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疏水高分子材料表面的化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1) 表面化學(xué)“惰性”顯著,這意味著它們不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),即使在高溫或高壓的極端條件下也能保持穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。這一特性源于疏水高分子內(nèi)部的高能化學(xué)鍵,這些鍵難以被打斷,從而確保了材料在多種環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性。

(2) 從電子排布的角度來(lái)看,疏水高分子表面的原子已經(jīng)達(dá)到了它們最穩(wěn)定的電子排布狀態(tài),因此它們形成新化學(xué)鍵的能力相對(duì)較弱。這種穩(wěn)定的電子排布使得材料表面不易釋放電子或形成新的化學(xué)鍵,進(jìn)一步增強(qiáng)了其化學(xué)穩(wěn)定性。

疏水高分子材料表面的物理性質(zhì),主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1) 這些材料表面具有較低的表面能,這導(dǎo)致水分子難以在其表面均勻鋪展和浸潤(rùn)。宏觀上表現(xiàn)為,當(dāng)測(cè)量表面的靜態(tài)接觸角時(shí),其值會(huì)大于90度,這明顯展示了材料表面的疏水性特點(diǎn)。

(2) 由于表面具有低粘附力,當(dāng)嘗試在表面粘附其他功能團(tuán)分子時(shí),這些分子與表面的粘附力會(huì)相對(duì)較弱。這一特性使得對(duì)疏水高分子材料表面進(jìn)行功能化修飾變得更加具有挑戰(zhàn)性。

疏水性高分子材料親水改性技術(shù)路線

當(dāng)前,高分子材料表面修飾的研究主要聚焦于親水表面(極性)的修飾,這是因?yàn)橛H水表面含有豐富的表面官能團(tuán),易于通過(guò)化學(xué)方法進(jìn)行精確調(diào)控和修飾。這些官能團(tuán)為材料表面修飾提供了便利,使得在親水表面(極性)的高分子材料上引入特定功能基團(tuán)成為可能,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料的功能化,以滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

疏水(非極性)高分子材料表面與親水(極性)高分子材料表面的區(qū)別顯著,主要體現(xiàn)于疏水表面缺乏極性官能團(tuán),這使得其表面修飾相較于親水表面更具挑戰(zhàn)性。因此,實(shí)現(xiàn)疏水高分子材料表面修飾的首要步驟是對(duì)其惰性表面進(jìn)行“活化”,即通過(guò)一系列化學(xué)或物理手段引入反應(yīng)性基團(tuán),賦予其類似于親水表面的化學(xué)性質(zhì)。一旦疏水表面被成功活化,后續(xù)的化學(xué)修飾和物理修飾就變得相對(duì)容易,從而可以引入具有特定功能的基團(tuán)。

疏水性材料等離子親水改性原理

等離子體是一種由自由電子、離子、自由基以及中性粒子(包括原子和分子)組成的部分電離氣體狀態(tài)。當(dāng)?shù)入x子體照射材料表面時(shí),其高能沖擊會(huì)導(dǎo)致表面化學(xué)鍵的斷裂,這一過(guò)程伴隨著電子的釋放(即蝕刻現(xiàn)象)和自由基的生成。

表面物理作用——刻蝕作用：

等離子體中的高能粒子（如離子、電子等）與材料表面發(fā)生碰撞，具有足夠能量的粒子能夠?qū)⒉牧媳砻娴脑踊蚍肿訐舫?，從而在材料表面形成微觀的粗糙結(jié)構(gòu)。這種粗糙化的表面增加了材料的比表面積，根據(jù)表面熱力學(xué)原理，比表面積的增加有利于提高表面與液體的接觸面積，從而增強(qiáng)親水性。

表面化學(xué)作用——引入極性基團(tuán)：

等離子體中的活性粒子能夠與材料表面的原子或分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在材料表面引入各種極性基團(tuán)，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）、羰基（-C=O）等。這些極性基團(tuán)具有很強(qiáng)的親水性，能夠與水分子形成氫鍵或其他化學(xué)鍵，從而顯著提高材料表面的親水性?；瘜W(xué)鍵斷裂與重組：等離子體的能量可以使材料表面的化學(xué)鍵斷裂，產(chǎn)生新的活性位點(diǎn)。這些活性位點(diǎn)可以與周?chē)臍怏w分子或等離子體中的活性粒子發(fā)生反應(yīng)，形成新的化學(xué)鍵，從而改變材料表面的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，使其更具親水性。

材料的親水性與表面能密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，表面能較高的材料具有較好的親水性。等離子體處理可以改變材料表面的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)，從而提高材料的表面能。表面能的提高使得材料表面與水分子之間的相互作用力增強(qiáng)，促使水分子更容易在材料表面鋪展，表現(xiàn)出更好的親水性。