淺析有機(jī)高分子材料的結(jié)構(gòu)分類以及表面處理技術(shù)論文
摘要：有機(jī)高分子材料是目前運(yùn)用最為廣泛的材料之一, 由于其種類多樣, 針對(duì)不同種類的有機(jī)高分子材料表面處理需要不一樣的表面處理技術(shù)。對(duì)此, 本文介紹了有機(jī)高分子材料的概念及其結(jié)構(gòu)特征, 并闡述了其分類, 最后針對(duì)不同的有機(jī)高分子材料列出了幾種不同的表面處理技術(shù)。
關(guān)鍵詞：有機(jī)高分子材料; 表面處理; 技術(shù);
Abstract：Organic polymer material is one of the most widely used materials.Because of their diversity, Surface treatment of different kinds of organic polymer materials requires different surface treatment techniques.To this, This paper introduces the concept and structure of organic polymer materials.And the classification, Finally, several different surface treatment technologies are listed for different organic polymer materials.
Keyword：organic polymer materials; surface treatment; technology;
目前有機(jī)高分子材料表面處理技術(shù)已經(jīng)有長(zhǎng)足的發(fā)展, 針對(duì)不同有機(jī)高分子材料的表面處理都有相應(yīng)的表面處理方法。對(duì)此, 本文提出了以下幾點(diǎn)內(nèi)容。
一、有機(jī)高分子材料概念及其結(jié)構(gòu)特征
高分子材料是由一種或多種結(jié)構(gòu)單元多次重復(fù)鏈接起來(lái)的化合物, 通常情況下, 高分子材料都是由碳、氫、氧、氮等元素組成, 雖然組成元素相對(duì)較少, 但相對(duì)分子量較大, 這也是高分子材料的由來(lái)。在人們的生活中, 聚氯乙烯是一種較為常見(jiàn)的有機(jī)高分子材料, 其結(jié)構(gòu)單元為 (CH2=CHCl) , 是由兩種結(jié)構(gòu)單元-NH (CH2) 6-NH-和-CO- (CH2) 4CO-多次重復(fù)鏈接組成。而這種特殊結(jié)構(gòu)也造就了高分子材料特殊的性質(zhì)。例如, 高分子主鏈有一定的內(nèi)旋自由度, 因此它可以彎曲, 從而使得分子鏈具有一定的柔韌性, 同時(shí)高分子結(jié)構(gòu)單元間的作用力和分子鏈的交聯(lián)結(jié)構(gòu)可以直接影響高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu), 而這也是決定有機(jī)高分子材料主要性能的主要因素。一般來(lái)說(shuō), 有機(jī)高分子化合物固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的變化并不明顯, 而在通常情況下, 有機(jī)高分子材料都是以固態(tài)出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中。固態(tài)高分子化合物主要有三種存在形式, 即:玻璃態(tài)、橡膠態(tài)、纖維態(tài)。固態(tài)高分子化合物一般都是具有一定的硬度和剛性的物體, 由于部分固體高分子化合物比較透明, 故稱玻璃態(tài);而橡膠態(tài)主要是由于有機(jī)高分子材料的高分子鏈出于自然無(wú)規(guī)則和卷曲狀態(tài), 如果受到應(yīng)力影響可以被拉伸, 而除去應(yīng)力又可以恢復(fù)為卷曲狀態(tài), 從而表現(xiàn)出彈性性質(zhì), 故稱橡膠態(tài);而處于纖維態(tài)的有機(jī)高分子材料通常都是構(gòu)成長(zhǎng)度比直徑大很多倍的纖細(xì)材料。而由于有機(jī)高分子材料的這些結(jié)構(gòu)特征, 因此造就了有機(jī)高分子材料的特殊性能。比如, 機(jī)械強(qiáng)度大、彈性較好、可塑性較強(qiáng)、硬度剛度較大、具有絕緣性、氣密性良好等。由于有機(jī)高分子材料具有以上等多方面的優(yōu)質(zhì)性能, 也使得有機(jī)高分子材料具有非常廣泛的用途。
二、有機(jī)高分子材料的分類
隨著化工行業(yè)的發(fā)展, 我國(guó)許多領(lǐng)域?qū)τ袡C(jī)高分子材料的需求也越來(lái)越高, 為了明確不同種類有機(jī)高分子材料的性質(zhì), 人們對(duì)有機(jī)高分子材料進(jìn)行了科學(xué)的分類。首先, 根據(jù)有機(jī)高分子材料的來(lái)源分類可以將其分為三種類型, 一是天然高分子化合物、二是合成高分子化合物、三是半合成高分子化合物;其次, 按照合成反應(yīng)特點(diǎn)分類可以將有機(jī)高分子材料分為聚合物、縮合物、一級(jí)開(kāi)環(huán)聚合物等;最后根據(jù)理化性質(zhì)和用途可以有機(jī)高分子材料分為塑料、橡膠、纖維等。
三、不同有機(jī)高分子材料的表面處理技術(shù)
(一) 難粘高分子材料的表面處理技術(shù)
1.化學(xué)試劑處理法�；瘜W(xué)試劑處理法是以往對(duì)難粘高分子材料進(jìn)行表面預(yù)處理的常用方法, 在這里值得注意的是化學(xué)試劑處理法只是難粘高分子材料化學(xué)處理方法的一個(gè)總稱, 具體來(lái)說(shuō)該方法還可以分為硫酸法、過(guò)硫酸法、自磷法、高錳酸鉀法等。對(duì)于化學(xué)試劑處理法來(lái)說(shuō), 它主要是用于將難粘高分子材料表面進(jìn)行氧化以及導(dǎo)入羧基、乙炔基、羥基等基團(tuán)。其主要目的是為了破壞難粘高分子材料的薄弱界面層從而增加難粘高分子材料表面的粗糙度, 從而改善其粘附性。而對(duì)于化學(xué)試劑處理法來(lái)說(shuō), 影響其處理效果的因素主要分為四個(gè)方面:一是化學(xué)試劑的配方、二是表面處理的時(shí)間、三是進(jìn)行處理時(shí)的溫度、四是被處理材料的種類。總的來(lái)說(shuō), 運(yùn)用該法對(duì)難粘高分子材料進(jìn)行處理能夠得到較好的處理結(jié)果, 同時(shí)還具有不需要使用特殊設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。但由于該法在處理過(guò)程中容易導(dǎo)致制品著色、處理時(shí)間較長(zhǎng), 以及污染嚴(yán)重等缺陷在目前的難粘高分子材料處理過(guò)程中已經(jīng)逐漸被人們所遺棄。
2.氣體熱氧化法。通常情況下, 難粘高分子材料可以通過(guò)空氣、氧氣、臭氧地等氣體進(jìn)行氧化, 從而改善其粘附性。一般來(lái)說(shuō), 在實(shí)際的氣體氧化處理中, 人們都會(huì)選擇臭氧對(duì)難粘高分子材料進(jìn)行表面氧化處理。其主要原因在于利用臭氧對(duì)難粘高分子材料進(jìn)行表面處理不會(huì)受到抗氧劑的影響, 從而有利于提高氧化效果。但在實(shí)際中熱空氣氧化和氣體氮化也是常用的氧化方法。對(duì)于熱空氣氧化法來(lái)說(shuō), 它可以利用在熱空氣中添加某些促進(jìn)劑提高其剝離強(qiáng), 從而加快反應(yīng)速度, 提高氧化效果。而氣體氮化則是一種較為簡(jiǎn)單的施工工藝, 具有污染較低、處理效果較好等優(yōu)點(diǎn), 因此受到了廣泛的應(yīng)用。而由于該方法需要一些大型的設(shè)備, 因此也受到了一定的限制。
3.火焰處理法。火焰處理法是一種對(duì)難粘高分子材料進(jìn)行處理的較為直接的方法, 它是利用一定配比的混合氣體在特殊的燈頭上燃燒, 并將火焰與難粘高分子材料進(jìn)行直接接觸的一種處理方法。利用該方法, 可以有效地將含氧基團(tuán)和不飽和雙鍵導(dǎo)入到難粘高分子材料的表面, 從而消除薄弱界面層。由于其直接利用火焰與難粘高分子材料表面進(jìn)行接觸, 因此其處理效果較為明顯。同時(shí)由于利用該法對(duì)設(shè)備的要求較低、需要的成本較低, 使得該法在目前比較流行。[1]但由于該法是直接利用火焰與難粘高分子材料進(jìn)行接觸, 因此需要嚴(yán)格控制處理過(guò)程, 避免溫度過(guò)高導(dǎo)致材料變形或者是燒壞材料。
4.電暈處理法。電暈處理法是將高頻高壓電流施加在放電電極上, 以此產(chǎn)生大量的等離子體和臭氧, 并與難粘高分子材料表面進(jìn)行直接或間接作用, 從而在難粘高分子材料表面導(dǎo)入含氧基團(tuán)和不飽和雙鍵, 使得難粘高分子材料表面的張力得到提高, 并粗糙其表面, 在經(jīng)過(guò)去油污、去水汽等處理使得難粘高分子材料的粘附性明顯提高, 從而達(dá)到表面處理目的。通常情況下, 利用該法對(duì)難粘高分子材料進(jìn)行處理可以有效地縮短處理時(shí)間, 同時(shí)操作較為簡(jiǎn)便, 處理效率較高, 使得該法在目前也成為了應(yīng)用最為廣泛的處理方法之一。但利用該法處理的效果并不穩(wěn)定, 處理完成之后應(yīng)當(dāng)立即投入使用。
(二) PEEK高分子材料的表面處理技術(shù)
1.噴砂法。對(duì)于PEEK高分子材料的表面處理來(lái)說(shuō), 該法主要是將可能影響高分子材料化學(xué)結(jié)合的污染進(jìn)行清潔, 從而創(chuàng)造出一個(gè)具有鎖結(jié)作用的粗糙表面, 擴(kuò)大粘結(jié)面積, 從而提高PEEK高分子材料的粘附性。利用該法對(duì)PEEK材料進(jìn)行處理的過(guò)程中, 需要注意到材料的硬度。其主要原因在于材料硬度較大, 砂粒粒度較小, 將會(huì)導(dǎo)致PEEK高分子材料的表面粗糙程度達(dá)不到要求。而粒度較大, 則有可能導(dǎo)致處理表面脫落。
2.酸蝕法。對(duì)于PEEK高分子材料的表面處理來(lái)說(shuō), 酸蝕法也是一種常用的'處理方法, 起作用原理是利用98%的濃硫酸對(duì)PEEK表面進(jìn)行化學(xué)處理, 從而使得PEEK高分子材料表面產(chǎn)生一個(gè)多孔可滲透的表面。而多孔可滲透的表面有利于粘結(jié)劑的滲透, 從而提高PEEK高分子材料表面的粘附性。在這里值得注意的是, 利用該法如果使用同樣濃度的鹽酸或硝酸PEEK高分子材料表面將不會(huì)發(fā)生改變, 因此這里的98%高濃度硫酸一般是不可被替換的。
3.二氧化硅涂層和硅烷化處理法。利用二氧化硅涂層和硅烷化處理實(shí)質(zhì)上是對(duì)噴砂技術(shù)的改良, 其主要處理步驟是在氧化鋁表面覆蓋一層二氧化硅, 并經(jīng)過(guò)高溫粉砂處理從而使其表面形成硅酸鹽涂層。其作用原理和傳統(tǒng)的噴砂法類似, 但由于引入了硅元素, 使得硅烷偶聯(lián)劑的效果更為明顯。
4.低溫等離子體處理技術(shù)。利用低溫等離子處理技術(shù)對(duì)PEEK高分子材料進(jìn)行處理, 其原理上是對(duì)高分子材料表面進(jìn)行多重的物理化學(xué)變化, 從而使非極性表面轉(zhuǎn)化極性表面, 從而增加粘結(jié)面的相互作用, 從而提高PEEK高分子材料表面的粘結(jié)性能。
四、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述, 本文詳細(xì)分析了有機(jī)高分子材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì), 并詳細(xì)闡述了其分類, 針對(duì)不同高分子材料提出了不同的表面處理技術(shù)。相比較而言, 雖然各表面處理技術(shù)都存在一定的方法和形式上的差異, 但其最終目的都具有一定的共同性, 而各方法在實(shí)際中也都具有各自的優(yōu)勢(shì), 但同時(shí)大多數(shù)都具有一定的缺陷。因此, 為了更好地提高我國(guó)有機(jī)高分子材料表面處理效果, 我國(guó)還需要在表面處理技術(shù)上進(jìn)行進(jìn)一步的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]常建國(guó).新型有機(jī)抗菌劑及抗菌高分子材料的合成、制備及表征[D].長(zhǎng)春理工大學(xué), 2016.
[2]吳仕海.淺析有機(jī)化學(xué)在高分子材料合成中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊, 2016, (08) :157+132.
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