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PC表面有機(jī)類耐磨膜層主要分為多官能團(tuán)丙烯酸酯類和有機(jī)硅類硬涂層,以及聚氨酯類軟涂層等。有機(jī)硅(Silicone)是兼有無機(jī)物和有機(jī)物的雙重特性的高分子化合物。與另外兩種耐磨涂層相比,交聯(lián)密度較大的Si-O-Si網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使有機(jī)硅涂層具有較高的硬度,克服了聚氨酯膜層硬度較低的缺點。而且,Si-O具有較高的鍵能和較大的極性,使有機(jī)硅涂層具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及良好的氧化穩(wěn)定性,也不存在多官能固化后易產(chǎn)生性能下降及變黃等問題,所以具有更好的耐磨性能和光學(xué)性能。此外,由于有機(jī)硅涂層與透明聚合物基底具有較好的力學(xué)匹配性,而且在紫外光輻照下不易發(fā)生自由基反應(yīng),具有良好的耐候性,常被用作PC表面增透和耐磨膜層。因此,使用Silicone可為構(gòu)筑PC表面高效穩(wěn)定一維光子晶體(1DPhC)防護(hù)膜層提供新的途徑。

PC表面等離子體預(yù)處理對有機(jī)硅成膜性的影響

等離子體處理是一種常用的PC表面改性手段,能夠使PC表面產(chǎn)生大量的活性基團(tuán),降低PC表面的疏水性。如圖1a所示,在未經(jīng)過等離子體處理的PC表面,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2wt%的有機(jī)硅溶膠雖然能夠形成連續(xù)的膜,但是卻出現(xiàn)一些團(tuán)聚現(xiàn)象,這是因為PC的表面能較低,疏水性較強(qiáng),且2%的Silicone溶膠粘度較低,因此在固化過程中形成了團(tuán)聚。如圖1b所示,PC表面在經(jīng)過等離子體處理后,2wt%的Silicone溶膠制備的Silicone膜層的表面團(tuán)聚的現(xiàn)象完全消失。這是可能因為等離子體處理能夠使PC表面產(chǎn)生大量的-OH等活性基團(tuán),能夠有效地降低PC表面的疏水性。

圖1 PC基底有無等離子體處理的有機(jī)硅膜層的表面形貌 

為進(jìn)一步探究等離子體對PC基底表面疏水性的影響硅,利用接觸角測量儀對PC表面親水性進(jìn)行表征。從圖2可看出,在功率為120W的條件下,PC表面經(jīng)過等離子體處理30s后,表面水接觸角從85.46°降低到38.43°,隨著功率增加至210W,PC表面水接觸角僅降低3.15°,表明等離子體處理能夠有效地提升PC表面的親水性,而且等離子體處理時間相同的條件下,等離子體處理功率增加,對PC表面親水性影響較小。

圖2 不同功率等離子體處理PC試樣的接觸角 

利用AFM表征考察等離子體處理功率對PC表面微觀形貌的影響,結(jié)果如圖3所示。從圖中可看出,在處理時間均為30s條件下,處理功率為120W的PC表面均方根粗糙度(Rq)從2.17nm降低至1.53nm,最大粗糙度(Rmax)從28.1nm降低至15.4nm。當(dāng)功率增加至150W時,表面均方根粗糙度從2.17nm增加至2.97nm,比PC初始值高0.8nm,且最大粗糙度從28.1nm增加至32.2nm。這是因為等離子體處理會對聚合物表面產(chǎn)生一定的物理侵蝕作用,降低PC表面粗糙度,然而當(dāng)聚合物表面被過度侵蝕時,PC試樣粗糙度將會增加。

圖3 不同功率等離子體處理PC試樣的表面形貌及粗糙度 

綜上所述,通過對PC表面進(jìn)行合適的等離子體處理,不但能夠有效提升PC表面的親水性,減少較低溶膠濃度有機(jī)硅Silicone膜層的團(tuán)聚問題,還能夠降低PC表面粗糙度,進(jìn)而降低Silicone膜層與PC基底之間的內(nèi)應(yīng)力。