Giriş: Yüzey ve Adhesion Özellikleri için Polimerizasyon Teknik Maddeleri

Ek polimerler - polinjan, polistyrene ve poli(til methacrylate) - modern malzemeler bilimde sentez ve düşük maliyet ve tonable mekanik özelliklerinin kolaylaştırılması, onları ambalaj, otomotiv parçaları, tıbbi cihazlar ve koruyucu kaplamalar için gerekli kılarken, bu polimerlerin yüzey enerjilerine ve külot özelliklerine eleştirel bir şekilde bağlıdır.

Polimerizasyon tekniği, polimerin doğrudan moleküler mimarisini, zincir uzunluğu dağıtımını, son grup kimyasını ve en önemlisi - yüzey topografisini ve kimyasal heterojenliği oluşturmak için kullanılan bu faktörler, polimerin yüzey enerjisini ve onun yapıştırıcı eklemlerini şekillendirme yeteneğini inceler.Bu makale, ortak ek polimerizasyon yöntemlerini -bulk, çözüm, süspansiyon ve emulsion - hedefli yüzey enerjisi ve iyonu- hedef alan uygulamaları için en uygun sentez rotasını belirlemek için bir çerçeve sağlar.

Addition Polimers ve Yüzey Enerjilerinin Temelleri

Eklenme Polimerleri Nedir?

Ek polimerler zincir-growth polimerizasyon tarafından oluşturulur, doymamış monomerler (tipik olarak vinil monomerler) büyüyen radikal, cation veya anion. aksine, kondensasyon polimerleri, ortaya çıkan uzun zincir makromolecules lineer, dallı veya çapraz bağlantı koşullarına bağlı olarak serbest bırakılır.

  • [FONT:0)Poly ESP (PE): [Dönemli Filmlerde, konteynerlerde ve boru hattında kullanılır.
  • [FONT:0)Polypropylene (PP): Otomobil parçaları, tekstiller ve tıbbi ringler.
  • [FONT:0)Polystyrene (PS): Köpük yalıtımlarında, tek kullanımlık kesimler ve laboratuvar savaşlarında bulundu.
  • [FONT=0)Poly( methacrylate) (PMMA): [Döntgen lensler ve akrilik boyalarda kullanılan şeffaf termoplastik.

Yüzey Enerji ve onun bileşenleri

Yüzey enerjisi ( ⁇ ), yüksek yüzey enerjisine ( ⁇ p ve dispersive ( ⁇ d) yükseltilir, Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK) yöntemine göre daha fazla ısınır. Yüksek yüzey enerjisi (örneğin, <25 mN/m) ile bir polimer daha ıslaktır.

Yüzey enerjisi tek başına polimerin içsel bir özelliği değildir; derin bir şekilde OLMSAL tarafından etkilenir) Kimyasallaştırma yolu tarafından güçlü bir şekilde etkilenir.

Polimerizasyon Teknikleri: Süreç ve Yüzey İmplikasyonları

Bulk Polimerizasyon

Süreci Genel Bakış

Katı polimerizasyonda, monomer herhangi bir çözücü veya dispersant olmadan polimerize edilir. reaksiyon genellikle bir termal veya fotoinitiator varlığında yapılır ve reaksiyon ısısı kontrollü ısıtma veya soğutma yoluyla yönetilir.

Yüzey Morpholoji ve Enerji

Bulk polimerizasyon yüksek dereceden ağırlık verir, nispeten homojen bir malzemedir. Çünkü düşük kiloluk monomerler için bir tane dahaki veya nümerik olmayan yüzeyler için, yüzey düşük - 30-35 mN / polistyrene ve yaklaşık 30 mN / kata kadar yumuşak bir şekilde karıştırılabilir.

Ancak, yüksek viskome ve zayıf ısı dağılımı yerel sıcak noktalara yol açabilir, zincir transferine veya dallamaya neden olur, yüzey kimyasal heterojenleri tanıtabilir. Bu, küçük ıslaklık geliştirmek için izole yüksek enerji siteleri yaratabilir.

Adhesion Properties

Bulk-polimerized polimerler genellikle yüzey tedavileri olmadıkça kutup substratlarına orta adhesion gösterirler (örneğin, alüminyum veya cama, astar veya yüzey aktivasyonuna) uygulanır. Bu teknik, düşük adhesion'un arzuladığı uygulamalar için uygundur (örneğin, serbest bırakma hattı) veya sonraki yüzey değişikliği kabul edilebilir.

Çözüm Polimerizasyon

Süreci Genel Bakış

Çözüm polimerizasyonunda, monomer ve initiator uygun bir çözücüde çözülüyor. Bir ısı lavabosu olarak, viskosity ve moleküler ağırlığı azaltır. Polimerizasyondan sonra, çözücü veya yağış - polimer tarafından izole edilmelidir.

Yüzey Morpholoji ve Enerji

Çözüm-cast filmleri, polimerize çözümlerden gelen çözücü filmlerden daha düzgün bir yüzeye sahip olma eğilimindedir, ancak oturma için tetrahidrasyon ve yüzey siparişini etkileyebilir.Daha önemlisi, termoformasyon sırasında polimer zincirini kurutma sırasında rahatlatabilir, yüzeysel veya morfize fazlara yol açabilir.For kutup çözücüler (e.g., tetrahidrojen for PMMA), polimer yüzeyinin kutup gruplarına benzer şekilde tutabilir ve yüzey enerjisini yükseltebilir.

Moleküler ağırlık çözümde daha iyi kontrol edilebilir, darlık dispersity'ye yol açabilir. Bu homogeneity, fotoresist veya optik kaplamalarda öngörülebilir davranış için yararlı olan daha üniformalı bir yüzey enerji dağıtımına dönüşür.

Adhesion Properties

Çözüm destekli polimerler genellikle, kutup çözücüleri kullanılarak küçük-polimerized meslektaşlarının kullanıldığı zaman, hidrojen bağı için gelişmiş kutup karakteri ve potansiyel nedeniyle karmaşık ve çevresel maliyetle ilgili olarak kullanılabilir.Profeksiyonun yüzeylere uygun olması gerekir, ancak doğal yüzey enerjisi büyük ölçüde polimer kimyasının işlevi kalır.

Emulsion Polimerizasyon

Süreci Genel Bakış

Emulsion polimerizasyon, monomer'i bir taşeronlukla sabit bir şekilde sabitlenmiş bir şekilde dağıtır (örneğin, sodyum dodecyl sulfate) ve bir su-prodüktör. Polimerizasyon, monomer-swollen micelles veya parçacıklar tarafından stabilize edilir. Ürün gecikmiş bir şekilde - polimer parçacıklarının stabil dağılımı 50-500 nm çapında.

Yüzey Morpholoji ve Enerji

Emulsion polimerizasyon, kutup gruplarının bir katmanı oluşturmak (sulfate, karboxyl veya sulfonat) ile ısıtılırken, ısıtılmış prosesler tekrarlanır ve film yüzeyinde kısmen reklamlarorbedilir ve hidrophilic yamalar oluşturabilir.

Yüzey kabalığı (Son film için 10-100 nm değerleri) teşvik eder:0) Wenzel etkisi ile (Düzücük enerji geliştirme) ve ıslaklığı azaltırsa - ancak bu, belirgin yüzey enerjisini artırır ve yüzey enerjisini daha ıslak hale getirir.

Adhesion Properties

Yüksek yüzey enerjisinin kombinasyonu, kutup işlevleri ve yüzey kabalığı emulsion-polimerized polimerler yapıştırıcılar ve kaplamalar için mükemmel adaylar sağlar. kaba topoloji, yüzey gruplarının hidrojen bağını ve dipol etkileşimlerine metal, cam veya hücreli yapıştırıcılar sağlarken, boya bağlar ve endüstriyel laminatlar betonları ağır ölçüde emülsiyon polimerize edilmiş akrilikler ve stoni-butadiene kopolimerler sağlar.

Bir dezavantaj, yüzeye sörfçü göçün potansiyelidir, bu da düzgün bir şekilde formüle edilmediyse zayıf bir sınır tabakası oluşturabilir. Bununla birlikte, emulsion yöntemleri su ile kaplamalar ve eco-friendly için tercih edilir.

Suspension Polimerizasyon

Süreci Genel Bakış

Suspension polimerizasyon emulsion ile benzerdir, ancak monomer-in çözülmemiş initivistler ve askıya alma ajanı (örneğin, polivinyl alkol) damlacıklar stabilizasyon sağlar.

Yüzey Morpholoji ve Enerji

Polimer arıları nispeten pürüzsüz bir yüzeye sahiptir çünkü polimerizasyon bir mil ortamından ziyade damlacık içinde gerçekleşir. askıya alma aracı geri kalan kalıntıları bırakabilir, ancak kutup katkıları genellikle emulsion polimerizasyonundan daha düşük.

Adhesion Properties

Suspension polimerler genellikle iyon-exchange reçineler veya kromatografi medyalarında bir substrata karşı taktıkları ilk ihtiyaç değildir.In used in functionality comonomers or using plazma Treatment.

Yüzey Enerji ve Adhesion Karşılaştırma Analizi

Technique Typical Surface Energy (mN/m) Roughness (Ra, nm) Adhesion to Polar Substrates Common Applications
Bulk 28–35 1–10 Low–Moderate Release films, molded parts
Solution 32–40 2–20 Moderate Photoresists, optical coatings
Emulsion 40–55 10–100 High Waterborne adhesives, paints
Suspension 30–38 1–50 Low–Moderate Ion-exchange beads, powder coatings

Mechanisms: Polimerizasyon Kontrolleri Yüzey Özellikleri

Kimyasal Kompozisyon ve Fonksiyonel Gruplar

Polimerizasyon tekniği, kimyasal türlerin polimer yüzeyinde sona erdiğini belirtir. emulsion sistemlerde, sörfçü moleküller fiziksel olarak reklamlarorbed ve zincirli reaksiyonlarla kısmen uyumlu olabilirler. kutup kafa grupları (örneğin, OSO3 – COO-) yüzey enerjisinin kutupsal bileşenini dramatik bir şekilde arttırır.In contrast, Bulk and solution polimerization – without surfent – yüzeyler Hidrokarbon veya aromatik gruplar tarafından yönetilir.

ATRP (atom transfer radikal polimerizasyon) veya RAFT (reversible ek-fragmentasyon zinciri transfer) gibi radikal polimerizasyon teknikleri, yüzey enerjisini değiştiren hassas uç grupları tanıtabilir. Örneğin, RAFT-polimerized poli(acrylic asit) bloklar artık akıllı kaplamalarda adlarını kontrol etmek için uygulanabilir.

Yüzey Topografi ve Kabalık

Bulk polimerizasyon, geçici ajanların yokluğu nedeniyle pürüzsüz bir yüzey sağlar. Suspension polimerizasyon, birlikte zorlanıncaya kadar küresel geometrilerini korur, kabalık ve yüzey enerjisi arasındaki ilişki, Wenzel denklemine bağlı olarak kaba filmler oluşturabilir: Emulsion polimerizasyon doğal olarak sert bir şekilde, çünkü geçx parçacıkları birlikte zorlanıncaya kadar, küresel geometrilerini korurlar.

Eşler ⁇ [D:0)[[DÜyeler: 1 )[[[DÜyeler:2) Genç).

r kabalık faktörü (gerçek alan / projeli alan) Hidrophilic yüzeyler için ( ⁇ Young < 90°), kabalık ıslaklığı arttırır; Hidrofobik yüzeyler için, yüksek r ve doğal olarak kutup yüzeylere sahip polimerler için düşük maliyetli hale gelir ( ⁇ < 10°), tam olarak inceleyeceğiz.

Ek olarak, polimer-substrate arayüzünün kabalığıyla doğrudan ilişkili bir geçx filminin yapıştırıcı gücünün, mekanik bağlantının ötesinde önemli bir katkı olduğunu gösterdi.

Kristallik ve Zincir Oryantasyon

Polimerizasyon koşulları da yüzeyde kristalite derecesi etkiler. Bulk ve çözüm yöntemleri yüksek kristal polimerlerde yüksek çözünürlükte yarı betonarme bölgeleri üretebilir ve yoğun zincir paketleme nedeniyle daha düşük yüzey enerjiye yol açabilir. Emulsion polimerizasyon, özellikle yüksek soğutma oranları ile, daha fazla amorf yüzeysel hareketlilik sağlar, kutup gruplarının arayüze yönlendirmesine ve adsorum geliştirmesine olanak sağlar.

Uygulamalar Polimerizasyon Teknikleri tarafından Rehberlendi

Basınç-Sensif yapıştırıcılar (PSAs)

PASS, tack, peeling adhesion ve hear direnişi için bir denge gerektirir.Sinema polimerizasyon piyasaya hükmederek üretilir, çünkü yüksek yüzey enerjisi (40-50 mN/m) ve kaba yüzey, betonbaplı yüzeylere kadar sert bir takvaat verir. Örneğin, 3M'in su ile üretilen akrilik yapıştırıcılar piyasaya bağlanır, çünkü yüksek yüzey enerjisi (40-50 mN/m) ve kaba yüzeysel olmayan polimerizasyon sonucu verir.

Biyomedikal İmplantlar ve Cihazlar

Biyomedikal uygulamalarda, sentetik polimerler, daha yüksek yüzey ve su tutmaları nedeniyle, polimerlerin eklenmesinde kullanılan beton kaplamaları ile birlikte kemikle entegre edilmelidir.In contrast in ortopediler genellikle implantlarda polimerizasyon ile hazırlanmaktadır (örneğin, pHEMA) daha yüksek yüzey enerji ve su tutmaları nedeniyle hücre adlarını artırmak için gösterilmiştir, çünkü PPV'de incelenmiştir.

Kaplamalar ve Paints

Boya endüstrisi, emulsion polimerize reçinelerin en büyük kullanıcısıdır. Akrilik latex boyalar ahşap, kuru ve Masonluk için mükemmel bir taktiğe sahiptir, çünkü kaba, yüksek enerjili filmler substratlara iyi bağlanır ve kurutma sırasında çapraz bağlantı sağlar. Bulk-polymerized alkyds, yüksek parlak parlak, organik çözücüler sunar ve sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sıkılır.

Yüzey Enerji ve Adhesion Yöntemleri

Polimerizasyon tekniğinin etkilerini ölçmek için, araştırmacılar bağlantı açısına sahip olacaklar (ssile drop yöntemi) kutup ve non-polar sıvıları ile OWRK veya Wu yöntemi ile yüzey enerjisini hesaplamak için. Atomik güç mikroskopları (AFM) performans ile korelasyon gücü ölçümler ile ölçülür.

Sonuç: Hedeflenen Adhesion için Doğru Teknik Seç

Polimerizasyon tekniği, ek polimerlerin yüzey enerjisini ve ek donatılarını ayarlamanın güçlü bir koludur. Bulk ve çözüm yöntemleri, zayıf adhesion veya çözücü-bazlı polimerizasyon gerektiren uygulamalar için uygun şekilde düzgün, nispeten düşük enerjili yüzeyler üretir. Emulsion polimerizasyon, büyük sürpertici yüzeyler yaratma yeteneği için öne çıkıyor.

Her yöntemin yüzey kimyasını ve topografiyi nasıl etkilediğini anlamakla, malzeme bilim insanları ve mühendisler, uygun yüzey özellikleri ile ek polimerleri tasarlayabilirler, post-synthesis yüzey tedavilerini azaltma ve daha sürdürülebilir, yüksek performanslı ürünleri etkinleştirebilirler.