聚氨酯（PU）等離子體表面處理對其表面親水性能的影響

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2024-11-23

聚氨酯（polyurethane）全稱為聚氨基甲酸酯，是分子主鏈上含有重復氨基甲酸酯單元的大分子化合物的統稱。聚氨酯又可分為聚醚型和聚酷型。聚氨酯化學結構的特點是其大分子主鏈中含有重復的氨基甲酸酯鏈段。聚氨酯分子的主鏈是由柔性鏈段和剛性鏈段嵌段組成的。其結構上的特點是含有氨基甲酸醋基、脲基、酯基等大量極性基團,這些極性基團的存在及其相互作用賦予了聚氨酯一系列優異的性能。

聚氨酯（PU）材料是發展最快的高分子材料之一,具有很多優良特性,擁有廣`泛的用途但也存在其缺點如親水性差,生物相容性不理想,耐老化性差,成本也較高等。隨著現代科學技術的發展,對材料的要求越來越高。為滿足不同性能、不同用途和不同成本的要求,聚氨酯改性技術迅速發展。改性是提高聚氨酯材料性能的一種有效途徑。

等離子體表面處理

等離子體是物質在高溫或特定激勵條件下的一種物質狀態。“等離子體是由大量正負帶電粒子和中性粒子組成,并表現出集體行為的一種準中性氣體”。在多種可供選擇的表面改性處理技術中,等離子體技術,特別是低溫等離子體技術是一種較為理想的新技術。這種技術具有常溫工作、狀態穩定、處理均勻、無污染等優點,特別是能夠提供高電離度、高活性的等離子體,己被廣泛地用于處理各種材料的表面。

等離子處理對聚氨酯（PU）表面形態的影響

未處理的聚氨酯材料,其表面平整光滑低溫等離子處理后其表面變得粗糙不平,有些細小的突起物當低溫等離子處理數分鐘后,其表面有許多細小突起物且大量地分布在整個聚氨酯表面。說明經低溫等離子體處理后,在聚氨酯材料的表面產生了表面刻蝕,還在聚氨酯材料表面生成了新的物質。并且隨著低溫等離子處理時間的增加,其表面生成的新物質也增多。

由于低溫等離子處理是用高能量粒子轟擊聚氨酯表面,高能量粒子在碰撞到聚氨酯材料后將能量釋放給被處理的聚氨酯材料,使聚氨酯材料表面的溫度升高,同時聚氨酯材料的結合鍵被斷開,在聚氨酯表面發生了化學組成和結構的變化,引入了功能基團,生成新的物質。此時,聚氨酯材料的表面能得到提高。

等離子體處理對聚氨酯（PU）表面親水性能的影響

接觸角的大小是由氣相、液相、固相三相交界處,三種界面張力的相對大小所決定的。接觸角是與液體浸潤表面能力成反比的一種測量方法。當接觸角為0時,表示固體壁面完全被液體潤濕,液體可在固體表面上自發地鋪展開來，當接觸角為180°。時,則相當于液體完全不能潤濕固體表面,液體在固體表面上呈圓珠形。當θ大于90°時,表示固體材料的潤濕性不良,當θ小于90°時,表示固體材料的潤濕性良好,且接觸角越小,其潤濕性越好。如果液體是水,接觸角很小就意味著一個親水性表面,水在表面上大范圍擴展接觸角很大則代表一個疏水性表面,水在表面上聚集成水珠。

聚氨酯等離子處理前后水滴角對比

低溫等離子處理后,聚氨酯材料表面的接觸角大幅降低,其潤濕性大幅度提高,也就意味著聚氨酯材料的表面親水性明顯增加。且隨著低溫等離子處理的時間越長,接觸角越小,則材料的表面浸潤性越好,親水性提高越多。

在對聚氨酯低溫等離子處理后,在其表面引入了大量的氧原子和氮原子,是其潤濕性得到提高的原因之一。另外,高分子固體材料的潤濕性質取決于高分子固體表面層的原子或基團的性質及排列情況,與內層性質關系不大。低溫等離子處理后的聚氨酯材料,在其表面引入了大量的含氧基團和氨基,正是這些親水性基團的存在,導致材料表面化學組成發生相應的變化,提高了聚氨酯材料的表面能,從而使其表面親水性增強。