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等离子体对铝片表面改性及其引发聚合的研究

作　者: 邓晓清
导　师: 王升高
学　校: 武汉工程大学
专　业: 材料学
关键词: 低温等离子体材料表面改性表面引发聚合聚丙烯酸钠
分类号: TQ316.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

铝片在实际生产应用中,由于其表面存在的诸多缺陷,制约了其在相关领域的应用。通过等离子体技术在材料表面引发丙烯酸单体聚合,实现材料表面的改性,例如:亲水性、吸附性等,从而达到表面功能化的目的,具有现实意义。本研究以铝片作为基体材料,用氢氧化钠活化铝片表面,Ar气作为处理气体,采用射频等离子体的方法处理铝片表面,在铝片表面形成有效的含活性物种,通过DPPH浓度法测定其自由基浓度,确定了等离子体处理铝片表面的最佳工艺条件。Ar等离子处理铝片的最佳工艺条件为:反应气压80Pa、射频功率150W、处理时间3min和暴露空气中的时间3min。在该处理条件下,铝片质量增加,表面引发聚合效果最好,而且不影响铝片本体的性质。在利用最优的工艺处理后,采用溶液接枝聚合的方法,将等离子处理后的铝片放入丙烯酸钠单体溶液中进行聚合,利用傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱分析(XPS)等表征手段对聚合后铝片表面进行了表征,通过聚合前后铝片质量计算出聚合后铝片上接枝率高低,确定了反应的最佳工艺条件为:反应pH值6.8-7、反应温度70℃以及反应时间4h。结果表明:在最优化的处理条件下,铝片表面能成功引发丙烯酸钠单体聚合,接枝上一层聚丙烯酸钠薄膜,接枝率达到10%。通过接触角测试,对等离子体引发聚合前后亲水性能的变化进行了比较,结果表明:具有聚丙烯酸钠薄膜的铝片能有效改善铝片的疏水性。通过考马斯蓝G-250法测出铝片表面吸附蛋白率,运用扫描电子显微镜的(SEM)表征观察了改性后的铝片表面吸附蛋白质后的表面形貌,结果表明:具有聚丙烯酸钠薄膜的铝片的吸附率达到52.3%,明显高于普通铝片,具有良好的吸附性。对性能的研究证实了等离子体对材料表面改性并引发聚合对材料表面功能化的可行性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章文献综述  12-28
  1.1 引言  12
  1.2 等离子体基本概念  12-15
    1.2.1 等离子体的定义  12-13
    1.2.2 等离子体的分类  13-14
    1.2.3 等离子体的超化学反应  14-15
  1.3 低温等离子体的应用  15-18
    1.3.1 低温等离子体放电方式  15-16
    1.3.2 低温等离子体的优缺点  16-18
    1.3.3 低温等离子体反应装置  18
  1.4 等离子体表面改性及引发聚合  18-19
  1.5 黏合机理  19-25
    1.5.1 表面引发聚合的方法  20-22
    1.5.2 等离子体表面改性  22-23
    1.5.3 等离子体表面引发聚合的方法  23-25
    1.5.4 等离子体引发聚合的应用  25
  1.6 选题依据和研究目的  25-28
    1.6.1 选题依据  25-26
    1.6.2 研究内容  26-28
第2章等离子体对铝片表面改性的研究  28-48
  2.1 引言  28
  2.2 实验部分  28-29
    2.2.1 实验药品  28-29
    2.2.2 实验装置  29
    2.2.3 等离子体处理方法  29
  2.3 测试和分析  29-32
    2.3.1 红外光谱分析  29-30
    2.3.2 DPPH 法测定铝片表面自由基浓度的变化  30-32
    2.3.3 扫描电子显微镜  32
  2.4 结果与讨论  32-47
    2.4.1 氢氧化钠对铝片表面性能的活化  32-34
    2.4.2 硅烷偶联剂对铝片表面性能的影响  34-37
    2.4.3 等离子体处理压力对表面性能的影响  37-39
    2.4.4 等离子体处理功率对表面改性的影响  39-41
    2.4.5 等离子体处理时间对表面改性的影响  41-43
    2.4.6 处理后的铝片在空气中暴露的时间对表面改性的影响  43-44
    2.4.7 处理前后FTIR 的表征分析  44-45
    2.4.8 处理前后SEM 的表征分析  45-47
  2.5 本章小结  47-48
第3章在铝片上引发丙烯酸钠聚合反应的研究  48-60
  3.1 引言  48
  3.2 实验部分  48-50
    3.2.1 实验药品  48-49
    3.2.2 实验装置  49
    3.2.3 在铝片上引发丙烯酸钠聚合  49-50
  3.3 测试和分析  50
    3.3.1 FTIR 测试  50
    3.3.2 AFM 测试  50
    3.3.3 XPS 测试  50
  3.4 结果与讨论  50-57
    3.4.1 单体溶液的pH 值对聚合的影响  50-51
    3.4.2 接枝温度对聚合的影响  51-52
    3.4.3 反应时间对聚合的影响  52-53
    3.4.4 聚丙烯酸钠在铝片上的FTIR 表征分析  53-55
    3.4.5 聚丙烯酸钠在铝片上的XPS 表征分析  55-56
    3.4.6 聚丙烯酸钠在铝片上的AFM 表征分析  56-57
  3.5 本章小结  57-60
第4章等离子体引发聚合后铝片表面性能的研究  60-70
  4.1 引言  60
  4.2 铝片表面亲水性能的研究  60-63
    4.2.1 亲水性的测试分析  60-63
  4.3 铝片表面蛋白质吸附性能的研究  63-69
    4.3.1 实验部分  63-64
    4.3.2 实验原理  64-67
    4.3.3 实验结果分析  67-69
  4.4 本章小结  69-70
第5章总结与展望  70-72
  5.1 论文总结  70-71
  5.2 论文展望  71-72
参考文献  72-80
攻读硕士期间已发表的论文  80-82
致谢  82

等离子体对铝片表面改性及其引发聚合的研究

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