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表面改性技术的背后：如何透过氧化提升聚合物的附着力？
聚合物材料因其多样化的特性、经济效益及可高度调整的生产过程而广泛应用。然而，在生物技术、纳米技术及各种涂层应用中，聚合物基材的表面互动仍是一个重要的研究领域。在这些应用中，聚合物和材料的表面特性以及它们之间的作用力大大决定了其效用和可靠性。例如，在生物医学应用中，对于外来材料的身体反应，即生物相容性，正是由表面间的互动所控制。此外，表面科学也是涂层的配方、制造和应用中不可或缺的部分。
聚合物材料的表面改性技术不仅能提高其附着力，还能改善材料的性能与应用效果。
化学方法
通过向表面或界面添加小分子、寡聚物，甚至其他聚合物（接枝共聚物），可以实现聚合物材料的功能化。
接枝共聚物
在聚合物化学中，接枝指的是将聚合物链附加到表面。在所谓的"接枝到"机制中，聚合物链从溶液中吸附到表面。而在更广泛的"接枝从"机制中，聚合物链在表面上启动并增长。由于"接枝到"方法中所用的聚合物链在溶液中具有热力学上优势的构象，其吸附密度是自限制的。这导致接枝"到"所形成的表面功能化密度较低，相较之下，"接枝从"技术则克服了这个现象，并允许更高的接枝密度。
氧化
等离子体处理、电晕处理和火焰处理都可以归类为表面氧化机制。这些方法涉及对材料中的聚合物链的切断，并将羰基和羟基功能团引入材料表面。将氧气引入表面可大幅提高其表面能，使基材更容易被涂层附着。
方法论
氧化聚合物表面
电晕处理
电晕处理是一种表面改性方法, 利用低温电晕放电以增加材料的表面能, 常见于聚合物和天然纤维。通常，薄聚合物片会通过一组高压电极，利用产生的等离子体来改性表面。该处理深度有限，但能显著改善黏附性，同时保留材料的机械性能。电晕处理在塑料包装材料印刷前用来改善染料黏附性，并因此得到广泛应用。
火焰处理
火焰处理是一种控制性、快速且成本效益高的方法，用于提高聚烯烃和金属元件的表面能和可湿性。该方法利用带有正电离子化气体氧的快速喷射火焰，通过在表面添加极性功能团来增强附着性能。
接枝技术
将接枝共聚物固定于不同结构的聚合物基材上，可改变表面功能性，同时保持材质的粗糙度和机械性能。接枝的性能与选择的共聚物、接枝的类型及范围都有关。
光接枝
光接枝技术可以修改聚烯烃、聚酯和聚醯胺的惰性表面，以提高疏水性、染料吸收及聚合物粘附性。这技术在连续长纤维或薄膜处理过程中发挥作用，并且通过UV辐射来完成所需的聚合物黏合网络。
表面分析技术
表面能测量
在工业电晕和等离子处理过程中，为了确认基材的表面功能性，需要成本效益高且迅速的分析方法。接触角测量（几何学）可用于找出处理及未处理表面的表面能。
红外光谱
对于氧化处理，从已处理表面得到的光谱将显示羰基和羟基功能团，让我们确认表面功能化的效果。
X射线光电子能谱及能量色散X射线谱
XPS和EDS技术可用于定量化学成分，提供1–10纳米深度的表面分析，并且能够表征表面组成的微观变化。
原子力显微镜
原子力显微镜（AFM）可以精确地绘制原子表面三维拓扑变化，对于聚合物等不晶化的材料尤其有用。
应用
生物材料
生物材料表面常利用光活化机制进行改性，以实现不损害基材机械性能的情况下功能化表面。透过功能化聚合物表面，可以抑制蛋白质吸附，防止组织反应，这种反应常是医疗假体失效的主要原因。
涂层
在水性涂层中，聚合物分散体会在溶剂蒸发后在基材上形成薄膜，聚合物粒子的表面功能化是控制涂层性能的关键因素之一。
聚合物的附着力提升技术取决于表面改性的方式及其所带来的潜在效益，在未来的发展中，我们是否能想到更多创新方法来进一步优化这些技术以适应不同的应用场景呢？
