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第十章 聚合物表面接枝共聚和接枝对粘接性能的改进

1、引言:对聚合物表面进行可控化学改性的可行性,来自两个领域的发展,一是表面分析技术和仪器的有效性一直在稳定提高,二是表面分析能力的扩展使得关于表面结构和各种表面性能之间关系的基础知识一直在稳定增长,与改进和提高粘接性能直接相关的聚合物表面改性方法已经作了总结,通常可以分为干式和湿式化学法:.在干式改性法中,迄今为止应用最广的是等离子体处理;而酸处理和碱处理时赋予聚合物表面亲水性的最简单的湿式化学处理法;

2、表面接枝和接枝共聚:表面接枝可以通过以下两种不同方法来实现,偶联反应接枝和表面接枝共聚,偶联反应接枝是已经合成的聚合物链与基材表面的结合,而接枝共聚是单体直接在基材表面活性位开始反应,通过链增长而合成聚合物,两种情况的最终结果,都是聚合物链与基材表面形成共价键连接:
a.偶联反应接枝:绝大多数直接用聚合物链进行表面改性的实验研究,都涉及到吸附性连接而不是共价键连接,或者说是涉及到无机材料表面而不是有机聚合物表面,表面接枝机理涉及到基材和用于接枝的聚合物两者所含有的活性基团之间的化学偶合;
b.表面接枝共聚:它需要在基材表面产生活性物质,以引发单体的聚合,表面接枝共聚尽管适用阳离子和阴离子键合机理,但最常见的还是基于乙烯或丙烯酸单体的自由基反应,根据基材的化学性质和结构可分为以下几类:
■聚烯烃和丙烯酸聚合物基材;
■含卤聚合物;
■缩聚物:聚酯和聚酰胺;
■共轭聚合物;
■其他基材;

3、接枝改性表面的微观结构和性能:共聚物材料的表面性质完全不同于那些更具有刚性的结晶材料(如金属),现已知道随着周围环境的改变,表面的聚合物分子在重排时具有更大的自由度。热塑性聚合物、热固性聚合物和部分热固性聚合物通过接枝共聚后的各种表面微观结构可大致分为四类:
■完全渗透模型(热塑性基材);
■部分渗透模型(接枝物链迁移位阻);
■混合物模型(部分热固性基材);
■表面接枝模型(交联基材);

4、接枝改性表面的粘接特性:
a.导电性聚合物涂层的粘接:传统的聚合物基材的表面可以通过涂上一层电活性聚合物而改善其粘接性;
b.接枝改性表面之间的无胶粘剂粘接:从理论上说,在不使用胶粘剂的情况下,两种聚合物表面之间的粘接是可能实现的,只要在它们的表面上有适宜的官能团,且这些官能团的空间位置分布式恰当的;已经得到实例验证的例子如下:
■PE与PET薄膜之间;
■AAc接枝共聚PET薄膜与DMAPPA接枝共聚PET薄膜之间;
■在化学惰性聚合物基材(如预先接枝聚合改性的PTFE)上;
■在表面改性的电活性聚合物薄膜上;
■在导电性聚合物薄膜和常规绝缘性聚合物薄膜之间;
■通过光引发接枝,在两种聚合物表面或复合材料之间;
c.胶粘剂促进的粘接:用含环氧的单体(如GMA)通过接枝共聚来表面改性,已经用在氩等离子体预处理的UHMPE和Kevlar49纤维上,在复合材料加工制造中通过共价键改善界面粘接性能。值得一提的是,通过接枝共聚进行表面改性的技术,已经在微电子封装中用于改善环氧浇注料和球-格-排列(BGA)型基材的粘接,在这种情况下,以环氧为基础的BGA型基材表面先用臭氧处理,再用近紫外光引发并与GMA接枝共聚,粘接性能的提高,是由于接枝GMA链上的环氧基与环氧浇注料的固化剂之间形成了共价键;

5、结论:本章从近期关于聚合物接枝和接枝共聚表面改性文献的全面综述开始,接着论证了这种表面改性方法对于改进聚合物表面粘接性能是行之有效的,聚合物经表面改性后,在下列情形下与其他聚合物的粘接性能得到了实质性的改进:在溶液覆膜工艺中;在没有胶黏剂的情况下(无胶粘剂粘接);在胶黏剂存在的情况下(胶黏剂促进的粘接)。

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