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                    PMMA等離子處理提高親水粘接性原理

                    Mar. 29, 2024

                    PMMA是具有高透明度的常用高分子材料,全稱(chēng)為聚甲基丙烯酸甲酯,俗稱(chēng)有機玻璃,是由甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合而成的高分子化合物,具有化學(xué)性能穩定、透光性好、機械強度高、易于加工、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn),廣泛應用于光學(xué)器件、生物醫學(xué)及建筑等領(lǐng)域。

                    由于這種材料是疏水的,為了提高PMMA的附著(zhù)力,可以采用低溫等離子體表面處理技術(shù)提高PMMA表面的附著(zhù)力。

                    等離子體是由各種離子、電子、自由基及原子等組的而成的復雜混合體。低溫等離子體是指在等離子體放電過(guò)程中,重粒子溫度比電子低的多,引起溫度不平衡,從而整個(gè)等離子體系的溫度低,也稱(chēng)之為不平衡等離子體。

                    采用低溫等離子體對PMMA材料表面改性有以下優(yōu)點(diǎn):

                    第一是溫度低,符合PMMA材料溫度敏感特性的需要;

                    第二是只涉及表面納米級的改性,對材料表面破壞性??;

                    第三是表面改性均勻;

                    由于PMMA襯底對溫度敏感,故改性時(shí)溫度不能太高,而低溫等離子體對材料改性特點(diǎn)符合這一要求,因此可以采用低溫等離子體處理PMMA襯底來(lái)提高附著(zhù)力。

                    PMMA等離子處理提高親水粘接性原理

                    用氧等離子體對PMMA表面進(jìn)行轟擊處理的同時(shí),部分極性基團以及色散基團產(chǎn)生在PMMA的表面上,使得PMMA表面能增加。氧等離子體對極性基團的影響更大,氧等離子體處理后添加的極性基團的量遠大于色散基團的數量。極性基團包括羥基(-OH)和羰基(C=O)以及含量占比最多的碳酸酯基(RO-CO-OH)。羥基可以起到提高粘合強度的作用,因為當兩種材料進(jìn)行表面接觸操作,并粘合在一起時(shí),兩個(gè)物體接觸部分的表面上的羥基之間發(fā)生反應形成-O-共價(jià)鍵,并生成H2O,可以大大提高兩個(gè)物體表面的粘合強度。

                    PMMA等離子處理前后水滴角對比

                    材料的表面性質(zhì)與表面能有關(guān),表面能不能實(shí)現直接測量。當水滴滴在聚合物表面時(shí),在液體-固體-氣體三相交界處的夾角為接觸角,且材料的親水性越好則接觸角越小。表面能的測量可以根據表面能和接觸角之間的關(guān)系改變?yōu)閷佑|角的測量,聚合物材料表面的水接觸角與表面能之間存在負相關(guān)關(guān)系,即接觸角越小,表面能越大。所以,具有較高親水性程度的PMMA材料總是具有較高的粘合強度。

                    經(jīng)過(guò)等離子處理后的PMMA水接觸角的減小表明,其表面發(fā)生了氧化,親水性增加如圖1.1(a)(b)所示

                    PMMA等離子處理前后水滴角對比

                    圖1.1 PMMA等離子處理前后水滴角對比(a)處理前(b)處理后

                    在氧等離子體處理過(guò)程中,PMMA表面會(huì )產(chǎn)生自由基,這些自由基可以與大氣中的氧反應生成C-N、C-O和O=C-O等親水官能團,這些含氮、含氧官能團與水分子中的游離H形成弱氫鍵,是表面親水性增加的主要原因。


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