浅谈聚合物填料的表面改性和润湿
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聚合物材料的表面改性技术及应用引言:聚合物材料在现代工业中起着重要的作用,然而,由于其表面性质的限制,其应用受到了一定程度的限制。
为了克服这一问题,科学家们开发了各种表面改性技术,使聚合物材料具有更广泛的应用领域。
本文将介绍一些常见的聚合物材料表面改性技术及其应用。
一、化学改性技术化学改性技术是通过在聚合物材料表面引入新的化学官能团,改变其表面性质的方法。
其中,最常用的方法是表面接枝聚合。
通过在聚合物表面引入具有特定官能团的单体,然后进行接枝聚合反应,可以改变聚合物表面的化学性质。
这种方法可以使聚合物表面具有更好的亲水性、抗菌性等特性,从而扩展其应用领域。
例如,将聚合物表面接枝亲水性单体,可以制备具有良好润湿性的聚合物薄膜,用于医疗器械、食品包装等领域。
二、物理改性技术物理改性技术是通过物理方法改变聚合物材料表面的性质。
其中,最常用的方法是表面涂覆。
通过在聚合物表面涂覆一层具有特定性质的材料,可以改变其表面的光学、电学、热学等性质。
例如,将聚合物表面涂覆一层导电性材料,可以制备具有导电性能的聚合物薄膜,用于电子器件等领域。
此外,还可以利用等离子体处理、激光照射等方法对聚合物表面进行改性,以提高其光学、机械性能等。
三、纳米改性技术纳米改性技术是利用纳米材料对聚合物表面进行改性的方法。
纳米材料具有较大的比表面积和独特的物理、化学性质,可以在聚合物表面形成纳米尺度的结构,从而改变其性质。
例如,将纳米颗粒添加到聚合物中,可以增强其力学性能和耐磨性。
此外,还可以利用纳米粒子自组装技术制备具有特定结构和功能的聚合物薄膜,用于传感器、光学器件等领域。
四、应用前景聚合物材料的表面改性技术为其应用领域的拓展提供了新的可能。
通过改变聚合物材料的表面性质,可以使其具有更好的耐磨性、抗菌性、润湿性等特性,从而适用于更广泛的领域。
例如,在医疗器械领域,利用聚合物材料的表面改性技术可以制备具有抗菌性能的医疗器械,从而降低感染风险。
聚合物材料的改性与应用聚合物材料作为一类重要的材料,具有广泛的应用前景。
为了满足不同领域的需求,人们经过不断地研究与改良,开发出了许多改性方法以及相关的应用技术。
本文将介绍一些聚合物材料的改性方法,并探讨它们在不同领域中的应用。
一、改性方法1. 添加填料填料可以提高聚合物材料的性能,比如增加强度、改进耐热性、改善导电性等。
常见的填料包括纳米颗粒、纤维素、碳纤维等。
添加填料的改性方法可以通过挤出、共混等工艺实现。
2. 合金化改性聚合物可以通过与其他合适的材料进行合金化,改变聚合物的性质。
比如与金属合金化可以增加强度和刚度,与陶瓷合金化可以提高耐磨性和耐热性等。
3. 化学改性化学改性是通过引入功能基团或进行聚合反应来改变聚合物的特性。
比如,通过交联反应可以提高聚合物的热稳定性和耐化学性;通过接枝反应可以增加聚合物的附着力和耐老化性。
4. 表面修饰表面修饰可以通过改变聚合物材料的表面性质来得到所需的性能。
比如,通过等离子体处理可以增加聚合物的亲水性和粘附性;通过涂层技术可以提高聚合物的耐磨性和耐腐蚀性等。
二、应用领域1. 包装材料聚合物材料的优良特性使其成为广泛应用于包装领域的理想选择。
通过改性可以提高聚合物材料的耐撕裂性、耐渗透性、耐撞击性等,在食品包装、药品包装、电子产品包装等领域发挥重要作用。
2. 汽车工业改性后的聚合物材料在汽车工业中有着广泛的应用。
例如,通过纳米填料的添加可以显著提高塑料汽车零部件的强度和耐磨性,降低重量,提高燃油效率。
3. 医药领域聚合物材料在医药领域的应用也日益广泛。
通过改性可以提高聚合物的生物相容性、机械性能和药物释放性能等。
例如,改性后的聚合物可以用于制备人工骨骼、医疗器械和药物缓释系统等。
4. 纳米技术聚合物材料与纳米技术结合可以产生许多独特的性能和应用。
通过纳米颗粒的引入,可以改善聚合物的力学性能、导电性能和光学性能等。
这些改性后的聚合物材料在电子学、光电子学和纳米生物技术等领域有着广泛的应用。
零、绪论聚合物改性的定义:通过物理和机械方法在高分子聚合物中加入无机或有机物质,或将不同类高分子聚合物共混,或用化学方法实现高聚物的共聚、接枝、嵌段、交联,或将上述方法联用,以达到使材料的成本下降,成型加工性能或最终使用性能得到改善,或使材料仅在表面以及电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能等效果,统称为聚合物改性。
聚合物改性的目的:所谓的聚合物改性,突出在一个改字。
改就是要扬长补短,要发扬和保留聚合物原有的优势,抑制和克服聚合物原有的缺点,并根据实际需要赋予聚合物新的性能。
聚合物改性的三个主要目的:①克服聚合物原有的缺点,赋予聚合物某些高新的性能与功能②改善聚合物的加工工艺性能③降低材料的生产成本总之,聚合物改性就是要在聚合物的使用性能、加工性能与生产成本三者之间寻求一个最佳的平衡点。
聚合物改性的意义:1.新品种的开发越来越困难(已开发的品种数以万计,工业化的三百余种。
资源限制、开发费用、环境污染)2.使用性能的多样化、复杂化,要求材料有多种性能及功能,单一聚合物难以实现。
3.聚合物改性科学应运而生——获取新性能聚合物的简洁而有效的方法。
聚合物改性的主要方法:共混改性;填充改性;纤维增强复合材料;化学改性;表面改性聚合物改性发展概况几个重要的里程碑事件:1942年,采用机械熔融共混法将NBR掺和于PVC之中,制成了分散均匀的共混物。
这是第一个实现了工业化生产的聚合物共混物。
1948年,HIPS1948年,机械共混法ABS问世,聚合物共混工艺获得重大进展。
二者可称为高分子合金系统研究开发的起点。
1942年,制成了苯乙烯和丁二烯的互穿聚合物网络(IPN),商品名为“Styralloy”,首先使用了聚合物合金这一名称。
1960年,建立了IPN的概念,开始了一类新型聚合物共混物的发展。
IPN已成为共混与复合领域一个独立的重要分支。
1965年,Kato研究成功OsO4电镜染色技术,使得可用透射电镜直接观察到共混物的形态,这一实验技术大大促进了聚合物改性科学理论和实践的发展,堪称聚合物发展史上重要的里程碑。
聚合物材料的表面改性方法聚合物材料是一类具有广泛应用前景的材料,具有质轻、高强度、耐腐蚀等特点。
然而,由于其表面的化学稳定性较差,导致其在某些特殊环境下容易受到损伤。
为了改善聚合物材料的性能,人们通过表面改性方法对其进行处理,并赋予其更多的功能。
本文将介绍一些常见的聚合物材料的表面改性方法。
物理气相沉积(PVD)是一种常见的表面改性方法。
通过将金属等材料以适当的气氛转变为气体态,然后使其在高真空环境中与聚合物材料表面发生反应,从而形成一层新的材料。
PVD能够显著提高聚合物材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
此外,PVD还可以通过控制沉积参数来调节材料层的粗糙度和结构,从而实现对材料性能的精确调控。
化学沉积是另一种常见的聚合物表面改性方法。
化学沉积利用化学反应使金属或其他材料以原子或分子的形式沉积在聚合物材料的表面上。
与物理气相沉积不同,化学沉积可以在常压或低压下进行。
化学沉积能够根据反应条件的不同,形成不同厚度、形貌和成分的材料层,从而使聚合物表面的性能得到改善。
例如,通过化学沉积薄层二氧化硅,可以增强聚合物材料的耐候性和耐磨性。
离子注入是一种通过将离子注入到聚合物表面来改变其性能的方法。
离子注入可以显著改变聚合物的化学结构和表面性质,从而实现对材料性能的调节。
通过控制注入的离子种类和能量,可以使聚合物材料表面发生化学反应,形成新的摩擦性能、光电性能等。
离子注入方法具有对材料表面改性效果持久、成本低廉等优点,因此得到了广泛应用。
高能束流 (EB) 辐照是一种利用电子束对聚合物材料进行表面改性的方法。
在高能束流辐照下,能量较高的电子束穿透聚合物材料,与其分子相互作用,从而引发一系列化学反应。
这些反应可以引起预期的表面改性效果,如增加表面粗糙度、提高耐久性和改善光学性能等。
由于高能束流辐照能够实现材料的局部改性,因此在一些特定应用中得到了广泛应用。
总之,聚合物材料的表面改性是提高其性能的重要途径。
通过物理气相沉积、化学沉积、离子注入和高能束流辐照等方法,可以赋予聚合物材料更多的功能性和改善其性能。
聚合物材料的改性及其应用研究聚合物材料已经成为现代工业中最重要的材料之一。
它们具有出色的特性,包括良好的化学稳定性、耐热性、耐候性、抗氧化性、电气绝缘性等等。
然而,聚合物材料仍然存在一些局限性,如强度、刚度和耐腐蚀性等方面。
为了克服这些局限性,聚合物材料的改性成为了一个重要领域。
一、改性聚合物材料的种类改性聚合物材料的种类非常多,常见的有以下几种:1. 共聚物材料共聚物材料是由两种或更多种不同单体聚合而成的材料。
共聚物材料通常具有更好的性能,如强度、耐热性和耐腐蚀性等方面。
2. 涂层材料涂层材料可以增加聚合物材料的表面强度、耐热性和耐腐蚀性,同时也可以为聚合物材料提供更好的表面光洁度和外观。
3. 接枝聚合物材料接枝聚合物材料由两种或更多种聚合物分子通过共价键连接而成。
这种材料具有更好的强度和耐热性。
4. 填料材料填料材料是一种将天然或合成的颗粒添加到聚合物中以增强材料性能的方法。
常用的填料材料有硅酸盐、玻璃珠、纤维、碳黑等。
5. 交联聚合物材料交联聚合物材料是一种通过化学交联处理或物理交联处理提高聚合物材料性能的方法。
常用的交联处理方法有紫外线交联、电子束交联和热交联等。
二、改性聚合物材料的应用研究改性聚合物材料广泛应用于工业、医疗、电子、建筑和汽车等多个领域。
下面介绍一下其中一些应用研究的情况。
1. 汽车领域改性聚合物材料在汽车领域的应用研究非常广泛。
聚碳酸酯、聚苯乙烯和聚丙烯等聚合物材料经过改性后可以用于汽车零部件中,包括前脸、车门、仪表盘和中控台等部位。
这些改性聚合物材料具有更好的强度、耐热性和耐腐蚀性。
2. 医疗领域医疗领域对材料性能要求非常高,因此改性聚合物材料在这个领域的应用也非常广泛。
聚酯、聚氨酯和聚丙烯等聚合物材料经过改性后可以用于制造医疗器械、医用敷料和医用手套等,这些改性聚合物材料具有更好的耐热性、细菌滤过性和生物相容性。
3. 电子领域电子领域对材料性能的要求也非常高。
改性聚合物材料可以用于生产光学电缆、微处理器封装材料和耐高温电缆等电子元器件。
高分子材料表面润湿性改性研究一、引言高分子材料广泛应用于现代化工、制造、医学等领域,但其表面润湿性常常不足以满足特定需求。
因此,科学家需要改性高分子材料表面润湿性以满足特殊的应用需要。
这篇文章着重从不同角度探讨改性高分子材料表面润湿性的研究进展。
二、润湿性概述表面润湿性是润滑剂、颜料、胶粘剂、涂料、聚合物等材料应用中至关重要的性质,是基于表面形态、表面能量和液体表面张力的互作用原理。
通过表面张力的影响,液体能够黏附在具有亲和力的表面上,从而使材料表现出润湿性。
表面润湿性对于许多应用非常关键,包括生物学、生物医学、纳米技术、涂料等多个领域,因此,高分子材料表面润湿性的改性研究越来越受到重视。
三、改性方法目前,有许多途径来改性高分子材料表面润湿性,除了物理和化学方法之外,在材料平台上,活性涂层、多功能纳米材料和基于生物特征的改性方法受到越来越多的关注。
1. 物理方法物理方法是通过对高分子材料表面进行局部调整改变其润湿性。
典型的方法包括激光纹理加工、电化学阳极氧化、热处理和等离子体处理。
激光纹理加工能够形成非常细致的结构和形态,在改善高分子材料表面润湿性方面具有很大的潜力。
电化学阳极氧化是利用电化学氧化法对金属、高分子等表面进行改性。
热处理包括热压和退火是一种简单有效的方法,通过调节温度和时间来改善润湿性。
等离子体处理可通过工艺参数调节得到不同的表面化学键和化学成分,从而改变表面润湿性。
2. 化学方法化学方法是通过对高分子材料表面进行化学修饰使其具有良好的润湿性。
在化学方法中,活性涂层和多功能纳米材料是当前广受关注的领域。
活性涂层可以在材料表面上形成功能性化合物层,从而获得所需的表面润湿性、切削和摩擦性能。
活性涂层的目的是选择单一或混合高分子材料,利用活性化合物集成表面上的亲水、疏水性,太阳能吸收、电化学、光学、生物响应等。
多功能纳米材料的目标是,通过合成具有多种作用的复合材料,实现材料的优化性质。
多功能纳米材料有多种结构和形态,因此,它们有不同的性质,如增强材料的机械性能、抗氧化和防腐等。
聚合物导热材料用填料及其表面处理的研究进展摘要:随着现代工业的发展,对材料原料生产和应用的要求越来越高。
导热材料具有良好的热交换性能,用于航天、电子、化工、LED等领域。
传统的LED材料由铝、镁合金、铜和其他金属组成,需要在腐蚀化工行业中进行绝缘。
用作导热性材料的金属不适合创建,而且成本高昂。
导热材料是一种新的功能性高分子材料,广泛应用于导热中。
本文介绍了聚合物导热材料差异,并描述了材料研究的下一个趋势。
关键词:导热塑料;导热填料;表面处理;导热系数聚合物导热材料是一种新的功能性高分子材料,广泛应用于导热中。
聚合物材料具有良好的绝缘特性,可以轻松成型。
但是,单纯聚合物材料的导热系数较低,若要扩展其在导热系数领域的应用,必须修改其功能。
通常有两种方法改性:通过化学聚合材料具有特定结构的新材料,物理共混改性。
化学合成技术的开发通常是复杂、耗时和昂贵的。
物理共混改性以获得热聚合物的成熟应用前景。
显然,第二种方法既简单又经济,通常用于导热。
这是目前提高聚合物材料导热系数的主要方法。
填料主要由具有不同性质、导热系数和应用范围的金属和非金属填料组成。
一、聚合物导热材料世界上大部分能量都是以热的形式释放出来的,为了有效地控制热量,越来越多的材料需要导热系数。
金属作为一种传统的热材料,在某些区域的使用有限。
聚合物基材料是热控领域替代金属材料的理想材料,因为它们易于加工、腐蚀和加工,尤其是在电子行业。
对导热材料的需求也在增加。
导热聚合物复合的研究与开发已成为功能复合研,对导热填料的许多研究导热聚合物的性能和应用,特别是对热纳米填料的研究,为其开辟了新的可能性。
但是,导热聚合物复合材料的研究受到一定限制。
在许多情况下,复合材料的导热系数不符合应用要求。
聚合物由于的较低(0.2-0.4W/m·K)导热系数,这对复合材料聚合物的非常有害是加工和使用。
此外,由于混合和复合材料,导热聚合物材料更易于传导。
填料形状研究重点是选择、分布粒度和用量填料的优化。
无机填料的改性及其在复合材料中的应用随着复合材料讨论的深入进展和应用,作为复合材料组份之一的填料,日益受到了人们的广泛重视。
填料是材料改性的一种紧要手段,不仅可以降低材料的成本,而且可以显著地改善材料的各种性能,给与材料新的特征,扩大其应用范围。
但由于填料与聚合物在化学结构和物理形态上,存在着显著的差异,两者缺乏亲和性,因此必需对填料进行表面活化处理,以使填料与聚合物两者之间达到很好的浸润。
1填料的表面改性技术填料表面改性,是对填料的性质进行优化,开拓新的应用领域,提高工业价值和附加值的有效途径和紧要技术之一。
通过更改填料表面原有的性质,如亲油性、吸油率、浸润性、混合物粘度等,可以改善填料与聚合物的亲合性、相容性以及加工流动性、分散性,加强填料和聚合物界面之间的结合力,使复合材料的综合性能得到显著的提高,因而填料改性技术的进展,就成为当前很活跃的一个讨论课题。
1.1偶联剂处理偶联剂是一种能够加强无机填料与聚合物之间亲合力的有机化合物。
其通过对无机填料进行化学反应,或物理包覆等方法,使填料表面由亲水性变成亲油性,达到与聚合物的紧密结合从而提高复合材料的综合性能。
目前使用最多的偶联剂,是硅烷偶联剂、钛酸酯和铝酸酯偶联剂。
其中硅烷偶联剂又是品种最多、用量最大的一种,重要用于填充热固性树脂的玻璃纤维和颗粒状含硅填料的表面处理。
如采纳硅烷偶联剂对云母进行预处理,可以明显提高云母填充聚丙烯复合材料的力学性能、热性能和电性能。
用硅烷偶联剂处理石英填充聚氯乙烯复合材料,也能显著加强其力学强度。
与硅烷偶联剂不同,钛酸酯偶联剂能给与填充体系较好的综合性能,如钛酸酯偶联剂处理CaCO3、炭黑、玻璃纤维和滑石粉时,能与无机填料表面的自由质子反应,在填料表面形成有机单分子层,因而能显著改善无机填料与聚烯烃之间的相容性。
故在选用偶联剂时,要综合考虑基体树脂的类型和填料的物化性质。
由于偶联剂对填充效果起着至关紧要的作用,所以偶联剂的开发和偶联技术,依旧是紧要的讨论领域,应重点讨论适应范围广、改性效果好、成本低的新型偶联剂和相应的偶联技术。
填料润湿系数填料湿润系数,也称填料润湿系数,是指填料的表面对流体的湿润性能。
填料湿润系数的大小对填料塔的传质效果和分离效果有着重要的影响。
填料湿润系数越大,填料表面越容易湿润,流体在填料表面形成的液膜流动阻力较小,传质效果较好;反之,填料湿润系数越小,填料表面越不容易湿润,传质效果较差。
在填料湿润系数的研究中,我们可以从以下几个方面来探讨:一、填料的材质填料的材质对其湿润性能有着重要的影响。
一般来说,某些亲水性的填料,如塑料填料、陶瓷填料等,其湿润性能较好,湿润系数较大;而某些疏水性的填料,如金属填料、玻璃填料等,其湿润性能较差,湿润系数较小。
因此,在填料的选择上,应该根据具体的工艺要求和传质效果来选择合适的填料材质,以达到最佳的分离效果。
二、填料的表面处理填料的表面处理可以改变其表面的湿润性能。
通过在填料表面进行化学处理或物理处理,可以使填料的表面变得更容易湿润,从而提高其湿润系数。
常用的表面处理方法包括表面活性剂处理、等离子体处理、溶剂处理等。
这些表面处理方法可以有效地提高填料的湿润性能,改善填料塔的传质效果。
三、填料的形状和结构填料的形状和结构对其湿润性能也有一定的影响。
一般来说,表面秃露度高、孔隙率大的填料,其湿润系数较大;而表面粗糙度高、孔隙率小的填料,其湿润系数较小。
因此,在填料的设计和选择上,应该考虑填料的形状和结构对湿润性能的影响,以达到最佳的传质效果和分离效果。
综上所述,填料湿润系数是影响填料塔传质效果和分离效果的重要因素。
通过对填料的材质、表面处理、形状和结构等方面进行研究和优化,可以提高填料的湿润性能,从而改善填料塔的传质效果和分离效果。
在实际工程中,应该根据具体的工艺要求和操作条件,选择合适的填料,以达到最佳的工艺效果。
聚合物的改性方法
聚合物的改性方法有很多种,常见的改性方法包括物理改性和化学改性。
物理改性方法主要包括以下几种:
1. 混合改性:将两种或多种聚合物混合并加热或者进行机械混合,以改变聚合物的物理性质,如增加韧性、改善加工性能等。
2. 加填料改性:向聚合物中加入填料(如纤维、颗粒等)以增强其力学性能,如增加强度、刚度等。
3. 拉伸改性:通过拉伸、冷拉伸等方式对聚合物进行物理拉伸改性,可使聚合物的结晶度增加,从而改善其力学性能。
4. 放射线改性:通过辐射(如γ射线、电子束)照射聚合物,使其分子链断裂或交联,从而改变其性能。
化学改性方法主要包括以下几种:
1. 共聚改性:通过将两种或多种不同单体反应聚合,得到共聚物来改变聚合物的性能,如共聚物可以提高聚合物的强度、耐热性等。
2. 交联改性:通过交联剂对聚合物进行交联反应,使聚合物分子之间发生交联,从而增加聚合物的热稳定性、耐化学腐蚀性等。
3. 功能改性:向聚合物中引入具有特殊功能的化学基团,如引入亲水基团可以增加聚合物的亲水性,引入光敏基团可以实现光响应性等。
4. 化学修饰:通过对聚合物表面进行化学修饰,如引入活性基团、磁性粒子等,以改变聚合物表面的性质,如增加亲附性、增强稳定性等。
不同的改性方法适用于不同的聚合物和需求,通过合理选择和组合这些改性方法,可以获得特定性能的改性聚合物。
聚合物表界面改性方法概述摘要:聚合物由于表面能低、表面具有化学惰性、难以润湿和粘合、聚合物表面污染及存在弱边界层,所以要使用一定的方法金星表面改性,提高整体性能。
聚合物表面改性通常需要改变表面化学组成,引进带有反应性的功能团;清除杂质或弱边界层;改变界面的物理形态,提高表面能;改进聚合物表面的润湿性和黏结性;设计界面过渡层等。
关键词:聚合物;表面改性;研究进展,应用聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用,但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差,限制了聚合物材料的进一步应用。
为了改善这些表面性质,需要对聚合物的表面进行改性。
聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下,在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作,赋予材料表面某些全新的性质,如亲水性、抗刮伤性等。
聚合物的表面改性方法很多,本文综述了常见的改性及最新的研究进展。
下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。
这些方法一般只引起10-8〜10-4m厚表面层的物理或化学变化,不影响其整体性质。
一、电晕放电处理电晕放电是聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。
因为聚烯烃,聚丙烯等烯烃是非极性是非极性材料,有高度结晶性,其表面的印刷、粘接、涂层非常困难。
原理:塑料薄膜在电极和感应辊之间通过。
当施加高压电时,局部发光放电,产生电子、正离子、负离子等高能离子。
电子的冲突电离作用使电子、离子增殖,产生的正离子、光子又发生二次电离而持续放电,结果在阳极和阴极之间产生电晕。
这些高能粒子与聚合物表面作用,使聚合物表面产生自由基和离子,在空气中氧的作用下,聚合物表面可形成各种极性基团,因而改善了聚合物的黏结性和润湿性。
二、火焰处理和热处理1.火焰处理①定义:用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬时高温燃烧,使其表面发生氧化反应而达到处理的目的②常用可燃气体:采用焦炉煤气或甲烷、丙烷、丁烷、天然气和一定比例的空气或氧气。
即焦炉煤气、甲烷、丙烷、丁烷、天然气。
聚合物基复合材料的界面改性技术在现代材料科学领域中,聚合物基复合材料因其优异的性能而备受关注。
然而,要充分发挥这些材料的潜力,界面改性技术是关键环节之一。
聚合物基复合材料通常由聚合物基体和增强材料组成。
界面作为连接这两种不同性质材料的区域,其性能对复合材料的整体性能有着至关重要的影响。
如果界面结合不良,会导致应力传递不畅、容易产生裂纹等问题,从而降低复合材料的力学性能和耐久性。
目前,常见的界面改性技术主要包括以下几种。
化学改性是一种重要的方法。
通过在增强材料表面引入特定的化学官能团,可以增强其与聚合物基体的相容性和化学键合能力。
例如,对碳纤维进行表面氧化处理,增加其表面的含氧官能团,能显著提高与环氧树脂等基体的结合强度。
这种方法可以有效地改善界面的粘结性能,提高复合材料的力学性能。
物理改性也是常用的手段之一。
其中,等离子体处理是一种较为先进的技术。
等离子体中的高能粒子能够对增强材料表面进行刻蚀和活化,从而改变其表面的粗糙度和化学组成。
经过等离子体处理后的增强材料,表面能增加,与聚合物基体的浸润性得到改善,进而提升了界面的结合效果。
还有一种方法是使用偶联剂。
偶联剂分子一端能与增强材料表面发生反应,另一端则能与聚合物基体相互作用,从而在两者之间建立起有效的桥梁。
例如,硅烷偶联剂在玻璃纤维增强聚合物复合材料中得到了广泛应用。
它能够显著提高玻璃纤维与聚合物基体之间的界面结合强度,增强复合材料的综合性能。
除了上述方法,对聚合物基体进行改性也是一种有效的途径。
通过共聚、共混等手段,改变聚合物基体的化学结构和物理性能,使其与增强材料更好地匹配。
例如,在尼龙基体中引入弹性体组分,可以提高其韧性,从而改善与增强纤维的界面性能。
在实际应用中,往往会根据具体的材料体系和性能要求,综合运用多种界面改性技术。
以碳纤维增强环氧树脂复合材料为例,如果单纯采用化学改性处理碳纤维,虽然能够在一定程度上提高界面结合强度,但可能会对碳纤维的力学性能造成一定损伤。
填料润湿要求填料润湿是指在工业生产中,为了提高填料的吸附性能和润湿性能,采取的一种处理方法。
填料润湿要求是指填料在特定液体介质中的润湿性能要达到一定的要求,以确保填料在工业生产中的正常运行和性能发挥。
填料润湿要求的重要性不可忽视。
首先,填料的润湿性能直接影响填料与液体介质之间的接触面积和接触程度。
如果填料的润湿性能不好,液体介质无法充分地与填料接触,会导致填料的吸附性能下降,无法有效地吸附和分离目标物质。
其次,填料的润湿性能还会影响填料的传质性能和传质效率。
如果填料的润湿性能不好,液体介质无法充分地渗透和扩散到填料内部,会导致传质效率低下,降低工艺的经济效益。
为了满足填料润湿要求,可以采取以下几种方法。
首先,选择合适的填料材料。
不同的填料材料具有不同的润湿性能,需要根据具体的工艺要求选择合适的填料材料。
其次,可以通过改变填料的表面性质来改善填料的润湿性能。
例如,可以通过表面改性、涂覆等方式,增加填料表面的亲水性,提高填料的润湿性能。
此外,还可以通过改变液体介质的性质来改善填料的润湿性能,例如调整液体介质的表面张力、粘度等参数,提高填料的润湿性能。
填料润湿要求的具体内容可以根据不同的工艺要求而有所不同。
一般来说,填料润湿要求包括填料的润湿角、润湿速度、润湿均匀性等指标。
润湿角是评价填料润湿性能的重要指标之一,它反映了填料表面与液体介质之间的润湿程度。
润湿角越小,说明填料的润湿性能越好。
润湿速度是指液体介质进入填料内部的速度,也是评价填料润湿性能的重要指标之一。
润湿均匀性是指填料表面的润湿程度是否均匀,润湿均匀性好,可以确保填料的吸附性能和传质性能均匀稳定。
在实际工业生产中,填料润湿要求的达成需要综合考虑多个因素。
首先,需要考虑填料的材料选择和处理方法,以确保填料具有良好的润湿性能。
其次,需要根据具体的工艺要求和操作条件,选择合适的液体介质,以提高填料的润湿性能。
同时,还需要通过合理的工艺控制和操作方法,保证填料润湿要求的达成。
浅谈聚合物填料的表面改性和润湿
王斌
(昆明理工大学化学工程学院,昆明650093)
摘要:聚丙烯作为塔填料广泛应用于化工分离过程中,但是聚丙烯填料有其严重的不足之处,不易被液体所润湿,这将大大影响分离的传质效果。
本文主要介绍了两类改善聚合物填料润湿性能的方法:表面糙化和表面极化,及其特点。
关键词:聚合物填料;表面改性;润湿性能
一.概述
精馏、吸收、萃取、冷却和洗涤等单元操作常采用各种塔设备,其中填料塔约占50%。
填料塔中最重要的元件是填料。
对填料的要求是流体通过填料层的压降尽可能低,所提供的相界面要尽可能大。
工业用填料通常有3种不同的界面概念,即几何表面、润湿表面和相界面,三者之中以相界面为最重要。
相界面的大小首先取决于液相对填料表面的润湿,当填料表面未被液体润湿,或者液相在填料表面成“溪流”或“沟流”,就会减少有效的相界面,相应降低了热、质传递效果。
因此必须使液体在整个填料表面形成一个均匀的液膜,使所有填料得到充分的润湿。
聚合物填料即通常所称的塑料填料,由于其具有质地轻、耐腐蚀、不易破损、加工方便、价格低廉等优点,已得到广泛的应用。
当前约90%以上的聚合物填料由聚丙烯制成,这是因为聚丙烯填料不仅有上述优点,而且具有良好的化学稳定性,但是聚丙烯填料有其严重的不足之处,不易被液体所润湿。
据文献报导:对水等极性物系的吸收操作而言,未经表面处理的聚合物填料的有效相界面积仅是同类型规格陶瓷填料的40%左右,这将大大影响其传质效果。
因此,如何提高填料的润湿性能成为一个重要的研究课题。
近年来对填料润湿的研究已经引起了人们充分的关注。
本文将讨论通过表面改性来改善填料的润湿性能。
二.改善聚合物填料润湿性能的途径
填料表面的润湿性能主要取决于固体和液体间的粘附功和液体的内聚功。
只有当固—液间粘附功至少与液体的内聚功相当时,才能达到理想的润湿。
如果内聚功大于粘附功,则润湿不好。
要使固液间具有大的粘附功,其必要条件是固体要有较大的表面自由能。
聚合物材料的表面自由能值一般都很低,因此不易被液体所润湿。
而聚合物材料表面自由能值的大小又与其化学结构有关,不同的表面结构基团具有不同的能值。
改善聚合物填料的润湿性能可从以下3个方面的考虑:
(1)合理地选用填料材料可以改善液相在填料表面的润湿。
对于填料材料的选择既要考虑到材料的物理化学稳定性、强度、比重大小、成形难易、价格等方面因素,同时还要考虑到材料的润湿性能即材料的表面自由能值。
(2)在液相中添加表面活性剂也可改善液相在填料表面的润湿。
(3)要彻底改善聚合物填料的润湿性能,必须从根本上改变聚合物填料的表面分子结构,提高其表面自由能值,使憎水基团变成亲水基团,这种处理方法即所谓化学法表面处理。
三.聚合物填料的表面改性
聚合物填料极性小,表面光滑且自由能低,润湿性能差,不利于传质。
要提高聚合物填料塔的分离效果,应主要从加大表面粗糙度来提高表面张力和改善填料表面分子结构以增加极性两方面入手。
3.1 表面糙化处理
对一定几何面的塑料塔填料表面糙化,可提高其真实表面积,有益于传质。
同时,粗糙表面的接触角变小,有利于润湿。
(1)表面压纹法
将用于聚合物填料成型的模具内部刻上沟槽或花纹,用这种模具生产的填料表面带有相应的沟槽和花纹。
可使其表面粗糙度有明显增加。
国内也有个别厂家采用机械打毛方法对塑料填料进行类似处理。
表面压纹法简单易行,宜于推广。
(2)溶剂糙化法
用溶剂浸渍塑料塔填料表面,可选择性地洗去表面层的低分子量成分和各种塑料添加剂,除掉无定形的弱界面层,使微小的凹凸不平显露出来。
选用溶剂时要考虑其溶解性和蒸发速度,对聚烯烃类填料可采用氯代烃类和萘烷等高沸点溶剂处理。
(3)化学糙化法
将聚合物填料浸入含氧酸等类化学腐蚀液中.亦可将其表面上的弱界面层除去而得以糙化。
3.2 表面极化处理
表面极化处理是一种使聚合物填料表面的非极性基团转变为极性基团,从而提高其表面润湿性能的方法。
聚合物填料通过表面极化处理,可改善其表面润湿性能,从而可使填料塔的相际接触面积有较大的增加,传质单元高度可降低
15-20%,也可节约填料15%-20%。
(1)液相化学法
此法是用氧化剂处理聚合物填料表面,使表面氧化生成极性基团,从而提高了表面极性,使润湿性能得以提高。
常用的氧化剂有重铬酸钾一硫酸、铬酸-醋酸、氯酸盐一硫酸、高锰酸钾一硫酸、无水铬酸一四氯乙烷、过硫酸铵一硝酸银等。
液相化学法十分简单,只需将聚合物填料浸人处理液中一定时间,然后取出用水冲洗、干燥即可。
例如聚偏二氟乙烯填料经氢氧化钠处理后,其接触角可以从85°降至55°。
为了进一步考核液相法表面处理后填料润湿性能的改善程度,选用Φ25mm的聚丙烯阶梯环,用经过液相法表面处理和未经处理的两种填料在氨、空气—水系中作了传质的对比试验。
试验结果表明:聚丙烯填料经液相法表面处理后,传质效率可大大提高,气相总传质单元数一般可提高20%左右。
(2)气相化学法
在紫外光或热的作用下,空气、氧气、臭氧、氯氧混合物等就会产生游离的氧和氯,使聚烯烃表层分子结构上接上含氧、含氯基团,再经水解,使之生成羟基、羰基和羧基等极性亲水基团,从而使聚烯烃表面的润湿性能大为提高。
气相法比液相法对聚丙烯填料润湿性能的改善效果更佳。
经测定,气相总传质单元数提高24%左右,而气相法处理费用亦远较液相法为低。
据估算,气相法的处理费用仅为液相法的1/12,处理费用十分低廉。
气相法整个处理过程无三废排放。
操作条件较液相法好。
从各方面综合考虑,气相法较液相法更有生命力,更适合于大规模工业化处理。
(3)紫外线辐射处理
在空气中用紫外线辐照塑料塔填料,可使其表面氧化而形成极性基团。
例如以中压汞灯为光源,辐照温度40℃,处理后的聚丙烯填料用红外光谱或电子显微镜测试其表面结构,发现羟基和羰基等极性基团有所增加。
(4)表面接枝
表面接枝是在化学能作用下或紫外线、高能γ射线辐照下,使主干聚合物与具有极性基团的单体在侧链上发生聚合反应,形成接枝共聚物,从而改善聚合物填料润湿性能的方法。
韦亚兵等在N2保护、用紫外光照射下,以二苯丙酮为光引发剂、丙烯酸为接枝单体,在聚丙烯填料表面进行气相光引发接枝聚合,效果十分明显。
接枝后表面的水接触角由85°降至35°左右,大大提高了其润湿性能。
(5)等离子体表面处理
等离子体处理是利用等离子体中的活性粒子(Ar、O2、N2、NH3气态等离子体)轰击聚烯烃等高分子材料的表面,使材料表面分子的化学键被打开,并与等离子体中活性自由基结合,在高分子材料表面形成极性基团(如—OH,—COOH,—C=O,—NH2等),由于表面增加了大量的极性基团从而能明显地提高聚烯烃的润湿性。
例如对聚乙烯填料的辉光放电处理,在1mm汞柱真空度下放电处理1s.其临界表面张力便可达到55×10-3N/m。
聚丙烯烃辉光放电处理后,接触角由原来的87°大幅度降低为22°,填料润湿性能明显提高。
总结
聚合物填料表面处理的各种方法通过不同的途径都可达到提高填料表面润湿性能的目的。
这些方法的处理过程只涉及填料表面,对内部分子结构并无影响,因而处理后填料的机械强度、老化性能等不会变化。
化学极化处理方法能较大幅度地提高分离效率,节省填料用量,降低塔高,减少输液动力消耗,处理费用又很低廉,经济效益十分显著。
与液相化学法相比,气相化学法还具备工艺简单,操作条件好,特别是无废液污染的优点,更适宜于大规模工业化处理。
表面接枝技术方法简便,聚合反应周期短,反应区域易控制,表面极性基团能长久保留。
经该法处理后的填料传质效果提高显著,具有良好的应用前景。
等离子体表面处理借助辉光放电或电晕处理获取能量,消耗能量低,且不存在化学药品污染或射线防护屏蔽的间题。
虽投资大,但长期运转经济效益好,还具处理时间短、效率高、工艺简单、操作方便等优点。
近几年来,利用等离子体改性塑料材料表面在理论和应用方面都取得很大进展,作为一种新工艺、新技术预计不久将会得到广泛地应用。
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