Page 82 - 《精细化工》2021年第6期

·1144· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

由图 2 可见，未经等离子体处理的 PS 微孔板与 由图 4a 可见，未改性 PS 微孔板表面比较平整
水的接触角为 95。当等离子体处理功率固定为 300 W 且平滑；由图 4b 可见，等离子体处理接枝氨基后
时，随处理时间的延长，60 s 内接触角显著下降，60 s PS 微孔板的表面变得粗糙且有均匀的小白点出现。
时达到 32.52；处理时间为 60~600 s 时接触角降幅 在等离子体处理过程中，既发生了聚合物表面的蚀
趋于平缓，300 s 时接触角降为 9.40，600 s 时达到 刻，也发生了来自丙烯酰胺等离子体的活性物质和
超亲水状态（图 2a）。当等离子体处理时间固定为 表面原子之间的相互作用，说明在聚合物表面接枝
300 s 时，处理功率增至 200 W 时，等离子体处理的 上了丙烯酰胺。图 4c、d 中有新的白色物质出现，
PS-g-NH 2 微孔板的水接触角降为 9.77；继续增大功 表示 SMCC 分布在 PS 的表面。结果表明，在 PS 微
率，接触角缓慢下降，当功率增至 500 W 后达到超 孔板表面接枝了丙烯酰胺与 SMCC。
亲水状态（图 2b）。这表明等离子体活化可以有效
改善 PS 的润湿性，且处理功率为 500 W、处理时间
为 300 s 时等离子体处理效果更好。因此，后续性能
测定采用此条件下制备的 PS-g-NH 2 。PS 润湿性的
显著增加是由于表面接枝了极性官能团。在一定功率
下，随处理时间的延长，等离子室内活性粒子含量上
升，活性粒子碰撞 PS 微孔板表面，使其表面形成活
性自由基，在处理时间超过 600 s 后自由基浓度达
到饱和不再上升，从而导致接触角不再变化。随着
处理功率的增加，等离子体的电离度和电子等高能

粒子的运动速度都会提高，从而增加了活性粒子与
图 4 未处理的 PS（a）、PS-g-NH 2 （b）、PS-g-SMCC（c、
聚合物表面的有效碰撞，会在材料表面引入更多的
d）微孔板的 SEM 图
极性基团。但是，当处理功率持续增加后，不仅增 Fig. 4 SEM images of untreated PS plate (a), PS-g-NH 2 (b)
加了高能粒子与 PS 的有效碰撞，同时也增加了终止 and PS-g-SMCC (c, d)

反应的几率，从而使自由基浓度有所下降或保持不 2.4 EDS 分析
变，接触角不再下降 [22] 。
利用场发射扫描电镜能谱仪分别测定未处理
不同质量浓度 SMCC 对 PS-g-SMCC（等离子体
PS 微孔板、PS-g-NH 2 、PS-g-SMCC 表面 C、O 和 N
处理功率 500 W，处理时间 300 s）与水接触角的影
元素含量，其全谱图如图 5 所示，所含元素的原子
响如图 3 所示。随着 SMCC 质量浓度的增加，
个数百分比（x）如表 1 所示。
PS-g-SMCC 与水的接触角逐渐增大，当 SMCC 质量
浓度超过 5 g/L 后，接触角不再变化，说明 SMCC
的接枝量已经达到饱和。因此，后续 PS-g-SMCC 的
制备均采用 SMCC 质量浓度为 5 g/L。

图 3 SMCC 质量浓度对 PS-g-SMCC 水接触角的影响
Fig. 3 Effect of SMCC mass concentration on the water
contact angle of PS-g-SMCC

2.3 表面形貌分析
通过扫描电镜观察 PS 微孔板改性前后的表面
形态，见图 4。