Введение к работе
Актуальность проблемы. Эффективное использование в науке и технике такого практически вааного полимерного материала как политетрафторэтилен (ПТфЭ), существенно ограничивается из-за низких адгезионных характеристик его поверхности, поскольку полимерные материалы относятся к группе низкоэнергатических, имеющих поверхностное натяжение от 10 до 50 мДж/м . Улучшение указанных характэрисгик возможно путем направленного изменения микро- и макроструктуры, а, следовательно, и физико-химических свойств, и может Сыть осуществлено о помощью плазмохамического метода модификации поверхности полимера в тлеющем разряде пониженного давления. По сравнению с традиционными способами модификации поверхности полимеров, данный метод обладает следующими неоспоримыми достоинствами:
-
изменением только поверхностных свойств, без ухудшения объемных характеристик ;
-
возможностью направленного улучшения физико-химических свойств поверхности полимеров путем варьирования условий проведения плазмохинического процесса модификации ;
-
возможностью полной автоматизации и невысокой стоимостью оборудования ;
-
экологической чистотой плазмохимической технологии.
В результате взаимодействия плазмы с полимерами наблюдается целый ряд эффектов: морфологические и структурные изменения, возникновение макрорадикалов и новых функциональных групп, разрушение химических связей и образование новых, изменение молекулярного веса и др. Перечисленные эффекты приводят к модифика-
ции поверхности, что выражается в изменении смачиваемости, адгезионных свойств, коэффициента трения и т.п. Совершенно очевидно, что целенаправленное улучшение поверхностных свойств невозможно без комплексного изучения изменений физико-химической структуры и состава поверхностного слоя полимера под воздействием плазмы, а также оценки влияния различных ее составляющих на наблюдаемые макроэффекты. В связи с вышеизложенным, проблема выяснения механизма гетерогенного взаимодействия плазма-полимер и установление основных закономерностей процесса модификации является, безусловно, важной и актуальной.
Решение поставленных задач по модификации ПТФЭ в плазме потребовало использования, с одной стороны, комплекса современных физико-химических методов исследования еостава и структуры полимеров ( ЙК-спектроскопии МНПЮ, БШ?-спектроскопии, электронной спектроскопии для химического анализа (ЭСХА), электронной микроскопии и др.), а с другой стороны, разработки новых методик на основе метода ШР-спектроскопии и метода измерения поверхностного заряда планочных образцов ПТФЭ, модифицированного в НЧ-разряда.
Целью работы являлось:
исследование процесса модификации ПТФЭ в плазма неполимари-зующихся газов и путем прививки тонкой планки полимера в плазме различных органических соединений ;
изучение изменения энергетических свойств поверхности ПТФЭ в зависимости от условий проведения процесса модификации;
изучение изменения физико-химической структуры и состава 1ШЭ, обработанного в НЧ-разряде ;
установление связи'между энергетическими свойствами поверхности и физико-химической структурой и составом модифицированного в п лазне ПТФЭ ;
определение основных физико-химических аспектов направленной модификации поверхности иТФЭ в тлеющем НЧ-разряде.
Научная новизна и практическая значимость работы. В работе іроведено изучение основных закономерностей изменения энергети-[9СНИХ свойств в процесса плазмохимической модификации ПТФЭ в зависимости от структуры, химического состава и элэктрофизиче-зкого состояния поверхности полииера. Это было достигнуто пугай комплексного измерения и расчетов энергетических характеристик поверхности ПТФЭ в зависимости от условий обработки в тлеющем разряде ( плотности тока разряда, давления в газовой фазе и ее химического состава, времени обработки). Показано, что улучшение смачиваемости поверхности ПТФЭ, под действием плазмы неполные ризующихся газов, связано с существенным росток полярной компоненты поверхностной энергии, увеличение которой обусловлено возникновением стабильного электрегного состояния в поверхностном слое полимера. Экспериментальные исследования, проведенные с помощью методов ЙК-спектросколии 1ШПВ0, ЭСХА и ЭПР-спектроскопии, позволили предложить механизм образования и стабилизации физико-химической структуры поверхностного слоя ПТФЭ, обработанного в плазма неполинаризующисся газов, включающий реакции образования и рекомбинации жакрорадикалов. Осуществлено направленное изменение энергетических свойств поверхности ПТФЭ путем прививки тонких слоев полимеров в плазме тлеющего разряда в парах органических соединений различных классов. впервые оцзнена роль элэктрэтного состояния в изменении энергетических свойств таких поверхностей. Показано, что в этом случае определяющая роль принадлежит химической структуре прививаемых покрытий, причем наиболее гидрофильными являются покрытия, содержащие карбоксильные группы.
Установленные закономерности направленного плазмохииячэского модифицирования поверхности ПТФЭ были использованы для создания мэтода модификации поверхностных свойств комбинированных пленочных материалов, в состав которых входит ПТФЭ, и вошли в материал заявки на изобретение;
Защищаемые положения.
Іо Полученные в работе результаты исследований энергетических свойств ПТФЭ, модифицированного в тлеющем НЧ-разряда, в зависимости от структуры, состава и электрофизического состояния поверхностного слоя полимера.
-
Данные измерений и расчетов энергетических характеристик поверхности ПТФЭ в зависимости от условий проведения плазмохи-мического процесса модификации в среде неполимеризующихся газов и органических соединений различных классов.
-
Улучшение смачиваемости ПТФЭ, кодифицированного в плазме неполимеризующихся газов, обусловлено изменением эдектретного состояния полимера под действием корпускулярной составляющей плазмы.
-
При модификации ПТФЭ в плазме органических соединений, смачиваемость прививаемых покрытий определяется природой исходного соединения ; наиболее гидрофильным является покрытие на основе акриловой кислоты, что связано с наличием в структуре . карбоксильных групп.
Апробация работы. Основные результаты работы долоаены на УШ Всесоюзной конференции по взаимодействию атомных частиц с твердым телом (Москва, 1987 г.), Всесоюзном семинаре "Перспективы применения плазменной технологии в текстильной и легкой промышленности" ( Иваново, 1988 г.), Всесоюзной конференции "Физика и технология тонкопленочных систем" ( Гомель, 1990 г.).
Публикации. По материалам диссертации.опубликованы 3 статьи и тезисы 2 докладов, направлено в печать 3 статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 117 страницах машинописного текста, включающего 33 рисунка. Список литературы содержит 104 ссылки.
