塑料制品表面氟化處理技術(shù)
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[導(dǎo)讀] 塑料制品的運(yùn)用功用與其外表特性有很大關(guān)系，因此對(duì)其外表停止改性處置，不只可以提高產(chǎn)品的運(yùn)用功用，而且可以降低消費(fèi)本錢。
塑料制品的運(yùn)用功用與其外表特性有很大關(guān)系，因此對(duì)其外表停止改性處置，不只可以提高產(chǎn)品的運(yùn)用功用，而且可以降低消費(fèi)本錢。外表氟化處置技術(shù)即是一種外表改性技術(shù)。塑料外表經(jīng)過該技術(shù)處置后，表現(xiàn)出高外表活性、高化學(xué)和耐熱動(dòng)搖性，可大大提高制品的耐油憎油性。
塑料制品外表氟化處置技術(shù)主要有兩種，一種是氟處置外表涂層技術(shù)，另一種是氟氣氟化處置技術(shù)。
2、氟處置外表涂層技術(shù)
2.1氟碳涂層資料
氟碳涂層資料是一種含有氟素粘合劑和無機(jī)溶劑的聚合物。氟素粘合劑含有全氟聚氧烷基碳酸或磺酸的氮素衍生物。而無機(jī)溶劑含有氟烴溶劑等和它們與乙醇、甲烷基或異丙基酒精的混合物。無機(jī)溶劑可以保證粘合劑的溶解良好和運(yùn)用劑輕易在外表上涂敷，結(jié)合堅(jiān)固 。在結(jié)合進(jìn)程中，無機(jī)溶劑被充沛揮發(fā)掉，并且不會(huì)在涂敷部位或油品中存在任何殘留物。
氟碳涂層資料少數(shù)為全氟聚氧烷基碳酸或磺酸的氮素衍生物[1]。它是以氟碳鏈取代碳?xì)滏溩鳛榉肿又蟹菢O性基團(tuán)的外表活性資料，其共同性質(zhì)直接與氟元素相關(guān)。
氟元素是電負(fù)性最強(qiáng)的元素，它具有高氧化勢、高電離能，這種特性一方面形成氟碳鍵（C—F）鍵能高（實(shí)踐上C—F鍵是已知鍵能最高的共價(jià)鍵），因此氟碳鏈結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)搖；另一方面氟原子十分難以被極化，使氟碳鏈極性比碳?xì)滏溞?。正是由于這種低極性，使氟碳鏈?zhǔn)杷饔眠h(yuǎn)比碳?xì)滏渼×?；另外，低極性又招致氟碳鏈相互間作用力弱。這二個(gè)要素共同作用使得氟碳外表活性劑分子在水溶液中有比其它外表活性劑分子愈加劇烈的傾向來脫離水溶液，在液氣界面上定向聚集陳列成分子膜，從而使其具有與其它外表活性劑所不同的二種特性：一是在極低運(yùn)用濃度下便能清楚降低水溶液的外表張力；二是極高的外表活性，即可將水溶液外表能降到極低水平。
另外，氟涂層資料還具有極高的動(dòng)搖性。這是由于，一方面C—F鍵鍵能高，很難被破壞；另一方面氟原子對(duì)C—C鍵具有屏蔽效應(yīng)。氟原子的半徑比氫原子大，可有效地將全氟化的C—C鍵屏蔽維護(hù)起來，增加C—C鍵被破壞的能夠，但同時(shí)氟原子半徑又沒有大到足以在氟碳鏈中惹起平面張力的水平，因此使氟碳鏈愈加動(dòng)搖。
2.2氟處置外表涂層技術(shù)的工藝進(jìn)程
氟處置外表涂層技術(shù)，是采用物理化學(xué)方法在高分子聚合物外表涂上一層氟碳涂層資料的進(jìn)程。
（1）脫脂：將被處置塑料高分子資料外表用高標(biāo)號(hào)汽油停止預(yù)處置，擦凈、浸泡均可。肅清外表雜質(zhì)、無機(jī)物等。
（2）脫水：首先用丙酮驅(qū)除水分，浸泡時(shí)間應(yīng)在20分鐘以上。然后送入烘箱內(nèi)烘干，烘干溫度40～50℃，烘干時(shí)間30分鐘，以去除結(jié)晶水。
（3）熱浸泡：從烘箱內(nèi)取出后，浸泡入塑料氟碳外表處置劑中，在40℃恒溫條件下，浸泡30分鐘取出后，放置在通風(fēng)處自然晾干。
最后重復(fù)第三、四道工序一至二次。
2.3氟處置外表涂層技術(shù)的特點(diǎn)
氟碳涂層資料按規(guī)范工藝涂敷到固體外表后，氟碳分子經(jīng)過氟原子的電負(fù)性，與固體外表的自在電子相結(jié)合，構(gòu)成一層4～8納米厚的、堅(jiān)固 的定向分子膜，亦即氟碳涂層。固體外表釋放的自在電子越多，結(jié)合越堅(jiān)固 。所以，在實(shí)踐運(yùn)用中，有如下特點(diǎn)：
（1）成膜速度極快。采取熱處置工藝時(shí)，只需在加熱過的預(yù)處置外表停止涂刷或浸泡，即可成膜。采取介質(zhì)處置工藝時(shí)，在往復(fù)式機(jī)械中，10分鐘就可以測試出效果。經(jīng)過四球測試及仿肯姆肯的抗磨演示儀測試，隨時(shí)可檢測出清楚效果[2]。
（2）涂層的極端堅(jiān)固 性和屏蔽功用。氟碳分子與固體外表（除純鈦以外）自在電子的結(jié)合，具有牢不可破的吸附性，從而對(duì)固體外表有著十分好的屏蔽功用。由于氟碳分子的低極性，又招致氟碳鏈相互間作用力弱，不會(huì)構(gòu)成疊加，在外表構(gòu)成的定向分子膜一直堅(jiān)持在4～8納米的厚度。
（3）降低外表能。使固體外表外表能從3000～5000mn/m減小到2～4mn/m，從而防止摩擦進(jìn)程中的粘著磨損。
（4）提高塑料外表的致密性和耐油腐蝕性。清楚降低資料的老化速度，抑制油或其他介質(zhì)作用于物體時(shí)的催化活性，延緩由此招致的分解和聚合進(jìn)程。
3氟氣氟化處置技術(shù)
3.1氟氣的性質(zhì)
在常溫常壓下，氟氣是無色氣體，厚層氟氣略呈黃綠色，液態(tài)氟氣呈黃色，固態(tài)時(shí)顏色變深，具有劇烈的撫慰性臭味，有劇毒。氟氣的氧化性極強(qiáng)，能與除惰性氣體和氮?dú)庖酝獾囊磺性匕l(fā)作反響，構(gòu)成氟化物。氟與鎳、銅、鐵、鋁、鎂作用時(shí)，在外表構(gòu)成金屬氟化膜，具有維護(hù)作用，這層膜在一定條件下動(dòng)搖，這一點(diǎn)在工業(yè)范圍里運(yùn)用很多，但若有氧氣，水分的影響，氟化膜疏松而且輕易發(fā)作變化。氟氣與非金屬的反響也很劇烈，其熱效應(yīng)特殊 高，氟氣與硫、碳等反響生成多氟化物，并隨同少量的反響熱發(fā)生。氟氣與無機(jī)物和油脂劇烈反響，甚至發(fā)作熄滅，生成氟化氧，也可生成十分動(dòng)搖的鏈狀和環(huán)狀的氟碳化合物。
3.2氟氣氟化處置技術(shù)的工藝進(jìn)程
由于構(gòu)成C—F鍵釋放的能量（116kcal/mol）大于C—C鍵（83 kcal/mol）和C—H鍵（99kcal/mol）斷裂所需的能量；同時(shí)，氟氣中F—F鍵斷裂的能量低（37kcal/mol），因此碳?xì)浠衔锱c氟氣混合在一同易發(fā)作猛烈的自在基反響，反響式如下：
從而招致C—C鍵的斷裂，很難失掉所需的氟化產(chǎn)物，有時(shí)也易發(fā)作爆炸。在很長一段時(shí)間來，人們以為氟氣不能用來氟化碳?xì)浠衔镏苽浞铩Ｖ钡?0世紀(jì)70年代初這方面的任務(wù)才失掉打破性的停頓，目前曾經(jīng)失掉一定運(yùn)用的主要有以下兩種方法：
1.LaMar方法，該方法是美國Lagow和Margrare發(fā)明的。該方法的要害 技術(shù)為：末尾時(shí)碳?xì)浠衔镌诟邷叵屡c惰性氣體稀釋濃度很的氟氣（氟氣在He中或N2中）反響，然后再逐漸增高反響溫度和氟氣的濃度。在反響進(jìn)程中，依據(jù)碳?xì)浠衔锝Y(jié)構(gòu)的不同，逐漸增高溫度和氟氣濃度的進(jìn)程需求幾小時(shí)或幾天時(shí)間，反響完成后，一切的C—H鍵都被C—F鍵取代，并且C—C鍵不發(fā)作斷裂和重排，該方法已被用來分解一系列的氟化合物。
2.氣溶膠氟化，該方法是美國Adcock教授發(fā)明的。其要害 技術(shù)為：碳?xì)浠衔锏恼舭l(fā)被吸附或稀釋到顆粒很細(xì)的NaF外表（大約17?），在UA的照射下，吸附碳?xì)浠衔锏念w粒噴霧進(jìn)入稀釋的氟氣中，該方法可防止碳骨架的裂解，使生成的氟化產(chǎn)物產(chǎn)率高且輕易提純，特殊 在全氟環(huán)烴化合物的分解中特殊 有效。
3.3氟氣氟化處置技術(shù)的特點(diǎn)
氟氣氟化處置技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
（1）氟氣外表處置層相似于聚四氟乙烯PTFE結(jié)構(gòu)的功用層，厚度大約為0.1~10μm，質(zhì)地嚴(yán)密、堅(jiān)固 ，具有優(yōu)秀的阻隔、抗污、抗磨損、抗化學(xué)腐蝕功用。
（2）氟化處置在可控的條件下與聚合物外表停止緩慢、柔和的反響，不會(huì)破壞制品的外表；生成的化學(xué)官能團(tuán)使制品的活化效果不隨時(shí)間而變化，氣相反響的特點(diǎn)使氟化法可以處置任何復(fù)雜外形的制品。這種方法可以處置簡直一切的聚合物。
4結(jié)語
氟處置外表涂層技術(shù)和氟氣氟化處置技術(shù)是塑料制品外表氟化的兩種主要方法。氟處置外表涂層技術(shù)成膜速度極快，涂層的極端堅(jiān)固 性和屏蔽功用，降低外表能，提高塑料資料外表的致密性和耐油腐蝕性；而氟氣氟化處置技術(shù)運(yùn)用范圍廣，可以添加外表能，起到阻隔功用，并且使外表更具親水功用。
塑料加工中氟化處理有哪些優(yōu)勢
塑料加工中氟化處理的優(yōu)勢中，過程很容易被控制，并且可以通過調(diào)整氟的濃度來再現(xiàn)。塑料加工低壓等離子體也可以被用于改性塑料表面，重要的不利因素是保持低壓過程的設(shè)備投資。塑料加工與傳統(tǒng)工藝的塑料表面處理技術(shù)相比，氟化處理有明顯的優(yōu)勢，實(shí)際上，幾乎所有的塑料表面都可以用氟進(jìn)行預(yù)處理。
這兩個(gè)過程均在某種程度上損壞了塑料表面，其原因是因?yàn)榇嬖谥子诜磻?yīng)的高濃度反應(yīng)物，塑料加工表面密集著強(qiáng)氧化作用，從而導(dǎo)致聚合物化學(xué)鏈變得不穩(wěn)定，使能夠很容易剝離。這就意味著活化作用會(huì)在一個(gè)較短的時(shí)間以后消失。低壓等離子體也可以被用于改性塑料表面，重要的不利因素是保持低壓過程的設(shè)備投資。另外，等離子低壓處理只能激活塑料最外的表層。由于在塑料里的聚合物鏈總是傾向于活動(dòng)，所以活化作用也會(huì)在一個(gè)非常短的時(shí)期后消失，簡單的過程控制的再現(xiàn)性。因?yàn)榛罨饔檬怯煞退芰系南嗷シ磻?yīng)引起的，強(qiáng)度是由存在的氧氣數(shù)量決定的，所以過程很容易被控制，并且可以通過調(diào)整氟的濃度來再現(xiàn)。
預(yù)備處理塑料加工的持久性。塑料加工薄膜和形狀復(fù)雜的物件表面都能被氟化處理，塑料加工氟化處理在幾乎為正常壓力(500bar)時(shí)，氟化作用達(dá)到較低的層數(shù)，預(yù)備處理作用就會(huì)因此而非常強(qiáng)。不損壞塑料加工表面而達(dá)到優(yōu)異結(jié)果?；顫姷姆磻?yīng)物濃度可以很容易達(dá)到平衡，這種濃度足以達(dá)到非常好的塑料加工活化作用，但它要低到不至于損壞表面。
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