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PEEK作為醫學中常用的聚合物,盡管機械性能和生物相容性較好,但其潤濕性呈現非親水性的特性一直是需要解決的問題。PEEK材料表面光滑、表面的化學官能團主要是由C-C及C-H鍵和極少量C-O鍵構成,這些官能團親水性差,使得PEEK的未改性前潤濕性較差,不能滿足實際應用中親水的要求。

等離子體清洗機改性是對工作氣體施加高電壓后電離而產生的等離子體,將產生的等離子體作用在聚合物表面,使其表面性能改變的一種新興改性方法。近年來,等離子體表面改性作為一種環保的技術正在逐漸取代化學試劑改性。等離子體處理后不產生任何廢液,又可以在不改變聚合物表面性能的情況下,對其極薄的表層進行親水改性。等離子體是由帶正電荷和負電荷的離子、電子和通過外部能量源在激活過程中獲得的自由基組成的,通常可以增加聚合物的表面能,改善粘接性能。等離子體清洗允許在聚合物表面上引入伯胺和羧基等親水官能團,這兩種途徑增加了聚合物表面官能團的密度,從而使聚合物表面活性粒子增加,也增強了表面親水性。其機理主要有以下四點:引入含氧親水基團、刻蝕表面使其粗糙化、交聯抑制表面親水性恢復和沉積。

PEEK作為醫學中常用的聚合物,盡管機械性能和生物相容性較好,但其潤濕性呈現非親水性的特性一直是需要解決的問題。PEEK材料表面光滑、表面的化學官能團主要是由C-C及C-H鍵和極少量C-O鍵構成,這些官能團親水性差,使得PEEK的未改性前潤濕性較差,不能滿足實際應用中親水的要求。

等離子清洗機提高PEEK親水性

采用等離子清洗機對PEEK改性會使PEEK材料表面的接觸角降低50°以上,改性前后表面接觸角變化如圖1所示。等離子體中所包含著的豐富的活性粒子基團附著于PEEK表面,使材料表面的官能團組成發生變化,從而使PEEK的潤濕性呈現親水性。

圖1 PEEK等離子清洗機改性前后接觸角示意圖 

等離子清洗對PEEK表面化學成分的影響

本實驗采用X射線光電子能譜分析儀XPS分析PEEK經等離子清洗機改性處理后表面化學成分的變化。PEEK經過等離子清洗機改性處理前后的XPS圖譜如圖2所示。通過對比處理前后以及等離子清洗機處理后C、O元素峰值的變化,可以看到:沒有經過等離子清洗機改性前,PEEK表面的C元素峰值明顯高于O元素峰值。再與等離子清洗機改性后的PEEK表面C、O元素峰值對比發現:改性前的PEEK表面C元素峰值明顯高于其他改性后C元素峰值,而改性后的PEEK表面O元素有明顯上升。

圖2等離子清洗機處理前后PEEK表面的XPS圖譜 

通過對比等離子清洗機改性處理前后PEEK表面C、O元素的含量變化,結合上文中對PEEK表面接觸角地測量結果可以得出:等離子體清洗機對PEEK表面的改性的原理主要是在其表面引入了含氧元素的活性粒子,由于含氧元素活性粒子呈親水性,使PEEK表面也呈現親水性。