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新成果|让特氟龙黏上橡胶
2017-04-17 09:31:25 作者:本网整理 来源:网络

  众所周知,聚四氟乙烯(PTFE)由于其不粘性,被应用于各类日常产品中。从不粘锅到地毯,到处都有它的身影。然而,这种不粘性同时也限制了它的应用范围,影响了它在包括医学在内的其他领域的发展。大阪大学工学研究所科学家与兵库县立科技研究院合作,报道了如何通过加热辅助等离子体处理来改性PTFE从而解决这个问题。该报道被发表在RSC Advances上。

 

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▲ 通过加热辅助等离子体处理PTFE具有长时间的高附着性。白色:氟聚合物片,蓝色:异丁烯 - 异戊二烯橡胶(IIR)。


  第一次提出这个研究课题的是大阪大学的副教授KazuyaYamamura和助理教授YujiOhkubo,他们指出在医疗程序中需要更好的润滑剂。许多人没有注意到这一点,但是“注射器中的橡胶必须是稳定的,不粘的,以提供准确的医药量”,Ohkubo说。


  在目前的方法中,橡胶通常用诸如硅油之类的涂层润滑,但这种涂层可能会污染试剂。PTFE将是理想的润滑剂,因为它不会与试剂发生混合,但为了有效,它也必须粘附在橡胶上。


  为了增加粘附性,科学家们使用腐蚀性的钠基化合物或等离子体来处理PTFE。相对来说,等离子体处理更安全,但粘附性效果不好。


  “常规等离子体处理在PTFE上留下了弱边界层(WBL),这种WBL削弱了PTFE与橡胶之间的粘附力,”Yamamura解释说。


  为了能够制备出安全的PTFE基粘合剂,Ohkubo对进行等离子体处理的压力和温度进行再三斟酌。


  增加粘附力的可行性条件是新的化学键的出现以及PTFE表面上的WBL的蚀刻。主管这项研究的教授,KatsuyoshiEndo表示:“随着等离子体功率的增加,碳氟键和碳碳交联发生交换”。这些交联和蚀刻使WBL即弱边界层得到修复,增强了PTFE和橡胶之间的粘附力。


  进一步研究表明,交联的增加是由于在较高功率下进行等离子体处理时,PTFE表面温度较高的结果。为了使交联最大化,科学家们决定在等离子体处理之前将PTFE加热到几百摄氏度。


  Ohkubo解释说:“PTFE片材的表面一般都有一个含有很多划痕和凹坑的WBL,”这可能会影响粘附力。通过加热辅助等离子体处理修复了WBL,从而改善了粘合性能。


  温度和功率的变化对粘附力的影响非常明显。在较低的等离子体功率下,剥离试验表明PTFE可以容易地从橡胶中分离出来。然而,在较高的功率下,粘附力非常强,以至于将橡胶撕裂也不能与PTFE分离。此外,这种效果在进行等离子体处理一年后仍能观察到,这说明了粘附的稳定性。


  不需要任何有毒化学物质就可以实现这种强烈的粘附力,这表明已经被广泛使用的PTFE可以进一步扩大其应用领域。 Ohkubo说:“我们的方法简单直接,可以增加PTFE在医疗领域内的用量。”同时通过加热辅助等离子体处理也可用于增强其他材料的粘附力。


  参考文献:Ohkubo Y, Ishihara K, Sato H, et al. Adhesive-free adhesion between polytetrafluoroethylene (PTFE) and isobutylene–isoprene rubber (IIR) via heat-assisted plasma treatment[J]. RSC Adv., 2017,7, 6432-6438


  延伸阅读


  特氟龙


  聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene),英文缩写为PTFE,(俗称“塑料王,哈拉”),商标名Teflon?,在中国,由于发音的缘故,“Teflon”这一商标又被称之为“特氟龙”、“铁氟龙”、“铁富龙”、“特富龙”、“特氟隆”等等,皆为“Teflon”的音译。这种材料的产品一般统称作“不粘涂层”;是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点,几乎不溶于所有的溶剂。同时,聚四氟乙烯具有耐高温的特点,它的摩擦系数极低,所以可作润滑作用之馀,亦成为了不沾锅和水管内层的理想涂料。


  特性


  1、不粘性:几乎所有物质都不与聚四氟乙烯涂膜粘合。很薄的膜也显示出很好的不粘附性能。


  2、耐热性:聚四氟乙烯涂膜具有优良的耐热和耐低温特性。短时间可耐高温到300℃,一般在240℃~260℃之间可连续使用,具有显著的热稳定性,它可以在冷冻温度下工作而不脆化,在高温下不融化。


  3、滑动性:聚四氟乙烯涂膜有较低的摩擦系数。负载滑动时摩擦系数产生变化,但数值仅在0.05-0.15之间。


  4、抗湿性:聚四氟乙烯涂膜表面不沾水和油质,生产操作时也不易沾溶液,如粘有少量污垢,简单擦拭即可清除。停机时间短,节省工时并能提高工作效率。


  5、耐磨损性:在高负载下,具有优良的耐磨性能。在一定的负载下,具备耐磨损和不粘附的双重优点。


  6、耐腐蚀性:聚四氟乙烯几乎不受药品侵蚀,能够承受除了熔融的碱金属,氟化介质以及高于300℃氢氧化钠之外的所有强酸(包括王水)、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用,可以保护零件免于遭受任何种类的化学腐蚀。

 

 

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