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浅析有机高分子材料与表面处理技术

时间:2018-10-31 来源:教育教学论坛 作者:卢静琼 本文字数:3530字

  摘要:有机高分子材料是目前运用最为广泛的材料之一, 由于其种类多样, 针对不同种类的有机高分子材料表面处理需要不一样的表面处理技术。对此, 本文介绍了有机高分子材料的概念及其结构特征, 并阐述了其分类, 最后针对不同的有机高分子材料列出了几种不同的表面处理技术。

  关键词:有机高分子材料; 表面处理; 技术;

  Abstract:Organic polymer material is one of the most widely used materials.Because of their diversity, Surface treatment of different kinds of organic polymer materials requires different surface treatment techniques.To this, This paper introduces the concept and structure of organic polymer materials.And the classification, Finally, several different surface treatment technologies are listed for different organic polymer materials.

  Keyword:organic polymer materials; surface treatment; technology;

  目前有机高分子材料表面处理技术已经有长足的发展, 针对不同有机高分子材料的表面处理都有相应的表面处理方法。对此, 本文提出了以下几点内容。
 

高分子材料

 

  一、有机高分子材料概念及其结构特征

  高分子材料是由一种或多种结构单元多次重复链接起来的化合物, 通常情况下, 高分子材料都是由碳、氢、氧、氮等元素组成, 虽然组成元素相对较少, 但相对分子量较大, 这也是高分子材料的由来。在人们的生活中, 聚氯乙烯是一种较为常见的有机高分子材料, 其结构单元为 (CH2=CHCl) , 是由两种结构单元-NH (CH2) 6-NH-和-CO- (CH2) 4CO-多次重复链接组成。而这种特殊结构也造就了高分子材料特殊的性质。例如, 高分子主链有一定的内旋自由度, 因此它可以弯曲, 从而使得分子链具有一定的柔韧性, 同时高分子结构单元间的作用力和分子链的交联结构可以直接影响高分子材料的聚集态结构, 而这也是决定有机高分子材料主要性能的主要因素。一般来说, 有机高分子化合物固态、液态、气态的变化并不明显, 而在通常情况下, 有机高分子材料都是以固态出现在人们的生活当中。固态高分子化合物主要有三种存在形式, 即:玻璃态、橡胶态、纤维态。固态高分子化合物一般都是具有一定的硬度和刚性的物体, 由于部分固体高分子化合物比较透明, 故称玻璃态;而橡胶态主要是由于有机高分子材料的高分子链出于自然无规则和卷曲状态, 如果受到应力影响可以被拉伸, 而除去应力又可以恢复为卷曲状态, 从而表现出弹性性质, 故称橡胶态;而处于纤维态的有机高分子材料通常都是构成长度比直径大很多倍的纤细材料。而由于有机高分子材料的这些结构特征, 因此造就了有机高分子材料的特殊性能。比如, 机械强度大、弹性较好、可塑性较强、硬度刚度较大、具有绝缘性、气密性良好等。由于有机高分子材料具有以上等多方面的优质性能, 也使得有机高分子材料具有非常广泛的用途。

  二、有机高分子材料的分类

  随着化工行业的发展, 我国许多领域对有机高分子材料的需求也越来越高, 为了明确不同种类有机高分子材料的性质, 人们对有机高分子材料进行了科学的分类。首先, 根据有机高分子材料的来源分类可以将其分为三种类型, 一是天然高分子化合物、二是合成高分子化合物、三是半合成高分子化合物;其次, 按照合成反应特点分类可以将有机高分子材料分为聚合物、缩合物、一级开环聚合物等;最后根据理化性质和用途可以有机高分子材料分为塑料、橡胶、纤维等。

  三、不同有机高分子材料的表面处理技术

  (一) 难粘高分子材料的表面处理技术

  1.化学试剂处理法。化学试剂处理法是以往对难粘高分子材料进行表面预处理的常用方法, 在这里值得注意的是化学试剂处理法只是难粘高分子材料化学处理方法的一个总称, 具体来说该方法还可以分为硫酸法、过硫酸法、自磷法、高锰酸钾法等。对于化学试剂处理法来说, 它主要是用于将难粘高分子材料表面进行氧化以及导入羧基、乙炔基、羟基等基团。其主要目的是为了破坏难粘高分子材料的薄弱界面层从而增加难粘高分子材料表面的粗糙度, 从而改善其粘附性。而对于化学试剂处理法来说, 影响其处理效果的因素主要分为四个方面:一是化学试剂的配方、二是表面处理的时间、三是进行处理时的温度、四是被处理材料的种类。总的来说, 运用该法对难粘高分子材料进行处理能够得到较好的处理结果, 同时还具有不需要使用特殊设备的优点。但由于该法在处理过程中容易导致制品着色、处理时间较长, 以及污染严重等缺陷在目前的难粘高分子材料处理过程中已经逐渐被人们所遗弃。

  2.气体热氧化法。通常情况下, 难粘高分子材料可以通过空气、氧气、臭氧地等气体进行氧化, 从而改善其粘附性。一般来说, 在实际的气体氧化处理中, 人们都会选择臭氧对难粘高分子材料进行表面氧化处理。其主要原因在于利用臭氧对难粘高分子材料进行表面处理不会受到抗氧剂的影响, 从而有利于提高氧化效果。但在实际中热空气氧化和气体氮化也是常用的氧化方法。对于热空气氧化法来说, 它可以利用在热空气中添加某些促进剂提高其剥离强, 从而加快反应速度, 提高氧化效果。而气体氮化则是一种较为简单的施工工艺, 具有污染较低、处理效果较好等优点, 因此受到了广泛的应用。而由于该方法需要一些大型的设备, 因此也受到了一定的限制。

  3.火焰处理法。火焰处理法是一种对难粘高分子材料进行处理的较为直接的方法, 它是利用一定配比的混合气体在特殊的灯头上燃烧, 并将火焰与难粘高分子材料进行直接接触的一种处理方法。利用该方法, 可以有效地将含氧基团和不饱和双键导入到难粘高分子材料的表面, 从而消除薄弱界面层。由于其直接利用火焰与难粘高分子材料表面进行接触, 因此其处理效果较为明显。同时由于利用该法对设备的要求较低、需要的成本较低, 使得该法在目前比较流行。[1]但由于该法是直接利用火焰与难粘高分子材料进行接触, 因此需要严格控制处理过程, 避免温度过高导致材料变形或者是烧坏材料。

  4.电晕处理法。电晕处理法是将高频高压电流施加在放电电极上, 以此产生大量的等离子体和臭氧, 并与难粘高分子材料表面进行直接或间接作用, 从而在难粘高分子材料表面导入含氧基团和不饱和双键, 使得难粘高分子材料表面的张力得到提高, 并粗糙其表面, 在经过去油污、去水汽等处理使得难粘高分子材料的粘附性明显提高, 从而达到表面处理目的。通常情况下, 利用该法对难粘高分子材料进行处理可以有效地缩短处理时间, 同时操作较为简便, 处理效率较高, 使得该法在目前也成为了应用最为广泛的处理方法之一。但利用该法处理的效果并不稳定, 处理完成之后应当立即投入使用。

  (二) PEEK高分子材料的表面处理技术

  1.喷砂法。对于PEEK高分子材料的表面处理来说, 该法主要是将可能影响高分子材料化学结合的污染进行清洁, 从而创造出一个具有锁结作用的粗糙表面, 扩大粘结面积, 从而提高PEEK高分子材料的粘附性。利用该法对PEEK材料进行处理的过程中, 需要注意到材料的硬度。其主要原因在于材料硬度较大, 砂粒粒度较小, 将会导致PEEK高分子材料的表面粗糙程度达不到要求。而粒度较大, 则有可能导致处理表面脱落。

  2.酸蚀法。对于PEEK高分子材料的表面处理来说, 酸蚀法也是一种常用的处理方法, 起作用原理是利用98%的浓硫酸对PEEK表面进行化学处理, 从而使得PEEK高分子材料表面产生一个多孔可渗透的表面。而多孔可渗透的表面有利于粘结剂的渗透, 从而提高PEEK高分子材料表面的粘附性。在这里值得注意的是, 利用该法如果使用同样浓度的盐酸或硝酸PEEK高分子材料表面将不会发生改变, 因此这里的98%高浓度硫酸一般是不可被替换的。

  3.二氧化硅涂层和硅烷化处理法。利用二氧化硅涂层和硅烷化处理实质上是对喷砂技术的改良, 其主要处理步骤是在氧化铝表面覆盖一层二氧化硅, 并经过高温粉砂处理从而使其表面形成硅酸盐涂层。其作用原理和传统的喷砂法类似, 但由于引入了硅元素, 使得硅烷偶联剂的效果更为明显。

  4.低温等离子体处理技术。利用低温等离子处理技术对PEEK高分子材料进行处理, 其原理上是对高分子材料表面进行多重的物理化学变化, 从而使非极性表面转化极性表面, 从而增加粘结面的相互作用, 从而提高PEEK高分子材料表面的粘结性能。

  四、结束语

  综上所述, 本文详细分析了有机高分子材料的结构性质, 并详细阐述了其分类, 针对不同高分子材料提出了不同的表面处理技术。相比较而言, 虽然各表面处理技术都存在一定的方法和形式上的差异, 但其最终目的都具有一定的共同性, 而各方法在实际中也都具有各自的优势, 但同时大多数都具有一定的缺陷。因此, 为了更好地提高我国有机高分子材料表面处理效果, 我国还需要在表面处理技术上进行进一步的发展。

  参考文献
  [1]常建国.新型有机抗菌剂及抗菌高分子材料的合成、制备及表征[D].长春理工大学, 2016.
  [2]吴仕海.浅析有机化学在高分子材料合成中的应用[J].科技经济导刊, 2016, (08) :157+132.

    卢静琼.有机高分子材料与表面处理技术[J].教育教学论坛,2018(06):55-56.
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