等离子体改性聚丙烯饰面膜的拉曼光谱和XPS分析
发布时间：2022-01-10 18:43
采用介质阻挡低温等离子体对木制品聚丙烯（PP）饰面膜表面进行不同放电功率和处理速度的改性处理后,分别对其表面进行X射线光电子能谱（XPS）和激光共聚焦显微拉曼（Raman）光谱分析,研究等离子改性对PP饰面膜的化学成分和元素组成的影响。结果表明:由拉曼光谱可知,未处理的PP饰面膜表面含有大量的C原子和H原子间摇摆振动引起的振动峰、C原子间伸缩振动和C与H原子间弯曲振动引起的振动峰;经等离子体改性处理后,PP饰面膜表面在原有振动峰基础上,同时生成了具有较强拉曼活性的C—C和C—H的弯曲和振动峰等; XPS分析可得,等离子体改性处理前后,PP饰面膜表面主要表现为元素含量和量比的变化,等离子体改性后,C元素含量降低,O元素含量明显增加,O/C量比增大,且C1含量降低,C2含量明显增加。结合拉曼光谱和XPS对PP饰面膜表面进行定性和定量分析,可准确得到等离子体改性对提高PP饰面膜表面含氧官能团数量及表面活性改善的作用和影响。本研究可为等离子体改性处理对提高PP饰面膜表面附着力的理论研究和实践应用提供技术支持。
【文章来源】：林业工程学报. 2020,5(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
PP饰面膜表面O谱分峰拟合
参照GB/T 9286—1998，漆膜附着力可分为0～5级:0级代表漆膜附着力最好，划格测试中无任何漆膜剥落;而5级代表漆膜附着力最差，漆膜剥落率达到35%以上。级数越大，漆膜附着力越差。PP饰面膜表面漆膜附着力如图4所示，等离子体改性处理对PP饰面膜表面水性漆漆膜附着力有明显影响。未处理的PP饰面膜表面漆膜附着力相对较差，仅4～5级，漆膜表面存在大片剥落现象;当等离子体处理速度为6 m/min，处理功率为1 kW时，PP饰面膜表面的漆膜附着力有一定提升，但仍相对较差，局部有漆膜脱落，不能满足实际生产需要;当等离子体处理速度为3 m/min，放电功率为3 kW时，PP饰面膜表面水性漆漆膜附着力明显提升，基本无脱落现象，可达到1级，漆膜黏附性好，符合木制品实际制作与应用的表面饰面要求。此结论与前述等离子体处理产生的物理刻蚀有利于提高界面结合，以及表面活性基团的生成有利于促进表面与漆膜发生化学键合而提高漆膜附着力的结论相吻合。不同处理条件下PP饰面膜的表面三维形貌见图5，随着等离子体放电功率的增大和处理速度的降低，PP饰面膜表面粗糙度增大，“微坑”现象趋于明显，有利于提升PP饰面膜表面的亲水性和润湿性[3]。图5 PP饰面膜的表面形貌图
分子的对称性振动和非极性基团的振动会使分子变形，极化率随之改变，从而具有拉曼活性[21-22]。等离子体处理前后PP饰面膜表面拉曼光谱图见图1。由图1a可知，未处理的PP饰面膜拉曼光谱主要在285,1 000～1 500和2 800～2 900cm-1区域出现了一系列中等强度的吸收带(主要有285,1 005,1 035,1 092,1 160,1 330,1 439,2 853和2 902 cm-1等振动峰)。其中，285 cm-1振动峰主要为亚甲基(—CH2—)的面外摇摆振动峰和次甲基(帒CH)的弯曲振动峰;1 005 cm-1振动峰主要为甲基(—CH3)的面内摇摆振动峰、次甲基的弯曲振动峰和亚甲基的面外摇摆振动峰;1 035cm-1振动峰由C—CH3间伸缩振动和次甲基的弯曲振动峰引起;1 092 cm-1振动峰由C—C键的骨架伸缩振动引起;1 160 cm-1振动峰主要由C—C键骨架振动、甲基面内摇摆振动和次甲基弯曲振动引起，该峰反映了PP饰面膜非晶区的状态;1 330cm-1振动峰主要为CH的弯曲振动峰或亚甲基的扭转振动峰;1 439 cm-1振动峰主要由甲基的非对称弯曲振动引起;2 853 cm-1振动峰由亚甲基的对称伸缩振动引起;2 902 cm-1振动峰由碳原子与氢原子间伸缩振动引起。当放电功率为1 kW、处理速度为6 m/min时，PP饰面膜表面的拉曼光谱相对复杂，如图1b所示，主要呈现284,317,400,452,531,811,844,902,974,1 000,1 040,1 067,1 089,1 154,1 170,1 221,1 258,1 303,1 333,1 363,1 439,1 462,2 848,2 888,2 909,2 927,2 956 cm-1等多个振动峰。其相比未经等离子体改性处理的PP膜表面振动峰，额外增加了317 cm-1处的亚甲基面外摇摆振动峰，400 cm-1处的亚甲基面外摇摆振动峰和次甲基弯曲振动峰，452 cm-1处的亚甲基面外摇摆振动峰，531 cm-1处的亚甲基面内和面外摇摆振动峰，811cm-1处的亚甲基面内摇摆振动峰和C—C骨架伸缩振动峰，844 cm-1处的甲基和亚甲基面内摇摆振动峰、C—C骨架伸缩振动峰，902 cm-1处的甲基和亚甲基面内摇摆振动峰、次甲基的弯曲振动峰，974cm-1处的甲基面内摇摆振动峰、C—C骨架伸缩振动峰，1 067 cm-1处为C—C骨架伸缩振动峰，1 221cm-1处的亚甲基扭转振动峰、次甲基弯曲振动峰和C—C键的骨架振动峰，1 258 cm-1处次甲基的弯曲振动峰、亚甲基的扭转振动峰和甲基的面内摇摆振动峰，1 303 cm-1处亚甲基平面外摇摆振动峰或扭转振动峰，1 363 cm-1处甲基的对称弯曲振动峰和亚甲基的平面外摇摆振动峰，1 462 cm-1处甲基的非对称弯曲振动或亚甲基的弯曲振动峰，2 888cm-1处甲基的对称伸缩振动峰，2 927 cm-1处亚甲基的非对称伸缩振动峰和2 956 cm-1处甲基的非对称伸缩振动峰。其中，甲基是电中性的一价基团，是一种推电子单元的致活基团;亚甲基是一个有机二价官能团，属于电中性分子，是高度活泼的反应中间体，其连接一个或多个吸电子基团，从而使亚甲基上的氢变得活泼，在碱性条件下易于电离，且亚甲基通常是碳链的组成单元，由此可增加化合物的亲脂性;而次甲基是一个和甲烷对应的三价官能团，其本身处在活化位或者电子分布处于容易激活取代的部位[23-24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚丙烯薄膜改性研究进展[J]. 李登海,刘韶泽,李爱平,徐海青,李登好. 化工新型材料. 2017(01)
[2]家具材料中环保型塑料的研究现状及发展趋势[J]. 白雪. 塑料工业. 2016(10)
[3]PVC建筑膜材的表面处理及其亲水性能研究[J]. 郑海明,韩建,丁新波,徐国平,于斌. 浙江理工大学学报. 2014(07)
[4]等离子体制备亲水性聚乙烯薄膜及其性能研究[J]. 张晓龙,郑丽霞,王騊,陈光良,王晟. 浙江理工大学学报. 2012(06)
[5]聚丙烯非织造布亲水改性的研究[J]. 李红祝,王虹,余调娟,李荣年,吴庆,熊立东. 产业用纺织品. 2006(01)
[6]拉曼光谱技术的应用及研究进展[J]. 伍林,欧阳兆辉,曹淑超,易德莲,孙少学,刘峡. 光散射学报. 2005(02)
本文编号：3581224
【文章来源】：林业工程学报. 2020,5(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
PP饰面膜表面O谱分峰拟合
参照GB/T 9286—1998，漆膜附着力可分为0～5级:0级代表漆膜附着力最好，划格测试中无任何漆膜剥落;而5级代表漆膜附着力最差，漆膜剥落率达到35%以上。级数越大，漆膜附着力越差。PP饰面膜表面漆膜附着力如图4所示，等离子体改性处理对PP饰面膜表面水性漆漆膜附着力有明显影响。未处理的PP饰面膜表面漆膜附着力相对较差，仅4～5级，漆膜表面存在大片剥落现象;当等离子体处理速度为6 m/min，处理功率为1 kW时，PP饰面膜表面的漆膜附着力有一定提升，但仍相对较差，局部有漆膜脱落，不能满足实际生产需要;当等离子体处理速度为3 m/min，放电功率为3 kW时，PP饰面膜表面水性漆漆膜附着力明显提升，基本无脱落现象，可达到1级，漆膜黏附性好，符合木制品实际制作与应用的表面饰面要求。此结论与前述等离子体处理产生的物理刻蚀有利于提高界面结合，以及表面活性基团的生成有利于促进表面与漆膜发生化学键合而提高漆膜附着力的结论相吻合。不同处理条件下PP饰面膜的表面三维形貌见图5，随着等离子体放电功率的增大和处理速度的降低，PP饰面膜表面粗糙度增大，“微坑”现象趋于明显，有利于提升PP饰面膜表面的亲水性和润湿性[3]。图5 PP饰面膜的表面形貌图
分子的对称性振动和非极性基团的振动会使分子变形，极化率随之改变，从而具有拉曼活性[21-22]。等离子体处理前后PP饰面膜表面拉曼光谱图见图1。由图1a可知，未处理的PP饰面膜拉曼光谱主要在285,1 000～1 500和2 800～2 900cm-1区域出现了一系列中等强度的吸收带(主要有285,1 005,1 035,1 092,1 160,1 330,1 439,2 853和2 902 cm-1等振动峰)。其中，285 cm-1振动峰主要为亚甲基(—CH2—)的面外摇摆振动峰和次甲基(帒CH)的弯曲振动峰;1 005 cm-1振动峰主要为甲基(—CH3)的面内摇摆振动峰、次甲基的弯曲振动峰和亚甲基的面外摇摆振动峰;1 035cm-1振动峰由C—CH3间伸缩振动和次甲基的弯曲振动峰引起;1 092 cm-1振动峰由C—C键的骨架伸缩振动引起;1 160 cm-1振动峰主要由C—C键骨架振动、甲基面内摇摆振动和次甲基弯曲振动引起，该峰反映了PP饰面膜非晶区的状态;1 330cm-1振动峰主要为CH的弯曲振动峰或亚甲基的扭转振动峰;1 439 cm-1振动峰主要由甲基的非对称弯曲振动引起;2 853 cm-1振动峰由亚甲基的对称伸缩振动引起;2 902 cm-1振动峰由碳原子与氢原子间伸缩振动引起。当放电功率为1 kW、处理速度为6 m/min时，PP饰面膜表面的拉曼光谱相对复杂，如图1b所示，主要呈现284,317,400,452,531,811,844,902,974,1 000,1 040,1 067,1 089,1 154,1 170,1 221,1 258,1 303,1 333,1 363,1 439,1 462,2 848,2 888,2 909,2 927,2 956 cm-1等多个振动峰。其相比未经等离子体改性处理的PP膜表面振动峰，额外增加了317 cm-1处的亚甲基面外摇摆振动峰，400 cm-1处的亚甲基面外摇摆振动峰和次甲基弯曲振动峰，452 cm-1处的亚甲基面外摇摆振动峰，531 cm-1处的亚甲基面内和面外摇摆振动峰，811cm-1处的亚甲基面内摇摆振动峰和C—C骨架伸缩振动峰，844 cm-1处的甲基和亚甲基面内摇摆振动峰、C—C骨架伸缩振动峰，902 cm-1处的甲基和亚甲基面内摇摆振动峰、次甲基的弯曲振动峰，974cm-1处的甲基面内摇摆振动峰、C—C骨架伸缩振动峰，1 067 cm-1处为C—C骨架伸缩振动峰，1 221cm-1处的亚甲基扭转振动峰、次甲基弯曲振动峰和C—C键的骨架振动峰，1 258 cm-1处次甲基的弯曲振动峰、亚甲基的扭转振动峰和甲基的面内摇摆振动峰，1 303 cm-1处亚甲基平面外摇摆振动峰或扭转振动峰，1 363 cm-1处甲基的对称弯曲振动峰和亚甲基的平面外摇摆振动峰，1 462 cm-1处甲基的非对称弯曲振动或亚甲基的弯曲振动峰，2 888cm-1处甲基的对称伸缩振动峰，2 927 cm-1处亚甲基的非对称伸缩振动峰和2 956 cm-1处甲基的非对称伸缩振动峰。其中，甲基是电中性的一价基团，是一种推电子单元的致活基团;亚甲基是一个有机二价官能团，属于电中性分子，是高度活泼的反应中间体，其连接一个或多个吸电子基团，从而使亚甲基上的氢变得活泼，在碱性条件下易于电离，且亚甲基通常是碳链的组成单元，由此可增加化合物的亲脂性;而次甲基是一个和甲烷对应的三价官能团，其本身处在活化位或者电子分布处于容易激活取代的部位[23-24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚丙烯薄膜改性研究进展[J]. 李登海,刘韶泽,李爱平,徐海青,李登好. 化工新型材料. 2017(01)
[2]家具材料中环保型塑料的研究现状及发展趋势[J]. 白雪. 塑料工业. 2016(10)
[3]PVC建筑膜材的表面处理及其亲水性能研究[J]. 郑海明,韩建,丁新波,徐国平,于斌. 浙江理工大学学报. 2014(07)
[4]等离子体制备亲水性聚乙烯薄膜及其性能研究[J]. 张晓龙,郑丽霞,王騊,陈光良,王晟. 浙江理工大学学报. 2012(06)
[5]聚丙烯非织造布亲水改性的研究[J]. 李红祝,王虹,余调娟,李荣年,吴庆,熊立东. 产业用纺织品. 2006(01)
[6]拉曼光谱技术的应用及研究进展[J]. 伍林,欧阳兆辉,曹淑超,易德莲,孙少学,刘峡. 光散射学报. 2005(02)
本文编号：3581224
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