Физико-химические закономерности взаимодействия низкотемпературной плазмы с некоторыми полимерными материалами

• Автор: Шикова, Татьяна Григорьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 162 с. : ил

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Общие закономерности воздействия плазмы на полиэтилен и полипропилен

1.1.1. Кинетика суммарного процесса травления. Структурные изменения в полимере

1.1.2. Образование радикалов, сшивок, двойных связей

1.1.3. Образование газообразных продуктов

1.1.4. Тепловые эффекты и температурные зависимости скорости процесса

1.1.5. Изменения химического состава и структуры поверхностного

1.1.6. Некоторые аспекты механизмов взаимодействия

низ коте м ера гу р н о й 1 л азм ы с полиэтиленом и полипропиленом

1.2. Модификация поверхности полимерных материалов на основе полиэтилена и полипропилена
1.2.1. Изменение смачиваемости и поверхностной энергии полиэтилена и полипропилена
1.2.2. Прикладные аспекты плазменной обработки материалов на
основе полиэтилена и полипропилена
1.2.3. С охра 1 юсть устойчивость эффектов плазменного модифицирования полимеров
1.3. Заключение. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Объект ы исследования
2.2. Экспериментальная установка
2.3. Методики масссиектральных измерений
2.3.1. Определение парциальных давлений мольных долей стабильных компонентов газовой смеси
2.3.2. Определение скоростей образования газообразных продуктов
при плазменном воздействии
2.4. Определение мощности тепловых источников на поверхности полимера
2.5. Методика определения краевых углов смачивания, поверхностной энергии и прочности клеевых соединений полимера ГЛАВА 3. КИНЕТИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ ПЛАЗМЫ С ПЛЕНКАМИ ПОЛИЭТИЛЕНА И ПОЛИПРОПИЛЕНА
3.1. Кинетические закономерности окисления пленок полиэтилена
н полипропилена в плазме кислорода
3.2. Кинетические закономерности окисления пленок полиэтилена
и полипропилена в потоковом послесвечении плазмы кислорода
3.3. Кинетические закономерности инициирования процессов плазменного окисления полиэтилена
3.4. Расчеты потоков активных частиц на поверхность материала в плазме воздуха
3.4.1. Постановка задачи
3.4.2. Уравнение Ьолыдмана
3.4.3. Уравнения колебательной кинетики основного электронного состоя н ия молекул азота КХЕ.У, кислорода СЫХХц.У и окис и
азота ЫОХ2П. V
3.4.4. Результаты расчета
3.5. Кинетические закономерности окисления пленок полипропилена в плазме воздуха
3.6. Тепловые эффекты воздействия активированного кислорода на полиэтилен и полипропилен
ГЛАВА 4. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИПРОПИЛЕНА В КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ ПЛАЗМЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИС ПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


В ряде работ представлены исследования взаимосвязи исходной структуры полимера плотности, степени кристалличности и скорости плазмохимического процесса , . Основным методом определения степени кристалличности является рентгеноструктурный анализ , 4, . ПК спектроскопию , , , при этом степень кристалличности определяется как соотношение оптических плотностей полос поглощения, относящихся к стереорегулярной части и опорного пика. Считают, что более упорядоченные, высококристаллические полимеры имеют большую плотность. Связь скорости травления ПЭ и ИП с их плотностью р и степенью кристалличности К приведены в табл. Рис. ПЭНП р 0,0, гсм3 ПЭВП р 0. Влияние р и К на скорость убыли массы табл. Таблица 1. ПЭ Плазма Оз. РПа, ч 0. Тлеющий разряд постоянного тока, , РГ1а, 7,5мАсм2, 1мин 0, 0. Тлеющий 4разряд, воздух, ГГц, м А, Р,ЗПа, 1сек 0, 0. ПЭНГ1 пэвп пэнп пэвп ВЧразряд. Втсм3, 0, 0, 0, 0. Воздух. Р6. НЧразряд, воздух, МкГц, Р,ЗПа, 1мЛ. Плазма . РПа, ч 0,0 0,6 0,7 0. Плазма . Р 1 ЗПа. Плазма , Р,7Па. Полимеры с низкой степенью кристалличности и низкой плотностью разрушаются в плазме с большими скоростями, чем плотные, высококристалличные полимеры , , . К увеличивается , , 4, , . Однако, в работе также показано, что скорость травления Г1ЭВП может быть выше или мало отличаться от скорости травления ПЭНП. При воздействии плазмы на образцы полимеров с высокой кристалличностью К0, степень упорядоченности может не меняться 6 или даже снижаться , . Наряду с изменением степени кристалличности в полимере под воздействием плазмы наблюдаются и иные структурные изменения. В работе для оценки этих изменений использовали метод спинового зонда, основанный на тесной взаимосвязи между подвижностью стабильного радикалазонда, введенного в полимерную матрицу, и гибкостью сегментов макромолекул. Обработка ПЭ пленок в плазме водорода и остаточного воздуха приводит к изменению не только абсолютных значений времени корреляции, но и характера зависимости времени корреляции от температуры. Авторы связывают это со сложными процессами перестройки структуры изменением предкристаллических и ориентированных образований, поверхности кристаллитов и их размеров. При обработке изотактического П в плазме Ы2 У0Вт, Р3Па, 5см7мин наблюдали фазовый переход в объеме полимерной пленки . Это переход пара кристаллической фазы, называемой смектическая, в акристаллическую форму. Относительное количество а, смектической и аморфной фаз в исходном и обработанном полимере 0, , и , , соответственно. Эти изменения связывакп с движением сегментов цепи и перестройкой структуры. Энергия, необходимая для этого, обеспечивается активными частицами плазмы, такими как, ионы, вакуумное УФ излучение. Переход уформы ПИ в амодификацию наблюдали также при воздействии на полимер ИЧплазмы воздуха ООмА, Р,ЗПа. ГГц, сек . Доля о. Предполагают, что наблюдаемые изменения объемных свойств ПП связаны с воздействием вакуумного УФ излучения плазмы. Эффективным и широко используемым методом регистрации свободных радикалов является спектроскопия электронного парамагнитного резонанса ЭПР. Количество сшивок в полимере определяется путем растворения незашитой части в органических растворителях и выделения нерастворимой гельфракции, содержащей межмолекулярные сшивки. Накопление двойных связей исследуют с помощью ИКспектроскопии. Наиболее полно процесс образования радикалов изучен для ПЭ. Пономарев А. И. и др. Кинетические кривые накопления алкильных радикалов как при воздействии импульсного в воздухе, водороде, гелии, так и стационарного в воздухе разрядов подобны соответствующим зависимостям при радиолизе ПЭ рис. Вид этих кривых и предельные концентрации радикалов несущественно зависят от природы плазмообразующего газа при прочих одинаковых условиях. На рис. Во всех случаях наблюдаемся выход количества радикалов на насыщение. Митчепко Ю. И. с соавторами предполагают, что стационарное значение концентрации радикалов определяется динамическим равновесием между процессами образования и гибели в результате рекомбинации с активными компонентами разряда.