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酸碱处理对聚酰亚胺薄膜的表面改性
POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING2010年5月May2010酸碱处理对聚酰亚胺薄膜的表面改性阙正波1,王晓东1,黄培1,吕亮2(1.南京工业大学化学化工学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;2.江苏贝日新材料科技有限公司,江苏无锡214205)升摘要:采用酸碱处理的方法对聚酰亚胺(PI)薄膜表面改性。利用万能试验机和热失重仪考察了处理前后PI薄膜力学性能和热性能的变化情况,并通过傅立叶红外光谱仪、原子力显微镜及视频接触角仪对PI薄膜改性前后表面性能进行了表征。结果表明,经酸碱处理后,PI薄膜表面化学组成和表面形貌均发生变化,表面亲水性增大;当处理时间为4min时,力学性能保持在97%以上,热稳定性略有下降;均方根粗糙度从11057nm增大到31002nm,接触角从77.32°下降到46.70°,粘接功提高了38.20%。关键词:聚酰亚胺薄膜;酸碱处理;表面改性;力学性能;亲水性中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:100027555(2010)0520039204聚酰亚胺(简称PI)薄膜以其优异的力学性能、耐高温性能、低介电常数、耐辐射和高电阻率等特性而广泛应用于航天航空和微电子行业(作为介电空间层、金属薄膜的保护覆盖层和基材1,2)等。PI薄膜因表面光滑和表面化学活性低,与基材的界面粘接性能差,因此有必要对PI薄膜表面进行改性,以提高表面润湿性和粘接性能3,4。PI薄膜表面处理方法主要有:酸碱处理、电晕处理、等离子处理技术等4~6。在PI薄膜表面处理方法中,酸碱处理因操作简单和廉价,得到广泛研究。已有诸多文献采用酸碱处理PI薄膜来提高其润湿性和粘接性能的报道2,4,6,但处理后PI薄膜的主体性能缺少应有的关注。酸碱处理对PI薄膜表面有蚀刻作用,对其主体性能有一定的影响。PI薄膜主体性能与其尺寸稳定性密切相关。本文用NaOH溶液和HCl溶液处理PI薄膜表面。在不影响PI薄膜的力学性能和热性能情况下,研究了不同酸碱处理时间对PI薄膜表面性能的影响,旨为PI薄膜表面改性应用提供基础数据。析纯,上海中试化工总公司;蒸馏水:自制。1.2样品制备在25℃,将PI薄膜在10%的NaOH水溶液里处理0min~10min,再将处理过后的PI薄膜在10%的HCl溶液里浸泡5min,水洗涤2次~3次,然后真空干燥12h。PI薄膜经10%NaOH溶液处理后,变成带有钠离子高聚物,随后用10%盐酸溶液酸化,转变成聚酰胺酸,如Fig.1所示。1.3性能测试采用德国TENSOR27傅立叶变换衰减全反射红外光谱仪(FT2IR2ATR)测定PI薄膜表面特征基团;采用德国视频光学接触角测量仪(DSA100)测试接触角,测试液为蒸馏水,水滴体积为5μL,室温;采用美国Veeco(MT)AutoprobeCPResearchSystem型原子力显微镜(AFM),扫描面积为10μm×10μm,扫描速度为1lps,以轻敲模式考察处理前后PI薄膜表面形貌变化;采用深圳新三思计量技术有限公司CMT4204微机控制电子万能试验机,最大负荷20kN,精度等级015级,薄膜尺寸为50mm×10mm,拉伸速率为2mm/min,测试处理前后PI薄膜力学性能;采用德国NETZSCHSTA409PG/PC分析仪,N2保护,升温速1实验部分1.1主要药品PI薄膜:12.5μm,江苏贝日新材料科技有限公升司;NaOH:分析纯,无锡市亚盛化工有限公司;HCl:分收稿日期:2009203224通讯联系人:黄培,主要从事功能高分子材料研究,E2mail:phuang@njut.edu.cn高分子材料科学与工程2010年40率为10℃/min,测试处理前后PI薄膜热失重。Fig.1ReactionofpolyimidefilmbyNaOHtreatmentFig.2EffectofthedifferenttreatmenttimeonmechanicalpropertiesofpolyimidefilmPI薄膜表面的刻蚀作用造成的质量损失有限,下降幅度很小,对PI薄膜的力学性能影响不大。2.2热性能Fig.3为未处理和处理4min的PI薄膜的热失重分析曲线。可见,经处理后PI薄膜与原始薄膜具有类似的热行为。经酸碱处理后,薄膜表面的酰亚胺基团发生开环反应,导致PI薄膜热分解温度有轻微下降。2.3薄膜表面红外分析经酸碱处理后,PI薄膜表面会发生化学和物理变化。采用红外对其表面化学变化进行了分析。Fig.3TGAcurvesofpolyimidefilms2结果与讨论2.1力学性能Fig.2为不同酸碱处理时间后PI薄膜的力学性能变化情况。从Fig.2中可以看出,处理前4min内,PI薄膜的力学性能变化不明显;当处理时间为5min时,PI
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