Введение к работе
Актуальность темы. Направленное химическое модифици
рование поверхности неорганических материалов широко исполь
зуется для придания новых физико-химических, физико-
механических и электрофизических свойств в работах
В.Б.Алесковского, С.И.Кольцова, А.А.Малыгина, В.А.Тертых,
А.Я. Юффы, Г.В.Лисичкина и др.
Значительно меньше работ посвящено химическому модифицированию поверхности полимеров. В то же время применение конструкционных и функциональных полимерных материалов в таких областях современной техники, как носители информации, электролюминесцентные источники света, медицинская техника предъявляет повышенные требования к их адгезионным и другим физико-химическим и техническим характеристикам. Эти характеристики могут быть оптимизированы путём модифицирования поверхности полимеров различными реагентами в растворах или газовой фазе. В частности, химическое модифицирование позволяет повысить адгезию металлических плёнок к полимерам в производстве печатных плат, изготовлении ламинированных материалов, огнестойкость и стойкость к атмосферным воздействиям.
Для направленного применения различных методов модифицирования необходимо исследовать взаимосвязь реакционной способности полимеров и строения межфазных слоев, например, полимер - металл. Перспективные результаты получены с применением нового метода химического модифицирования поверхности с использованием необратимых химических реакций - метода «химической сборки».
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) по научному направлению «Создание функциональных композитов для электронной техники методами химии твердых веществ» на 1992...98 гг.
Цель работы состоит в определении физико-химических закономерностей, связывающих состав и свойства активных центров поверхносга (функциональных групп) поликарбоната с
адгезионными характеристиками при направленном химическом модифицировании.
В работе были поставлены следующие задачи:
Исследование взаимодействия поверхности поликарбоната с водными растворами (NH4OH, HCI и КО).
Исследование изменения состава функциональных групп поликарбоната в процессе модифицирования оксидом титана.
Исследование изменения адгезии алюминиевых пленок к поверхности поликарбоната в процессе модифицирования.
Научная новизна работы:
Впервые измерены индикаторным методом функции распределения адсорбционных центров поверхности поликарбоната по кислотно-основным свойствам (спектров РЦА) в процессе обработки водными растворами электролитов (NKUOH, HCI, КО) и химического модифицирования Тї-оксидньїми структурами.
На основании сравнительного изучения спектров РЦА и ИК-спектров проведена качественная идентификация функциональных групп, образующихся при взаимодействии поверхности поликарбоната с водой и растворами электролитов (в результате адсорбционно-гидролитических процессов) и химическом модифицировании.
Установлена зависимость прочности адгезионной связи алюминиевой пленки с поверхностью поликарбоната от общего содержания функциональных групп и содержания основных центров (рКа 8.8) при обработке поверхности поликарбоната растворами электролитов. Отнесение этих центров с рКа 8.8 к ОН-группам доказывают корреляции между содержанием центров по данным спектров РЦА и интенсивностью полос валентных колебаний ОН-групп (3200...3600см-1) в ИК-спектрах.
Предложен механизм повышения адгезии алюминиевых покрытий к модифицированной поверхности поликарбоната в результате образования титан-оксидных кластеров, что приводит к неоднородности травления и увеличению шероховатости, т.е. величины поверхности раздела поликарбонат-алюминиевая пленка. Образование кластеров размерами 10...250 нм при синтезе Ті-оксидных структур на поверхности поликарбоната доказано данными электронной микроскопии.
Практическая значимость работы:
Определены условия направленного химического модифицирования для повышения адгезии алюминиевых пленочных покрытий к поверхности поликарбоната; адгезионная прочность по отрыву от поверхности модифицированного поликарбоната повышена от 21 Н/см2 до 37 Н/см2.
Установленные зависимости между составом функцио-наль-ных групп поверхности поликарбоната, их распределением по кислотно-основным свойствам и адгезионными характеристиками алюминиевых пленочных покрытий могут быть использованы для повышения качества ламинированных материалов, фоль-гированных пластиков и других металл-полимерных композиций.
На защиту выносятся следующие положения:
Функции распределения адсорбционных центров поверхности поликарбоната по кислотно-основным свойствам (спектров РЦА) в процессе обработки водными растворами электролитов (NH4OH, НСІ, KCI) и химического модифицирования Ті-оксидньї-ми структурами.
Инфракрасные спектры модифицированного поликарбоната и результаты определения поверхностного натяжения по краевым углам смачивания.
Результаты идентификации адсорбционных центров, их соотнесение с фрагментами цепей поликарбоната и продуктами их химических превращений.
Механизмы процессов взаимодействия поверхностного слоя поликарбоната с реагентами в зависимости от типа реагентов и условий обработки.
Оптимальные режимы модифицирования поликарбоната Ti-оксидными структурами, приводящие к достижению высоких адгезионных характеристик на поверхности раздела поликарбонат - алминиевое пленочное покрытие.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на 2-ой Международной конференции по химии высокоорганизованных веществ и научным основам папотехнологии (Санкт-Петербург, 1998) и научно - технической конференции аспирантов СП6ГТИ(ТУ) (Санкт-Петербург,1997).
Публикации. Опубликована 1 статья и 3 тезисов.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста, включая 31 рис. и 14 табл., и состоит из введения, семи глав, выводов. Библиогр. 76 наименований.