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PET薄膜等离子表面处理原理

Sep. 25, 2023

PET(Polyethylene terephthalate)是由对苯二甲酸和乙二醇经过酯化、缩聚而制得的一种高分子聚合物,其结构如图 1-1 所示:

PET薄膜等离子表面处理原理

图 1-1 PET 分子结构

PET薄膜属于晶态,其无色透明、富有光泽性,分子结构工整,具有耐化学试剂、耐热、耐冲击性、耐压、耐蠕变性及尺寸稳定性,同时具有良好的光学性能以及对CO2、O2、H2O等气体具有阻渗透的性能。正是由于其具有良好的综合性能,PET被广泛用于工程塑料、包装、涂料、纤维四个领域。

尽管PET膜得到广泛地应用,但是也存在一些缺点。PET分子链略显刚性,分子链上可供与其它复合基材相互作用的性基团较少,PET薄膜的表面分子由于受到拉伸力场的作用排列十分紧密,这就决定了PET的表面能低(36mN.m-1)。从界面粘结理论来看,PET薄膜表面能较低、浸润性差,表面粘附力小,很难与其他基材进行良好的复合。为此,需要对PET薄膜表面进行改性,改善其表面性能,延长其使用寿命和拓宽其应用范围。

PET薄膜等离子表面处理原理

等离子体是一种相对较新的表面处理技术,始于二十世纪六十年代。等离子体具有高电荷的粒子(电子,离子和中性原子)以激发,电离或破坏反应物分子,从而产生一系列蚀刻,聚合,交联以及其他复杂的物理化学作用。等离子体处理深度只有非常薄的表面层,通常为几纳米到几百纳米,却能够显著改变界面特性,而不会对基材产生太大影响,因此被广泛用于改性聚合物的表面性能。

低温等离子体内部富含有电子、离子、自由基和激发态分子,其中高速运动的电子与反应腔中的气体分子、原子发生碰撞,将能量传递给这些分子和原子,当能量足够大时,可激发产生新的离子、电子、亚稳态粒子或生成自由基产生各种不同活性物种,与材料表面发生反应或者材料表面打开的官能团本身相互反应,从而影响材料表面性能。

用等离子体处理PET薄膜表面,可以改变PET薄膜的表面形貌、表面化学组成及性质等。

一方面,被刻蚀溅射出来的物质分解生成的气态成分在等离子体中受到激励后会向表面逆扩散,这样边刻蚀边重新聚合的结果使薄膜表面形成了圆锥状或圆球状凸起,使PET薄膜表面的粗糙度发生变化。粗糙度的增加有助于薄膜表面的亲水性和黏结强度的提高。

另一方面等离子体处理后的PET膜表面氧/碳、氮/碳含量比有所增加,PET膜表面极性基团如C—O/C—N、C=O、C=O—O等含量增加,在界面的垂直方向上增强了偶极-偶极之间的相互作用,这是提高PET膜润湿性的主要原因。

等离子体表面处理PET薄膜表面,结果表明,经过等离子体处理后,PET薄膜表面产生大量极性基团,亲水性明显提高,PET薄膜表面粗糙度增加,粘接性得到提高。

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