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在等離子表面處理前和處理后的PET材料上分別進(jìn)行靜態(tài)接觸角測(cè)量,然后分析其表面濕潤(rùn)性的變化。在23℃下,利用室內(nèi)測(cè)試儀測(cè)量和觀察接觸角。每個(gè)接觸角的測(cè)量都是薄PET樣品表面三個(gè)不同位置的平均值,結(jié)果如圖1.1所示。

圖1.1 等離子體O2處理不同時(shí)長(zhǎng)的PET表面濕潤(rùn)變化

等離子處理對(duì)PET材料表現(xiàn)出強(qiáng)大的改性能力,從圖中可以看到經(jīng)過(guò)表面改性的PET接觸角最低可降低至10°以下,大大增加了PET的浸潤(rùn)性。等離子處理前和30s處理的接觸角如圖1.2所示。如圖(a)在表面處理之前的接觸角為54.7°,經(jīng)過(guò)O2等離子體處理30s后,圖(b)表現(xiàn)出的濕潤(rùn)性明顯變強(qiáng),親水性大大提高,接觸角減少至18.6°。

圖1.2 PET等離子處理前后水滴角變化

PET等離子表面處理時(shí)效性

等離子體表面處理雖然可以對(duì)材料表面進(jìn)行良好的改性,大大提高材料表面的親水性。但是其對(duì)材料表面的處理效果并不是穩(wěn)定的,一般而言,表面處理效果是會(huì)隨著其暴露在空氣中的時(shí)間而逐漸消退。不同學(xué)者對(duì)低溫等離子處理的機(jī)理做出過(guò)分析,其中最為廣泛的理論為高分子材料表面基團(tuán)等動(dòng)態(tài)重組。對(duì)于高分子材料而言,由于表面缺少與周?chē)?、基團(tuán)等作用,其表面的穩(wěn)定性不如其內(nèi)部,所以高分子材料表面具有一定的表面能。當(dāng)PET材料經(jīng)過(guò)等離子體處理后,其表面將會(huì)引入一些基團(tuán)例如:-OH、-COOH、-NH2等來(lái)提高材料表面的浸潤(rùn)性。這些基團(tuán)的引入使得材料表面更加不穩(wěn)定,其表面能也會(huì)相應(yīng)增大。由于所有物質(zhì)都會(huì)降低自身的能量來(lái)保持一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),所以為了保證材料本身的穩(wěn)定性,經(jīng)過(guò)等離子體處理過(guò)的材料表面所引入的基團(tuán)會(huì)翻轉(zhuǎn)進(jìn)入材料內(nèi)部。相應(yīng)地,材料內(nèi)部的原子重新翻上表面直至材料表面和內(nèi)部的原子、基團(tuán)達(dá)成了動(dòng)態(tài)平衡。經(jīng)過(guò)O2等離子體處理PET材料的表面效果的消退機(jī)理如圖1.3所示。

圖1.3 O2等離子體處理后的PET的表面變化

為了探究改性后的PET材料的最佳處理時(shí)間段,分別將等離子處理30s后的PET材料放置在空氣中6h、5h、4h、3h、2h、1h,然后觀察其接觸角的變化,結(jié)果如圖1.2所示。等離子處理后的1h和2h內(nèi)接觸角相差不大,相較于PET表面處理結(jié)束時(shí)的接觸角18.68°略高,都保持在22°左右。但是隨著放置在空氣的時(shí)間延長(zhǎng)至3h至4h,接觸角開(kāi)始了較大幅度的變化,接觸角在35°左右。時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)至6h,PET表面的接觸角恢復(fù)至最開(kāi)始的圖1.4中表面未處理時(shí)的54°左右,親水性差,結(jié)果符合等離子表面處理具有時(shí)效性的理論。

圖1.4 等離子處理后PET表面的接觸角隨放置時(shí)長(zhǎng)的變化