聚氨酯（PU）等离子体表面处理对其表面亲水性能的影响

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-10-18

聚氨酯（polyurethane）全称为聚氨基甲酸酯，是分子主链上含有重复氨基甲酸酯单元的大分子化合物的统称。聚氨酯又可分为聚醚型和聚酷型。聚氨酯化学结构的特点是其大分子主链中含有重复的氨基甲酸酯链段。聚氨酯分子的主链是由柔性链段和刚性链段嵌段组成的。其结构上的特点是含有氨基甲酸醋基、脲基、酯基等大量极性基团,这些极性基团的存在及其相互作用赋予了聚氨酯一系列优异的性能。

聚氨酯（PU）材料是发展最快的高分子材料之一,具有很多优良特性,拥有广`泛的用途但也存在其缺点如亲水性差,生物相容性不理想,耐老化性差,成本也较高等。随着现代科学技术的发展,对材料的要求越来越高。为满足不同性能、不同用途和不同成本的要求,聚氨酯改性技术迅速发展。改性是提高聚氨酯材料性能的一种有效途径。

等离子体表面处理

等离子体是物质在高温或特定激励条件下的一种物质状态。“等离子体是由大量正负带电粒子和中性粒子组成,并表现出集体行为的一种准中性气体”。在多种可供选择的表面改性处理技术中,等离子体技术,特别是低温等离子体技术是一种较为理想的新技术。这种技术具有常温工作、状态稳定、处理均匀、无污染等优点,特别是能够提供高电离度、高活性的等离子体,己被广泛地用于处理各种材料的表面。

等离子处理对聚氨酯（PU）表面形态的影响

未处理的聚氨酯材料,其表面平整光滑低温等离子处理后其表面变得粗糙不平,有些细小的突起物当低温等离子处理数分钟后,其表面有许多细小突起物且大量地分布在整个聚氨酯表面。说明经低温等离子体处理后,在聚氨酯材料的表面产生了表面刻蚀,还在聚氨酯材料表面生成了新的物质。并且随着低温等离子处理时间的增加,其表面生成的新物质也增多。

由于低温等离子处理是用高能量粒子轰击聚氨酯表面,高能量粒子在碰撞到聚氨酯材料后将能量释放给被处理的聚氨酯材料,使聚氨酯材料表面的温度升高,同时聚氨酯材料的结合键被断开,在聚氨酯表面发生了化学组成和结构的变化,引入了功能基团,生成新的物质。此时,聚氨酯材料的表面能得到提高。

等离子体处理对聚氨酯（PU）表面亲水性能的影响

接触角的大小是由气相、液相、固相三相交界处,三种界面张力的相对大小所决定的。接触角是与液体浸润表面能力成反比的一种测量方法。当接触角为0时,表示固体壁面完全被液体润湿,液体可在固体表面上自发地铺展开来，当接触角为180°。时,则相当于液体完全不能润湿固体表面,液体在固体表面上呈圆珠形。当θ大于90°时,表示固体材料的润湿性不良,当θ小于90°时,表示固体材料的润湿性良好,且接触角越小,其润湿性越好。如果液体是水,接触角很小就意味着一个亲水性表面,水在表面上大范围扩展接触角很大则代表一个疏水性表面,水在表面上聚集成水珠。

低温等离子处理后,聚氨酯材料表面的接触角大幅降低,其润湿性大幅度提高,也就意味着聚氨酯材料的表面亲水性明显增加。且随着低温等离子处理的时间越长,接触角越小,则材料的表面浸润性越好,亲水性提高越多。

在对聚氨酯低温等离子处理后,在其表面引入了大量的氧原子和氮原子,是其润湿性得到提高的原因之一。另外,高分子固体材料的润湿性质取决于高分子固体表面层的原子或基团的性质及排列情况,与内层性质关系不大。低温等离子处理后的聚氨酯材料,在其表面引入了大量的含氧基团和氨基,正是这些亲水性基团的存在,导致材料表面化学组成发生相应的变化,提高了聚氨酯材料的表面能,从而使其表面亲水性增强。