眾所周知，聚四氟乙烯（PTFE）由于其不粘性，被應用于各類日常產品中。從不粘鍋到地毯，到處都有它的身影。然而，這種不粘性同時也限制了它的應用范圍，影響了它在包括醫學在內的其他領域的發展。大阪大學工學研究所科學家與兵庫縣立科技研究院合作，報道了如何通過加熱輔助等離子體處理來改性PTFE從而解決這個問題。該報道被發表在RSC Advances上。

    ▲ 通過加熱輔助等離子體處理PTFE具有長時間的高附著性。白色：氟聚合物片，藍色：異丁烯 - 異戊二烯橡膠（IIR）。

    第一次提出這個研究課題的是大阪大學的副教授KazuyaYamamura和助理教授YujiOhkubo，他們指出在醫療程序中需要更好的潤滑劑。許多人沒有注意到這一點，但是“注射器中的橡膠必須是穩定的，不粘的，以提供準確的醫藥量”，Ohkubo說。

    在目前的方法中，橡膠通常用諸如硅油之類的涂層潤滑，但這種涂層可能會污染試劑。PTFE將是理想的潤滑劑，因為它不會與試劑發生混合，但為了有效，它也必須粘附在橡膠上。

    為了增加粘附性，科學家們使用腐蝕性的鈉基化合物或等離子體來處理PTFE。相對來說，等離子體處理更安全，但粘附性效果不好。

    “常規等離子體處理在PTFE上留下了弱邊界層（WBL），這種WBL削弱了PTFE與橡膠之間的粘附力，”Yamamura解釋說。

    為了能夠制備出安全的PTFE基粘合劑，Ohkubo對進行等離子體處理的壓力和溫度進行再三斟酌。

    增加粘附力的可行性條件是新的化學鍵的出現以及PTFE表面上的WBL的蝕刻。主管這項研究的教授，KatsuyoshiEndo表示：“隨著等離子體功率的增加，碳氟鍵和碳碳交聯發生交換”。這些交聯和蝕刻使WBL即弱邊界層得到修復，增強了PTFE和橡膠之間的粘附力。

    進一步研究表明，交聯的增加是由于在較高功率下進行等離子體處理時，PTFE表面溫度較高的結果。為了使交聯最大化，科學家們決定在等離子體處理之前將PTFE加熱到幾百攝氏度。

    Ohkubo解釋說：“PTFE片材的表面一般都有一個含有很多劃痕和凹坑的WBL，”這可能會影響粘附力。通過加熱輔助等離子體處理修復了WBL，從而改善了粘合性能。

    溫度和功率的變化對粘附力的影響非常明顯。在較低的等離子體功率下，剝離試驗表明PTFE可以容易地從橡膠中分離出來。然而，在較高的功率下，粘附力非常強，以至于將橡膠撕裂也不能與PTFE分離。此外，這種效果在進行等離子體處理一年后仍能觀察到，這說明了粘附的穩定性。

    不需要任何有毒化學物質就可以實現這種強烈的粘附力，這表明已經被廣泛使用的PTFE可以進一步擴大其應用領域。 Ohkubo說：“我們的方法簡單直接，可以增加PTFE在醫療領域內的用量。”同時通過加熱輔助等離子體處理也可用于增強其他材料的粘附力。

    參考文獻：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

    延伸閱讀

    特氟龍

    聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene），英文縮寫為PTFE，（俗稱“塑料王，哈拉”），商標名Teflon?，在中國，由于發音的緣故，“Teflon”這一商標又被稱之為“特氟龍”、“鐵氟龍”、“鐵富龍”、“特富龍”、“特氟隆”等等，皆為“Teflon”的音譯。這種材料的產品一般統稱作“不粘涂層”；是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機溶劑的特點，幾乎不溶于所有的溶劑。同時，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點，它的摩擦系數極低，所以可作潤滑作用之馀，亦成為了不沾鍋和水管內層的理想涂料。

    特性

    1、不粘性：幾乎所有物質都不與聚四氟乙烯涂膜粘合。很薄的膜也顯示出很好的不粘附性能。

    2、耐熱性：聚四氟乙烯涂膜具有優良的耐熱和耐低溫特性。短時間可耐高溫到300℃，一般在240℃~260℃之間可連續使用，具有顯著的熱穩定性，它可以在冷凍溫度下工作而不脆化，在高溫下不融化。

    3、滑動性：聚四氟乙烯涂膜有較低的摩擦系數。負載滑動時摩擦系數產生變化，但數值僅在0.05-0.15之間。

    4、抗濕性：聚四氟乙烯涂膜表面不沾水和油質，生產操作時也不易沾溶液，如粘有少量污垢，簡單擦拭即可清除。停機時間短，節省工時并能提高工作效率。

    5、耐磨損性：在高負載下，具有優良的耐磨性能。在一定的負載下，具備耐磨損和不粘附的雙重優點。

    6、耐腐蝕性：聚四氟乙烯幾乎不受藥品侵蝕，能夠承受除了熔融的堿金屬，氟化介質以及高于300℃氫氧化鈉之外的所有強酸（包括王水）、強氧化劑、還原劑和各種有機溶劑的作用，可以保護零件免于遭受任何種類的化學腐蝕。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org

責任編輯：王元

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事

投稿聯系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414