有機高分子材料與表面處理技術

盧靜瓊

摘要：有機高分子材料是目前運用最為廣泛的材料之一，由于其種類多樣，針對不同種類的有機高分子材料表面處理需要不一樣的表面處理技術。對此，本文介紹了有機高分子材料的概念及其結構特征，并闡述了其分類，最后針對不同的有機高分子材料列出了幾種不同的表面處理技術。

關鍵詞：有機高分子材料；表面處理；技術

中圖分類號：TB324 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）06-0055-02

目前有機高分子材料表面處理技術已經有長足的發展，針對不同有機高分子材料的表面處理都有相應的表面處理方法。對此，本文提出了以下幾點內容。

一、有機高分子材料概念及其結構特征

高分子材料是由一種或多種結構單元多次重復鏈接起來的化合物，通常情況下，高分子材料都是由碳、氫、氧、氮等元素組成，雖然組成元素相對較少，但相對分子量較大，這也是高分子材料的由來。在人們的生活中，聚氯乙烯是一種較為常見的有機高分子材料，其結構單元為（CH2=CHCl），是由兩種結構單元-NH（CH2）6-NH-和-CO-（CH2）4CO-多次重復鏈接組成。而這種特殊結構也造就了高分子材料特殊的性質。例如，高分子主鏈有一定的內旋自由度，因此它可以彎曲，從而使得分子鏈具有一定的柔韌性，同時高分子結構單元間的作用力和分子鏈的交聯結構可以直接影響高分子材料的聚集態結構，而這也是決定有機高分子材料主要性能的主要因素。一般來說，有機高分子化合物固態、液態、氣態的變化并不明顯，而在通常情況下，有機高分子材料都是以固態出現在人們的生活當中。固態高分子化合物主要有三種存在形式，即：玻璃態、橡膠態、纖維態。固態高分子化合物一般都是具有一定的硬度和剛性的物體，由于部分固體高分子化合物比較透明，故稱玻璃態；而橡膠態主要是由于有機高分子材料的高分子鏈出于自然無規則和卷曲狀態，如果受到應力影響可以被拉伸，而除去應力又可以恢復為卷曲狀態，從而表現出彈性性質，故稱橡膠態；而處于纖維態的有機高分子材料通常都是構成長度比直徑大很多倍的纖細材料。而由于有機高分子材料的這些結構特征，因此造就了有機高分子材料的特殊性能。比如，機械強度大、彈性較好、可塑性較強、硬度剛度較大、具有絕緣性、氣密性良好等。由于有機高分子材料具有以上等多方面的優質性能，也使得有機高分子材料具有非常廣泛的用途。

二、有機高分子材料的分類

隨著化工行業的發展，我國許多領域對有機高分子材料的需求也越來越高，為了明確不同種類有機高分子材料的性質，人們對有機高分子材料進行了科學的分類。首先，根據有機高分子材料的來源分類可以將其分為三種類型，一是天然高分子化合物、二是合成高分子化合物、三是半合成高分子化合物；其次，按照合成反應特點分類可以將有機高分子材料分為聚合物、縮合物、一級開環聚合物等；最后根據理化性質和用途可以有機高分子材料分為塑料、橡膠、纖維等。

三、不同有機高分子材料的表面處理技術

（一）難粘高分子材料的表面處理技術

1.化學試劑處理法。化學試劑處理法是以往對難粘高分子材料進行表面預處理的常用方法，在這里值得注意的是化學試劑處理法只是難粘高分子材料化學處理方法的一個總稱，具體來說該方法還可以分為硫酸法、過硫酸法、自磷法、高錳酸鉀法等。對于化學試劑處理法來說，它主要是用于將難粘高分子材料表面進行氧化以及導入羧基、乙炔基、羥基等基團。其主要目的是為了破壞難粘高分子材料的薄弱界面層從而增加難粘高分子材料表面的粗糙度，從而改善其粘附性。而對于化學試劑處理法來說，影響其處理效果的因素主要分為四個方面：一是化學試劑的配方、二是表面處理的時間、三是進行處理時的溫度、四是被處理材料的種類。總的來說，運用該法對難粘高分子材料進行處理能夠得到較好的處理結果，同時還具有不需要使用特殊設備的優點。但由于該法在處理過程中容易導致制品著色、處理時間較長，以及污染嚴重等缺陷在目前的難粘高分子材料處理過程中已經逐漸被人們所遺棄。

2.氣體熱氧化法。通常情況下，難粘高分子材料可以通過空氣、氧氣、臭氧地等氣體進行氧化，從而改善其粘附性。一般來說，在實際的氣體氧化處理中，人們都會選擇臭氧對難粘高分子材料進行表面氧化處理。其主要原因在于利用臭氧對難粘高分子材料進行表面處理不會受到抗氧劑的影響，從而有利于提高氧化效果。但在實際中熱空氣氧化和氣體氮化也是常用的氧化方法。對于熱空氣氧化法來說，它可以利用在熱空氣中添加某些促進劑提高其剝離強，從而加快反應速度，提高氧化效果。而氣體氮化則是一種較為簡單的施工工藝，具有污染較低、處理效果較好等優點，因此受到了廣泛的應用。而由于該方法需要一些大型的設備，因此也受到了一定的限制。

3.火焰處理法。火焰處理法是一種對難粘高分子材料進行處理的較為直接的方法，它是利用一定配比的混合氣體在特殊的燈頭上燃燒，并將火焰與難粘高分子材料進行直接接觸的一種處理方法。利用該方法，可以有效地將含氧基團和不飽和雙鍵導入到難粘高分子材料的表面，從而消除薄弱界面層。由于其直接利用火焰與難粘高分子材料表面進行接觸，因此其處理效果較為明顯。同時由于利用該法對設備的要求較低、需要的成本較低，使得該法在目前比較流行。[1]但由于該法是直接利用火焰與難粘高分子材料進行接觸，因此需要嚴格控制處理過程，避免溫度過高導致材料變形或者是燒壞材料。

4.電暈處理法。電暈處理法是將高頻高壓電流施加在放電電極上，以此產生大量的等離子體和臭氧，并與難粘高分子材料表面進行直接或間接作用，從而在難粘高分子材料表面導入含氧基團和不飽和雙鍵，使得難粘高分子材料表面的張力得到提高，并粗糙其表面，在經過去油污、去水汽等處理使得難粘高分子材料的粘附性明顯提高，從而達到表面處理目的。通常情況下，利用該法對難粘高分子材料進行處理可以有效地縮短處理時間，同時操作較為簡便，處理效率較高，使得該法在目前也成為了應用最為廣泛的處理方法之一。但利用該法處理的效果并不穩定，處理完成之后應當立即投入使用。

（二）PEEK高分子材料的表面處理技術

1.噴砂法。對于PEEK高分子材料的表面處理來說，該法主要是將可能影響高分子材料化學結合的污染進行清潔，從而創造出一個具有鎖結作用的粗糙表面，擴大粘結面積，從而提高PEEK高分子材料的粘附性。利用該法對PEEK材料進行處理的過程中，需要注意到材料的硬度。其主要原因在于材料硬度較大，砂粒粒度較小，將會導致PEEK高分子材料的表面粗糙程度達不到要求。而粒度較大，則有可能導致處理表面脫落。

2.酸蝕法。對于PEEK高分子材料的表面處理來說，酸蝕法也是一種常用的處理方法，起作用原理是利用98%的濃硫酸對PEEK表面進行化學處理，從而使得PEEK高分子材料表面產生一個多孔可滲透的表面。而多孔可滲透的表面有利于粘結劑的滲透，從而提高PEEK高分子材料表面的粘附性。在這里值得注意的是，利用該法如果使用同樣濃度的鹽酸或硝酸PEEK高分子材料表面將不會發生改變，因此這里的98%高濃度硫酸一般是不可被替換的。

3.二氧化硅涂層和硅烷化處理法。利用二氧化硅涂層和硅烷化處理實質上是對噴砂技術的改良，其主要處理步驟是在氧化鋁表面覆蓋一層二氧化硅，并經過高溫粉砂處理從而使其表面形成硅酸鹽涂層。其作用原理和傳統的噴砂法類似，但由于引入了硅元素，使得硅烷偶聯劑的效果更為明顯。

4.低溫等離子體處理技術。利用低溫等離子處理技術對PEEK高分子材料進行處理，其原理上是對高分子材料表面進行多重的物理化學變化，從而使非極性表面轉化極性表面，從而增加粘結面的相互作用，從而提高PEEK高分子材料表面的粘結性能。

四、結束語

綜上所述，本文詳細分析了有機高分子材料的結構性質，并詳細闡述了其分類，針對不同高分子材料提出了不同的表面處理技術。相比較而言，雖然各表面處理技術都存在一定的方法和形式上的差異，但其最終目的都具有一定的共同性，而各方法在實際中也都具有各自的優勢，但同時大多數都具有一定的缺陷。因此，為了更好地提高我國有機高分子材料表面處理效果，我國還需要在表面處理技術上進行進一步的發展。

參考文獻：

[1]常建國.新型有機抗菌劑及抗菌高分子材料的合成、制備及表征[D].長春理工大學，2016.

[2]吳仕海.淺析有機化學在高分子材料合成中的應用[J].科技經濟導刊，2016，（08）：157+132.