化從MAnanoPE多孔結(jié)構(gòu)中蒸發(fā)和吸收,而不會(huì)產(chǎn)生影響。

圖3-1 LTPnanoPE與nanoPE7的ATR-FTIR光譜圖,(b).LTPnanoPE與nanoPE7的掃描電 鏡圖

如圖4-1a所示,低溫等離子體處理前,nanoPE7薄膜表現(xiàn)出疏水性,水接觸角為120.12°;處理后,水接觸角降至33.27°,親水性得到顯著提升。將nanoPE7薄膜與LTPnanoPE薄膜浸入去離子水中,如圖4-1b所示,未處理的nanoPE7因疏水性,水分子無(wú)法進(jìn)入孔隙,而經(jīng)過(guò)親水處理的LTPnanoPE薄膜則允許水分子通過(guò)毛細(xì)效應(yīng)進(jìn)入孔隙內(nèi)部,使薄膜呈現(xiàn)半透明狀態(tài)。

圖4-1 LTP處理前后的接觸角,(b).LTPnanoPE與nanoPE7浸泡水溶液的對(duì)比