塑料制品表面氟化处理技术
浏览次数：6157 发布时间：2015年12月03日 09:54:49
[导读] 塑料制品的运用功用与其外表特性有很大关系，因此对其外表停止改性处置，不只可以提高产品的运用功用，而且可以降低消费本钱。
塑料制品的运用功用与其外表特性有很大关系，因此对其外表停止改性处置，不只可以提高产品的运用功用，而且可以降低消费本钱。外表氟化处置技术即是一种外表改性技术。塑料外表经过该技术处置后，表现出高外表活性、高化学和耐热动摇性，可大大提高制品的耐油憎油性。
塑料制品外表氟化处置技术主要有两种，一种是氟处置外表涂层技术，另一种是氟气氟化处置技术。
2、氟处置外表涂层技术
2.1氟碳涂层资料
氟碳涂层资料是一种含有氟素粘合剂和无机溶剂的聚合物。氟素粘合剂含有全氟聚氧烷基碳酸或磺酸的氮素衍生物。而无机溶剂含有氟烃溶剂等和它们与乙醇、甲烷基或异丙基酒精的混合物。无机溶剂可以保证粘合剂的溶解良好和运用剂轻易在外表上涂敷，结合坚固 。在结合进程中，无机溶剂被充沛挥发掉，并且不会在涂敷部位或油品中存在任何残留物。
氟碳涂层资料少数为全氟聚氧烷基碳酸或磺酸的氮素衍生物[1]。它是以氟碳链取代碳氢链作为分子中非极性基团的外表活性资料，其共同性质直接与氟元素相关。
氟元素是电负性最强的元素，它具有高氧化势、高电离能，这种特性一方面形成氟碳键（C—F）键能高（实践上C—F键是已知键能最高的共价键），因此氟碳链结构远比碳氢结构动摇；另一方面氟原子十分难以被极化，使氟碳链极性比碳氢链小。正是由于这种低极性，使氟碳链疏水作用远比碳氢链剧烈；另外，低极性又招致氟碳链相互间作用力弱。这二个要素共同作用使得氟碳外表活性剂分子在水溶液中有比其它外表活性剂分子愈加剧烈的倾向来脱离水溶液，在液气界面上定向聚集陈列成分子膜，从而使其具有与其它外表活性剂所不同的二种特性：一是在极低运用浓度下便能清楚降低水溶液的外表张力；二是极高的外表活性，即可将水溶液外表能降到极低水平。
另外，氟涂层资料还具有极高的动摇性。这是由于，一方面C—F键键能高，很难被破坏；另一方面氟原子对C—C键具有屏蔽效应。氟原子的半径比氢原子大，可有效地将全氟化的C—C键屏蔽维护起来，增加C—C键被破坏的能够，但同时氟原子半径又没有大到足以在氟碳链中惹起平面张力的水平，因此使氟碳链愈加动摇。
2.2氟处置外表涂层技术的工艺进程
氟处置外表涂层技术，是采用物理化学方法在高分子聚合物外表涂上一层氟碳涂层资料的进程。
（1）脱脂：将被处置塑料高分子资料外表用高标号汽油停止预处置，擦净、浸泡均可。肃清外表杂质、无机物等。
（2）脱水：首先用丙酮驱除水分，浸泡时间应在20分钟以上。然后送入烘箱内烘干，烘干温度40～50℃，烘干时间30分钟，以去除结晶水。
（3）热浸泡：从烘箱内取出后，浸泡入塑料氟碳外表处置剂中，在40℃恒温条件下，浸泡30分钟取出后，放置在通风处自然晾干。
最后重复第三、四道工序一至二次。
2.3氟处置外表涂层技术的特点
氟碳涂层资料按规范工艺涂敷到固体外表后，氟碳分子经过氟原子的电负性，与固体外表的自在电子相结合，构成一层4～8纳米厚的、坚固 的定向分子膜，亦即氟碳涂层。固体外表释放的自在电子越多，结合越坚固 。所以，在实践运用中，有如下特点：
（1）成膜速度极快。采取热处置工艺时，只需在加热过的预处置外表停止涂刷或浸泡，即可成膜。采取介质处置工艺时，在往复式机械中，10分钟就可以测试出效果。经过四球测试及仿肯姆肯的抗磨演示仪测试，随时可检测出清楚效果[2]。
（2）涂层的极端坚固 性和屏蔽功用。氟碳分子与固体外表（除纯钛以外）自在电子的结合，具有牢不可破的吸附性，从而对固体外表有着十分好的屏蔽功用。由于氟碳分子的低极性，又招致氟碳链相互间作用力弱，不会构成叠加，在外表构成的定向分子膜一直坚持在4～8纳米的厚度。
（3）降低外表能。使固体外表外表能从3000～5000mn/m减小到2～4mn/m，从而防止摩擦进程中的粘着磨损。
（4）提高塑料外表的致密性和耐油腐蚀性。清楚降低资料的老化速度，抑制油或其他介质作用于物体时的催化活性，延缓由此招致的分解和聚合进程。
3氟气氟化处置技术
3.1氟气的性质
在常温常压下，氟气是无色气体，厚层氟气略呈黄绿色，液态氟气呈黄色，固态时颜色变深，具有剧烈的抚慰性臭味，有剧毒。氟气的氧化性极强，能与除惰性气体和氮气以外的一切元素发作反响，构成氟化物。氟与镍、铜、铁、铝、镁作用时，在外表构成金属氟化膜，具有维护作用，这层膜在一定条件下动摇，这一点在工业范围里运用很多，但若有氧气，水分的影响，氟化膜疏松而且轻易发作变化。氟气与非金属的反响也很剧烈，其热效应特殊 高，氟气与硫、碳等反响生成多氟化物，并随同少量的反响热发生。氟气与无机物和油脂剧烈反响，甚至发作熄灭，生成氟化氧，也可生成十分动摇的链状和环状的氟碳化合物。
3.2氟气氟化处置技术的工艺进程
由于构成C—F键释放的能量（116kcal/mol）大于C—C键（83 kcal/mol）和C—H键（99kcal/mol）断裂所需的能量；同时，氟气中F—F键断裂的能量低（37kcal/mol），因此碳氢化合物与氟气混合在一同易发作猛烈的自在基反响，反响式如下：
从而招致C—C键的断裂，很难失掉所需的氟化产物，有时也易发作爆炸。在很长一段时间来，人们以为氟气不能用来氟化碳氢化合物制备氟化物。直到20世纪70年代初这方面的任务才失掉打破性的停顿，目前曾经失掉一定运用的主要有以下两种方法：
1.LaMar方法，该方法是美国Lagow和Margrare发明的。该方法的要害 技术为：末尾时碳氢化合物在高温下与惰性气体稀释浓度很的氟气（氟气在He中或N2中）反响，然后再逐渐增高反响温度和氟气的浓度。在反响进程中，依据碳氢化合物结构的不同，逐渐增高温度和氟气浓度的进程需求几小时或几天时间，反响完成后，一切的C—H键都被C—F键取代，并且C—C键不发作断裂和重排，该方法已被用来分解一系列的氟化合物。
2.气溶胶氟化，该方法是美国Adcock教授发明的。其要害 技术为：碳氢化合物的蒸发被吸附或稀释到颗粒很细的NaF外表（大约17?），在UA的照射下，吸附碳氢化合物的颗粒喷雾进入稀释的氟气中，该方法可防止碳骨架的裂解，使生成的氟化产物产率高且轻易提纯，特殊 在全氟环烃化合物的分解中特殊 有效。
3.3氟气氟化处置技术的特点
氟气氟化处置技术具有以下特点：
（1）氟气外表处置层相似于聚四氟乙烯PTFE结构的功用层，厚度大约为0.1~10μm，质地严密、坚固 ，具有优秀的阻隔、抗污、抗磨损、抗化学腐蚀功用。
（2）氟化处置在可控的条件下与聚合物外表停止缓慢、柔和的反响，不会破坏制品的外表；生成的化学官能团使制品的活化效果不随时间而变化，气相反响的特点使氟化法可以处置任何复杂外形的制品。这种方法可以处置简直一切的聚合物。
4结语
氟处置外表涂层技术和氟气氟化处置技术是塑料制品外表氟化的两种主要方法。氟处置外表涂层技术成膜速度极快，涂层的极端坚固 性和屏蔽功用，降低外表能，提高塑料资料外表的致密性和耐油腐蚀性；而氟气氟化处置技术运用范围广，可以添加外表能，起到阻隔功用，并且使外表更具亲水功用。
塑料加工中氟化处理有哪些优势
塑料加工中氟化处理的优势中，过程很容易被控制，并且可以通过调整氟的浓度来再现。塑料加工低压等离子体也可以被用于改性塑料表面，重要的不利因素是保持低压过程的设备投资。塑料加工与传统工艺的塑料表面处理技术相比，氟化处理有明显的优势，实际上，几乎所有的塑料表面都可以用氟进行预处理。
这两个过程均在某种程度上损坏了塑料表面，其原因是因为存在着易于反应的高浓度反应物，塑料加工表面密集着强氧化作用，从而导致聚合物化学链变得不稳定，使能够很容易剥离。这就意味着活化作用会在一个较短的时间以后消失。低压等离子体也可以被用于改性塑料表面，重要的不利因素是保持低压过程的设备投资。另外，等离子低压处理只能激活塑料最外的表层。由于在塑料里的聚合物链总是倾向于活动，所以活化作用也会在一个非常短的时期后消失，简单的过程控制的再现性。因为活化作用是由氟和塑料的相互反应引起的，强度是由存在的氧气数量决定的，所以过程很容易被控制，并且可以通过调整氟的浓度来再现。
预备处理塑料加工的持久性。塑料加工薄膜和形状复杂的物件表面都能被氟化处理，塑料加工氟化处理在几乎为正常压力(500bar)时，氟化作用达到较低的层数，预备处理作用就会因此而非常强。不损坏塑料加工表面而达到优异结果。活泼的反应物浓度可以很容易达到平衡，这种浓度足以达到非常好的塑料加工活化作用，但它要低到不至于损坏表面。
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