界面或表面性质是高分子材料研究的重要内容之一,高分子材料的界面或表面性能会直接影响它们的使用性能和物理力学性能。材料的表面性能常用表面自由能这个参数来表征,PET与胶粘剂之间的界面粘结强度在很大程度上受到PET表面自由能的影响。

固体材料表面一般情况下可以分为高能表面和低能表面两大类,其中高分子材料的表面能多数情况都低于0.1Jm-2,因而多数高分子材料属于低能表面固体材料。表面能的大小反应了材料表面的化学性能,表面能越大的材料其润湿性越好,表面能越小的材料其斥水性越好。

PET是一种高性能、低表面能的有机材料。PET由于其分子结构中缺少相应的—COOH和—OH等极性基团,表面能很低,其表面能明显低于涂料的表面能。因此,在PET与吸附层涂料粘合的时,不利于形成较好的界面,进而影响材料的界面性能。

PET的界面性能与其浸润性有关,这种浸润性可以由液体与固体之间的浸润现象解释,当固体与液体表面互相接触时,液体会附着在固体的表面或者渗透到固体的内部,附着和渗透可以通过分子间的作用力完成的,液体和固体相互接触时会在液体和固体表面形成一个附着层,这个附着层同时会受到固体和液体分子的吸引,当固体对附着层的吸引大于液体对附着层的吸引时,液面就会扩散成现浸润,而当固体对附着层的吸引小于液体对附着层的吸引时,则不会形成浸润。对于材料制备使用过程中,这种浸润现象起着非常重要的作用。依据浸润原理,只有当PET的表面能大于或者等同于液体表面的自由能时,才会发生浸润。而PET的表面浸润性又与其表面组成和形貌有着密切的关系,因此提高PET薄膜表面能,则可为提高粘结的界面性能奠定良好的基础。

PET薄膜等离子改性

本文主要对不同低温等离子改性条件下的PET薄膜在前边对两种溶剂的接触角变化进行表征的前提下(一种是极性水溶剂,另一种是非极性二碘甲烷溶剂),计算出不同改性条件下的表面能的极性分量和非极性分量,进而计算出每种改性条件下PET薄膜的表面能。

选择改性时间为20s,不同功率改性的PET膜进行表面能测量,其结果如图1-1所示,图1-1所示为改性功率对基材表面能的影响。

图1-1 低温等离子体改性功率对基材PET膜的表面能的影响

从图1-1可知,随着低温等离子体改性功率的不断增加,PET薄膜的表面能不断增加,究其原因,是由于等离子体改性刻蚀了PET薄膜的表面,导致其粗糙度变大和极性基团的引入,进而使材料的表面自由能增加,PET的表面的浸润性能得到提高,PET与吸墨层之间的粘结性更强。并且,改性时间一定的情况下,随着放电功率的变化,在改性功率在小于100W时,PET的表面能随着改性功率的增加而不断增加,在改性功率为100W时,表面能达到最大,这也是本实验条件下得到的最大表面能。当改性功率继续增加大于100W后,PET的表面能处于下降趋势,但是表面能仍大于未改性的PET的表面能。其原因为:当改性功率继续增减,PET薄膜表面的刻蚀程度也会伴随着改性功率的增加而增加,PET表面的结构则会受到一定程度的破坏,存在于PET内部的引发剂、未反应的剩余单体和助剂等一些小分子物质会汇聚于PET表面,使体系表面能降低。但是经过低温等离子体改性后的PET薄膜与未经改性的PET薄膜相比较,改性后的PET薄膜表面能仍大于未改性的PET薄膜表面能。

综上所述,经过等离子体改性后的PET具有较高的表面自由能,在与胶粘剂相互粘结时,其浸润性能可以得到提高,界面的粘结强度也可以得到改善。对基材PET薄膜的低温等离子体改性,其实质是对基材PET的表面极性改变,表面极性增加,表面能也会变大。