PET薄膜等離子體處理對其親水性和粘接性能的影響

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-03-29

聚對苯二甲酸乙二醇酯（Polyethyleneterephthalate,PET）薄膜具有優(yōu)異的介電性能、耐腐蝕性和機械性能，是電氣電子、生物醫(yī)學領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的聚合物之一。然而PET薄膜的表面能較低，其親水性、粘附性和印刷性往往不能滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。為了滿足需求，通常需要對PET薄膜進行表面改性，在不改變其主要性能的前提下，增加其表面的親水官能團，從而提高其親水性和粘附性。

等離子體處理

等離子體是由離子、電子及中性粒子等高能物質(zhì)組成的混合物，使其在表面改性方面具有重要的應(yīng)用價值。等離子體按能量大小主要分為高溫等離子體和低溫等離子體，其中高溫等離子體一般能量較高，會破壞材料的本體性質(zhì)；而低溫等離子體相對能量適中，一般不會破壞材料的本體性質(zhì)，常被應(yīng)用于材料的表面改性。用等離子體處理PET薄膜表面，可以改變PET薄膜的表面形貌、表面化學組成及性質(zhì)等。

Ar等離子處理對PET薄膜表面性質(zhì)的影響

將預(yù)先準備好的PET薄膜樣品置于NE-PE05F等離子清洗機的中央，關(guān)閉反應(yīng)室及各路針閥，啟動真空泵抽本底真空至10PA以下；同時打開氣體流量控制閥，通入Ar氣，調(diào)節(jié)氣體流量使反應(yīng)室工作壓力為20Pa；啟動射頻電源進行輝光放電，處理功率設(shè)定為100W，對樣品分別處理15、30、60、90、120、180、240、300S；處理完畢后先關(guān)閉射頻電源，然后再依次關(guān)閉氣體流量控制閥、真空泵，反應(yīng)室通入空氣，打開反應(yīng)室上蓋，取出樣品進行性能分析。

表面的親水性
從圖１可以看出，未處理PET薄膜的接觸角為74.1°，經(jīng)Ar等離子體短時間（15）處理后接觸角減小為31.3°，可見，PET薄膜經(jīng)Ar等離子體短時間處理可以有效改善表面的親水性。在0-120S的處理時間內(nèi)，隨著處理時間的增加，接觸角呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢；而處理時間為120-300S時，接觸角的變化并不明顯，其值在22.0°-23.5°之間。這是因為Ar等離子體處理聚合物薄膜時，會同時發(fā)生活化、刻蝕和交聯(lián)的相互競爭效應(yīng)。處理時間較短時，薄膜表面主要發(fā)生活化和刻蝕作用；隨著處理時間的延長，薄膜表面活化、刻蝕和交聯(lián)之間會達到一種動態(tài)平衡，致使接觸角不會產(chǎn)生明顯的變化。

圖1 PET薄膜的接觸角與等離子處理時間的關(guān)系

FTIR分析
Ar為惰性非反應(yīng)性氣體，此類等離子體理論上是不參與表面反應(yīng)的，等離子體中的粒子不能鍵接到聚合物表面的大分子鏈上。但Ar等離子體處理聚合物薄膜時，等離子體中的電子、離子等高能粒子轟擊材料表面，使C-C、C-H鍵斷裂氧化產(chǎn)生自由基，表面產(chǎn)生的自由基與空氣中的氧和氮接觸后反應(yīng)形成了含氧及含氮基團，極性基團的引入改變了PET薄膜表面的親水性能。從圖2可以看出，位于1712cm^-1處的C=O及1244、1097、1018^-1cm處的C-O伸縮振動吸收峰明顯增強，這充分表明，Ar等離子體處理PET薄膜后，在薄膜表面引入了C=O、C-O等極性基團。同時在1506-1341cm^-1處的吸收峰強度增加，說明Ar等離子體處理后的PET薄膜表面有新的-CH形成。

圖２ Ar等離子體處理前后PET薄膜的 FTIR譜圖

表面形貌的變化
圖3為 Ar等離子體處理前后的AFM 三維立體圖，從圖3 可以看出，經(jīng)過Ar等離子體處理，PET薄膜的表面出現(xiàn)了圓錐狀或圓球狀凸起。PET薄膜經(jīng)Ar等離子體處理，薄膜表面受到了等離子體中電子、離子等活性粒子的轟擊，一方面使表面分子鏈上的C-C、C-H鍵斷裂，產(chǎn)生碎片離子或分子脫離薄膜表面而產(chǎn)生刻蝕。另一方面，被刻蝕濺射出來的物質(zhì)分解生成的氣態(tài)成分在等離子體中受到激勵后又會向表面逆擴散，這樣邊刻蝕邊重新聚合的結(jié)果使薄膜表面形成了圓錐狀或圓球狀凸起，表面粗糙度發(fā)生了變化。粗糙度的增加有助于薄膜表面的親水性和黏結(jié)強度的提高。