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| 發表時間：2023-03-29

聚對苯二甲酸乙二醇酯（Polyethyleneterephthalate,PET）薄膜具有優異的介電性能、耐腐蝕性和機械性能，是電氣電子、生物醫學領域應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應用的要求。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組成的混合物，使其在表面改性方面具有重要的應用價值。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；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，常被應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等。

Ar等離子處理對PET薄膜表面性質的影響

將預先準備好的PET薄膜樣品置于NE-PE05F等離子清洗機的中央，關閉反應室及各路針閥，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，調節氣體流量使反應室工作壓力為20Pa；啟動射頻電源進行輝光放電，處理功率設定為100W，對樣品分別處理15、30、60、90、120、180、240、300S；處理完畢后先關閉射頻電源，然后再依次關閉氣體流量控制閥、真空泵，反應室通入空氣，打開反應室上蓋，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，隨著處理時間的增加，接觸角呈現逐漸減小的趨勢；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，會同時發生活化、刻蝕和交聯的相互競爭效應。處理時間較短時，薄膜表面主要發生活化和刻蝕作用；隨著處理時間的延長，薄膜表面活化、刻蝕和交聯之間會達到一種動態平衡，致使接觸角不會產生明顯的變化。

圖1 PET薄膜的接觸角與等離子處理時間的關系

FTIR分析
Ar為惰性非反應性氣體，此類等離子體理論上是不參與表面反應的，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鍵斷裂氧化產生自由基，表面產生的自由基與空氣中的氧和氮接觸后反應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，經過Ar等離子體處理，PET薄膜的表面出現了圓錐狀或圓球狀凸起。PET薄膜經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，產生碎片離子或分子脫離薄膜表面而產生刻蝕。另一方面，被刻蝕濺射出來的物質分解生成的氣態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果使薄膜表面形成了圓錐狀或圓球狀凸起，表面粗糙度發生了變化。粗糙度的增加有助于薄膜表面的親水性和黏結強度的提高。