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疏水性PE薄膜的亲水改性及其性能研究

作　者: 郑丽霞
导　师: 王晟
学　校: 浙江理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 低温等离子体丙烯酸聚乙烯薄膜接枝溶胶凝胶 SiO2薄膜
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

高分子材料性能优异、用途广泛，聚乙烯作为有机薄膜材料的代表，以其成本低廉、热稳定性好、化学性能稳定、摩擦系数极低等优势得到广泛应用，但其表面亲水性差的问题，限制了它在环境净化、户外防护、医疗卫生、农业生产、食品包装等领域的广泛应用。因此改善PE薄膜表面的亲水性能，意义深远。纳米SiO₂薄膜是一种环境友好型材料，具有良好的力、热学性能，制备于各种基材上的亲水性纳米SiO₂薄膜材料吸引了更多研究者关注。低温等离子体引发接枝聚合是一种不需要任何引发剂的聚合方法。它利用低温等离子体技术，在聚合物材料表面产生大量的活性中心，然后在被处理的材料表面接枝聚合单体，从而对聚合物进行表面修饰以拓展其应用，提高其性能。等离子体引发接枝聚合的一个显著特点就是在能够显著改变材料表面性质的同时，表面性质的改变不随时间而衰减。本课题通过两种不同的工艺改性聚乙烯薄膜，一种方法为聚乙烯薄膜表面涂覆亲水性纳米SiO₂薄膜，另一种方法为等离子体引发聚乙烯薄膜接枝丙烯酸，具体制备过程和研究内容如下：通过溶胶凝胶法制备SiO₂溶胶，再结合浸渍提拉法制备纳米SiO₂薄膜，表征纳米SiO₂薄膜表面形貌以及亲水性。我们先采用氨水-乙醇-水体系制备SiO₂溶胶，论文详细研究了影响SiO₂溶胶粒径大小的因素，如氨水的量、正硅酸乙酯（TEOS）等因素，从而制备不同粒径的SiO₂溶胶；进一步使用不同粒径大小的SiO₂溶胶制备薄膜。论文考察了不同SiO₂溶胶粒径大小制备的纳米SiO₂薄膜的性能，从而确定最佳的溶胶粒径来制备亲水性纳米SiO₂薄膜。通过低温等离子体技术制备亲水性优良的聚乙烯薄膜。本课题通过Ar/O₂和空气两种不同气体组合为工作气体对PE薄膜进行了表面改性，提高其亲水性。通过对改性后PE薄膜表面接触角的测量以及表面形貌的表征，研究了低温等离子体引发接枝因素（功率、时间、流量、气体组成）对薄膜表面接触角和时效性的影响，并进行了分析和总结。此外，研究了放电装置对亲水改性效果的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-19
  1.1 高分子材料及其表面改性  9
  1.2 亲水性无机薄膜  9-11
    1.2.1 亲水性无机薄膜的研究现状  9-10
    1.2.2 纳米 SiO_2薄膜的制备方法  10
    1.2.3 溶胶凝胶法制备 SiO_2球的原理  10-11
  1.3 传统有机物薄膜改性  11-17
    1.3.1 传统有机物薄膜改性的方法  11-12
    1.3.2 等离子体法的基本理论  12-14
    1.3.3 等离子体法对高分子材料的表面改性  14-17
    1.3.4 等离子体处理的研究进展  17
  1.4 本研究的意义与研究内容  17-19
    1.4.1 研究的意义  17
    1.4.2 研究内容  17-19
第二章无机纳米二氧化硅薄膜的制备和表征  19-29
  2.1 实验部分  19-20
    2.1.1 主要试剂和仪器设备  19
    2.1.2 实验内容  19-20
    2.1.3 表征方法及仪器  20
  2.2 结果与分析  20-27
    2.2.1 经纳米 SiO_2改性的 PE 薄膜的表征及结果分析  20-23
    2.2.2 TEOS 量对 SiO_2溶胶粒径的影响  23-25
    2.2.3 氨水量对 SiO_2溶胶粒径的影响  25-27
    2.2.4 表面活性剂浓度对 SiO_2溶胶/表面活性剂体系稳定性的影响  27
    2.2.5 有机胶浓度对 SiO_2溶胶/表面活性剂/有机胶体系稳定性的影响  27
  2.3 小结  27-29
第三章等离子体引发接枝改性  29-49
  3.1 实验试剂与仪器设备  29-32
    3.1.1 试剂  29
    3.1.2 主要仪器与设备  29
    3.1.3 等离子体设备介绍  29-32
    3.1.4 等离子体设备的调试  32
  3.2 等离子处理的试验方法  32
    3.2.1 PE 薄膜样品的前处理  32
    3.2.2 等离子体引发丙烯酸单体接枝  32
    3.2.3 薄膜样品后处理  32
  3.3 实验内容  32-33
    3.3.1 常压下 Ar/O_2等离子体引发聚乙烯薄膜接枝丙烯酸样品  32-33
    3.3.2 常压下空气等离子体引发聚乙烯薄膜接枝丙烯酸样品  33
  3.4 表征方法及仪器  33-34
    3.4.1 接触角  33-34
    3.4.2 静态接触角仪  34
    3.4.3 原子力显微镜（AFM）  34
    3.4.4 衰减全反射傅立叶变换红外光谱  34
  3.5 结果与讨论  34-47
    3.5.1 等离子体放电装置的改进  34-35
    3.5.2 常压下 Ar/O_2等离子体引发聚乙烯薄膜接枝丙烯酸的样品  35-42
    3.5.3 常压下空气等离子体引发聚乙烯薄膜接枝丙烯酸的样品  42-47
  3.6 小结  47-49
第四章研究展望  49-50
参考文献  50-56
攻读硕士期间发表的论文  56-57
致谢  57

疏水性PE薄膜的亲水改性及其性能研究

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