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第十一章 提高粘接强度的聚合物微生物表面处理方法

1、引言:微生物处理方法作为一种不同的化学表面改性方法,与其他已知的处理技术相比,这种处理方法有许多优势:不需要昂贵的化学品和溶剂、在温和的温度条件下进行且不需要消耗能量、无生态污染、由于存在多种多样的微生物,对不同的聚合物材料可以有不同的处理程度;

2、不同微生物对聚合物的活性:微生物处理中的活性介质就是微生物新陈代谢的产物,了解不同微生物特征酶的特性,有可能选择菌株定向影响聚合物大分子中的化学键;一个比较简单的方法就是使用适应酶,在缺乏营养和/或能量的情况下,微生物开始逐渐适应新的基体,微生物纯菌株对新基体的适应是要耗时的,但是,对已经破坏了聚合物表面额微生物来说,这些适应菌株的活性强得多,它们很快停留在新的表面并引起更深度的分解;

3、微生物改性效率对聚合物性能的影响:不同聚合物低于微生物作用的能力取决于聚合物大分子的化学结构,天然聚合物最容易被微生物攻击,因为对于大量细菌和微小的真菌类来说,聚合物大分子通常是营养和能量的来源;对合成材料来说,它们暴露于微生物中的行为有很大的不同,然而没有一种合成聚合物能抵御所有生化侵蚀,一般来说,各种各样的微生物以及它们对合成物质的适应能力,使所有类型聚合物的改性称为可能;

4、控制微生物作用的影响因素:用微生物处理聚合物不需要任何特俗设备或复杂技术,首先是需要把微生物粘接在聚合物表面,可以通过延长处理时间和/或采用适应菌株来提高分解强度,聚合物分子的多分散性也影响其生化侵蚀的程度,当然控制生化改性的一个重要方法是使用多种微生物;

5、微生物引起聚合物表面微观结构和化学结构的变化:微生物对聚合物表面的特殊细节与聚合物和微生物的性质有密切关系,最初的侵蚀集中在无定形区和晶区之间的过渡层。经微生物处理过的聚合物的真正表面积所使用的微生物种类及处理条件,既可以减少又可以增加,微生物处理后聚合物表面的微观形态和化学结构都发生变化,生化改性并不局限于聚合物大分子的破坏,微生物新陈代谢产物在聚合物表面的吸收也是可能的,一般而言有两种不同的聚合物生化改性方法:大分子的酶解和表面接枝聚合物薄层的吸附,不同方法对聚合物材料的强度有不同的效果;

6、微生物处理对聚合强度的影响:确定生化处理的最佳条件对表面改性非常重要,破坏的程度取决于聚合物的特性与结构,以及微生物的种类和营养介质的组成,处理时间也很重要,处理的最初阶段仅在表面发生作用,随着时间的推移,聚合物结构产生更深的变化,并伴有强度的损失;

7、用生化处理来提高聚合物表面的粘接能力:作为生化处理的结果聚合物表面生成的突起、凹陷和微缝以及化学结构的变化,特别是许多活性官能团的出现,提高了改性聚合物的粘接能力,迄今为止,大多数微生物改性领域的研究都涉及用有机纤维(聚酰胺、聚酯等)作为复合材料的增强体,这主要基于以下两个原因:
■多种有机增强纤维亟需表面改性,特别是将要采用无溶剂技术与聚合物母体结合的时候,聚合物熔融相容性差,粘接能力低;
■由于薄层有机纤维结构特殊而成为很好的微生物处理模型材料。

8、结论:生化(微生物)处理时改变聚合物表面性质的简单而有效的方法。目前微生物改性的一个主要应用领域是芳香聚酰胺增强纤维的表面处理,促进与热塑性母体材料的粘接性,提高复合材料的性能。由于这种工艺对微生物菌株、纤维的化学特性以及营养介质的组成非常敏感,可以制得范围广,纤维表面性质可随设定目标而变、强度不降低的纤维。在大多数情况下,微生物处理可以提高纤维和热塑性母体材料之间的粘接力,从而为制得高性能的增强塑料提供了方法,这些塑料的主要应用是机械制造(载重部件、汽车轴承、电器绝缘体等)。

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