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納米多孔聚乙烯薄膜是一種通過物理或化學方法在聚乙烯(PE)基體中引入納米級孔隙結構的材料,其孔徑通常介于50-1000nm之間,具有高孔隙率和高比表面積。這類薄膜不僅保留了聚烯烴材料化學穩定性和柔韌性的優異性能,還因其獨特的納米多孔結構而展現出新的如高透氣性和選擇性吸附能力等功能特性。納米多孔聚烯烴薄膜對紅外光具有較高的透過率,同時由于孔徑尺寸可散射可見光,薄膜總體呈現可見光不透明的特性,這些特點使其在服用紡織品領域具有潛在應用價值。

納米多孔聚乙烯薄膜憑借其卓越的物理化學性能和多功能優勢,在多個領域具有重要的應用潛力。然而由于其表面能較低,表現出較強的疏水性,在一定程度上限制了其在特定場景中的應用。通過表面改性技術可以擴大納米多孔聚乙烯薄膜在各個領域的應用潛力。

等離子體處理技術

低溫等離子體處理技術通過電場激發氣體分子電離形成等離子體,利用其物理刻蝕和化學接枝對材料表面進行改性。通過在材料表面引入功能基團或改變其化學組成,精準引入羧基、羥基或氨基等親水官能團,顯著提高薄膜的親水性和化學反應活性。用低溫空氣等離子體處理技術對納米多孔聚烯烴薄膜薄膜進行親水處理,可以在提高薄膜親水性的同時很好地保留薄膜的多孔結構,避免薄膜結構特性的損失。

為在不破壞薄膜納米多孔結構的前提下實現親水化處理,采用低溫等離子體技術對薄膜進行改性,如圖1-1所示,是一種節能、無污染且干燥的表面改性工藝,可在聚合物表面引入大量親水性含氧官能團的同時很好地保留薄膜的多孔結構。

圖1-1 低溫等離子體處理nanoPE7薄膜表面親水機理

為了探究低溫等離子體(LTP)處理技術對納米多孔聚乙烯薄膜表面親水性的影響,設置了不同處理時間來探究其接觸角變化。如圖2-1所示,處理3min后nanoPE的接觸角顯著降低,其親水性大大增強。nanoPE由線性或支化的碳氫鏈構成,分子鏈較為柔性,在等離子體處理過程中更容易發生斷裂或重組,從而形成更多的活性位點和極性基團從而使表面的親水性得到顯著提高。

圖2--1 等離子處理前后納米多孔聚乙烯薄膜表面親水性的變化

圖3-1a展示了低溫等離子體(LTP)處理前后nanoPE7薄膜的紅外光譜圖。未處理的nanoPE7薄膜在2913cm^-1和2850cm^-1處分別表現出C-H鍵的不對稱和對稱伸縮振動峰,反映了其碳氫骨架結構;1463cm^-1處的對稱彎曲振動峰進一步證實了C-H鍵的存在,而720cm^-1處的C-H搖擺振動峰則是聚乙烯長鏈結構的特征峰。經過LTP處理后,光譜圖中在1714cm^-1處出現了一個新的吸收峰,對應于親水性C=O基團,表明LTP技術成功將含氧官能團引入nanoPE7表面,賦予其親水性。如圖3-1b所示,LTP處理后的薄膜表面粗糙度增加,利于親水性的提升,同時基本保留了原有的納米多孔結構,能夠有效存儲吸濕溶液,為水分子根據溫度變化蒸發和吸收提供便利。低溫等離子體技術處理后的薄膜不僅親水性極大提升,而且保留了nanoPE7薄膜的納米多孔結構,這有利于水分子根據溫度變化從MAnanoPE多孔結構中蒸發和吸收,而不會產生影響。

圖3-1 LTPnanoPE與nanoPE7的ATR-FTIR光譜圖,(b).LTPnanoPE與nanoPE7的掃描電 鏡圖

如圖4-1a所示,低溫等離子體處理前,nanoPE7薄膜表現出疏水性,水接觸角為120.12°;處理后,水接觸角降至33.27°,親水性得到顯著提升。將nanoPE7薄膜與LTPnanoPE薄膜浸入去離子水中,如圖4-1b所示,未處理的nanoPE7因疏水性,水分子無法進入孔隙,而經過親水處理的LTPnanoPE薄膜則允許水分子通過毛細效應進入孔隙內部,使薄膜呈現半透明狀態。

圖4-1 LTP處理前后的接觸角,(b).LTPnanoPE與nanoPE7浸泡水溶液的對比