PET薄膜等离子体处理对其亲水性和粘接性能的影响

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-03-29

聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethyleneterephthalate,PET）薄膜具有优异的介电性能、耐腐蚀性和机械性能，是电气电子、生物医学领域应用最广泛的聚合物之一。然而PET薄膜的表面能较低，其亲水性、粘附性和印刷性往往不能满足工业应用的要求。为了满足需求，通常需要对PET薄膜进行表面改性，在不改变其主要性能的前提下，增加其表面的亲水官能团，从而提高其亲水性和粘附性。

等离子体处理

等离子体是由离子、电子及中性粒子等高能物质组成的混合物，使其在表面改性方面具有重要的应用价值。等离子体按能量大小主要分为高温等离子体和低温等离子体，其中高温等离子体一般能量较高，会破坏材料的本体性质；而低温等离子体相对能量适中，一般不会破坏材料的本体性质，常被应用于材料的表面改性。用等离子体处理PET薄膜表面，可以改变PET薄膜的表面形貌、表面化学组成及性质等。

Ar等离子处理对PET薄膜表面性质的影响

将预先准备好的PET薄膜样品置于NE-PE05F等离子清洗机的中央，关闭反应室及各路针阀，启动真空泵抽本底真空至10PA以下；同时打开气体流量控制阀，通入Ar气，调节气体流量使反应室工作压力为20Pa；启动射频电源进行辉光放电，处理功率设定为100W，对样品分别处理15、30、60、90、120、180、240、300S；处理完毕后先关闭射频电源，然后再依次关闭气体流量控制阀、真空泵，反应室通入空气，打开反应室上盖，取出样品进行性能分析。

表面的亲水性
从图１可以看出，未处理PET薄膜的接触角为74.1°，经Ar等离子体短时间（15）处理后接触角减小为31.3°，可见，PET薄膜经Ar等离子体短时间处理可以有效改善表面的亲水性。在0-120S的处理时间内，随着处理时间的增加，接触角呈现逐渐减小的趋势；而处理时间为120-300S时，接触角的变化并不明显，其值在22.0°-23.5°之间。这是因为Ar等离子体处理聚合物薄膜时，会同时发生活化、刻蚀和交联的相互竞争效应。处理时间较短时，薄膜表面主要发生活化和刻蚀作用；随着处理时间的延长，薄膜表面活化、刻蚀和交联之间会达到一种动态平衡，致使接触角不会产生明显的变化。

图1 PET薄膜的接触角与等离子处理时间的关系

FTIR分析
Ar为惰性非反应性气体，此类等离子体理论上是不参与表面反应的，等离子体中的粒子不能键接到聚合物表面的大分子链上。但Ar等离子体处理聚合物薄膜时，等离子体中的电子、离子等高能粒子轰击材料表面，使C-C、C-H键断裂氧化产生自由基，表面产生的自由基与空气中的氧和氮接触后反应形成了含氧及含氮基团，极性基团的引入改变了PET薄膜表面的亲水性能。从图2可以看出，位于1712cm^-1处的C=O及1244、1097、1018^-1cm处的C-O伸缩振动吸收峰明显增强，这充分表明，Ar等离子体处理PET薄膜后，在薄膜表面引入了C=O、C-O等极性基团。同时在1506-1341cm^-1处的吸收峰强度增加，说明Ar等离子体处理后的PET薄膜表面有新的-CH形成。

图２ Ar等离子体处理前后PET薄膜的 FTIR谱图

表面形貌的变化
图3为 Ar等离子体处理前后的AFM 三维立体图，从图3 可以看出，经过Ar等离子体处理，PET薄膜的表面出现了圆锥状或圆球状凸起。PET薄膜经Ar等离子体处理，薄膜表面受到了等离子体中电子、离子等活性粒子的轰击，一方面使表面分子链上的C-C、C-H键断裂，产生碎片离子或分子脱离薄膜表面而产生刻蚀。另一方面，被刻蚀溅射出来的物质分解生成的气态成分在等离子体中受到激励后又会向表面逆扩散，这样边刻蚀边重新聚合的结果使薄膜表面形成了圆锥状或圆球状凸起，表面粗糙度发生了变化。粗糙度的增加有助于薄膜表面的亲水性和黏结强度的提高。