[發明專利]提高納米PET薄膜表面親水性的制備方法

有效

• 申請號: 201110278863.1
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102367571A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 張波;朱葛俊;陸建軍;虞文武;沈俊;姜清;張小培
• 申請（專利權）人: 常州機電職業技術學院
• 主分類號: C23C16/509
• 分類號: C23C16/509
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 賈海芬

技術領域

本發明涉及一種提高納米PET薄膜表面親水性的制備方法，屬于PET薄膜技術領域。

背景技術

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種綜合性能優良的高分子材料，目前已廣泛應用于薄膜、纖維與工程塑料等領域。但由于PET結晶速率慢，熱變形溫度低，加工性能差等，限制了其在許多領域的應用。納米PET采用插層聚合復合技術，將層狀硅酸鹽在插層共聚反應中以納米尺度1～100nm均勻分散于PET基體中，PET的球晶被細化，這可以大幅度提高PET的結晶速率、高的阻隔性能(O₂、CO₂、H₂O透過率成倍下降)和耐熱性能。同時，納米粒子粒徑小于可見光的波長，對納米PET薄膜透明度影響較少，仍能保持較高的透明性。高的阻隔性能和耐熱性能大大延長了PET薄膜的壽命，擴大了PET的應用領域。

納米PET薄膜大量應用力于包裝和裝飾領域，但其表面顯示出較強的疏水性，這限制了納米PET薄膜的大范圍應用。對于普通PET薄膜來說，可以通過低溫等離子體對其表面進行改性，一般通過四種效應來實現。一種是表面清潔，從納米PET薄膜表面清除有機物的污染；二是采用刻蝕作用，清除弱邊界層并增加表面積；三是通過近表面分子的交聯作用，以增強表面層內部結合的強度；四是表面化學結構的修飾，通過等離子體反應和后等離子體反應來附予表面新的性能。這四種效應可以協同合并作用，也可能某一過程為主。但對于納米PET薄膜的表面改性，常規的等離子體表面改性往往采用一次表面改性處理，雖然可以在表面引入極性基團，但未形成有效的交聯層，未能形成一個穩定的更堅實的表層；或等離子體處理的表層不夠深，交聯層而非常脆弱，而不能阻止低分子量產物或添加劑從表面溢出，形成弱邊界層，故雖然能通過后等離子體反應使表面具有親水性基團，但由于準表面仍是弱結構，普遍存在改性效果不明顯，時效短等特點，難以實現表面親水性的均勻性及性能重復性。

發明內容

本發明的目的是提供一種PET薄膜表面親水性的均勻性好，性能重復性好，制備工藝簡單，生產效率高的提高納米PET薄膜表面親水性的制備方法。

本發明為達到上述目的的技術方案是：一種提高納米PET薄膜表面親水性的制備方法，其特征在于：將表面清洗后的納米PET薄膜放在射頻等離子體發生器的發生腔兩電極中間，且納米PET薄膜兩表面分別與兩電極距離控制在5～30cm，發生腔內的本底真空度控制在5～10Pa，常溫在氬氣或氬氣與氦氣的混合氣體的條件下進行輝光放電，輝光放電時的工作真空度控制在20～45Pa，放電時間控制在3～5.5min，對納米PET薄膜表面進行第一次改性，第一次改性后的納米PET薄膜表面接觸角60°～80°，表面張力可達到≥32mN/m。；將第一次改性后的納米PET薄膜表面暴露于空氣中，經24～84小時的時效處理，再將納米PET薄膜放置射頻等離子體發生器的發生腔內的兩電極中間，納米PET薄膜的兩表面分別與兩電極距離控制在20～45cm，發生腔內的本底真空度控制在1～6P，常溫在氬氣或氬氣與氦氣混合氣體的條件下進行輝光放電，輝光放電時的工作真空度控制在10～35Pa，放電時間控制在5～7.5min，對納米PET薄膜表面進行第二次改性，第二次改性后的納米PET薄膜表面接觸角30°～55°，表面張力可達到≥38mN/m。

本發明采用射頻等離子體發生器對納米PET薄膜表面進行二次改性處理，當第一次進行改性處理時，主要采用了相對較高的真空度以及短時間的處理方式，先經等離子體的表面清潔和刻蝕作用迅速清除納米PET薄膜表面污染物和弱邊界層，露出基體的真實表面，提高處理效果，再通過近表面分子的交聯作用，增強表面層內部結合的強度。當納米PET薄膜表面在惰性氣體及等離子體照射時，會產生自由基，但不能從氣相中附加新的化學功能，由離子或真空紫外光光子的作用能夠打開納米PET薄膜表面的C-C或C-H鍵，其所形成的自由基能與表面的其他自由基發生反應，或與其他在鍵轉移反應中的其他鍵發生反應。同時，納米PET薄膜鏈是柔性的，自由基可以沿著鏈發生遷移，又會引起復合交聯而形成了一個穩定的更堅實的表層，提高了納米PET薄膜表面的熱阻抗和表面鍵強度，而且交聯的準界面也提供了一個阻止低分子量產物從納米PET體內向表面擴散的勢壘，防止低分子量產物或添加劑從表面溢出，從而使納米PET薄膜表面性能獲得優化。本發明在第一次改性處理時采用短時間處理方式，可防止等離子體處理過度，而導致過量的低分子量存在于納米PET薄膜表面，所形成弱邊界層，影響處理效果。