眾所周知，聚四氟乙烯（PTFE）由于其不粘性，被應(yīng)用于各類日常產(chǎn)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(shí)也限制了它的應(yīng)用范圍，影響了它在包括醫(yī)學(xué)在內(nèi)的其他領(lǐng)域的發(fā)展。大阪大學(xué)工學(xué)研究所科學(xué)家與兵庫縣立科技研究院合作，報(bào)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(gè)問題。該報(bào)道被發(fā)表在RSC Advances上。

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

    第一次提出這個(gè)研究課題的是大阪大學(xué)的副教授KazuyaYamamura和助理教授YujiOhkubo，他們指出在醫(yī)療程序中需要更好的潤滑劑。許多人沒有注意到這一點(diǎn)，但是“注射器中的橡膠必須是穩(wěn)定的，不粘的，以提供準(zhǔn)確的醫(yī)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(huì)污染試劑。PTFE將是理想的潤滑劑，因?yàn)樗粫?huì)與試劑發(fā)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(xué)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(guī)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(jìn)行等離子體處理的壓力和溫度進(jìn)行再三斟酌。

    增加粘附力的可行性條件是新的化學(xué)鍵的出現(xiàn)以及PTFE表面上的WBL的蝕刻。主管這項(xiàng)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(lián)發(fā)生交換”。這些交聯(lián)和蝕刻使WBL即弱邊界層得到修復(fù)，增強(qiáng)了PTFE和橡膠之間的粘附力。

    進(jìn)一步研究表明，交聯(lián)的增加是由于在較高功率下進(jìn)行等離子體處理時(shí)，PTFE表面溫度較高的結(jié)果。為了使交聯(lián)最大化，科學(xué)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(gè)含有很多劃痕和凹坑的WBL，”這可能會(huì)影響粘附力。通過加熱輔助等離子體處理修復(fù)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(yàn)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(qiáng)，以至于將橡膠撕裂也不能與PTFE分離。此外，這種效果在進(jìn)行等離子體處理一年后仍能觀察到，這說明了粘附的穩(wěn)定性。

    不需要任何有毒化學(xué)物質(zhì)就可以實(shí)現(xiàn)這種強(qiáng)烈的粘附力，這表明已經(jīng)被廣泛使用的PTFE可以進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。 Ohkubo說：“我們的方法簡單直接，可以增加PTFE在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的用量。”同時(shí)通過加熱輔助等離子體處理也可用于增強(qiáng)其他材料的粘附力。

    參考文獻(xiàn)：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(biāo)名Teflon?，在中國，由于發(fā)音的緣故，“Teflon”這一商標(biāo)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(chǎn)品一般統(tǒng)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(jī)溶劑的特點(diǎn)，幾乎不溶于所有的溶劑。同時(shí)，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點(diǎn)，它的摩擦系數(shù)極低，所以可作潤滑作用之馀，亦成為了不沾鍋和水管內(nèi)層的理想涂料。

    特性

    1、不粘性：幾乎所有物質(zhì)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(yōu)良的耐熱和耐低溫特性。短時(shí)間可耐高溫到300℃，一般在240℃~260℃之間可連續(xù)使用，具有顯著的熱穩(wěn)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(dòng)性：聚四氟乙烯涂膜有較低的摩擦系數(shù)。負(fù)載滑動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)產(chǎn)生變化，但數(shù)值僅在0.05-0.15之間。

    4、抗?jié)裥裕壕鬯姆蚁┩磕け砻娌徽此陀唾|(zhì)，生產(chǎn)操作時(shí)也不易沾溶液，如粘有少量污垢，簡單擦拭即可清除。停機(jī)時(shí)間短，節(jié)省工時(shí)并能提高工作效率。

    5、耐磨損性：在高負(fù)載下，具有優(yōu)良的耐磨性能。在一定的負(fù)載下，具備耐磨損和不粘附的雙重優(yōu)點(diǎn)。

    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(zhì)以及高于300℃氫氧化鈉之外的所有強(qiáng)酸（包括王水）、強(qiáng)氧化劑、還原劑和各種有機(jī)溶劑的作用，可以保護(hù)零件免于遭受任何種類的化學(xué)腐蝕。

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