新成果|让特氟龙黏上橡胶

2017-04-17 09:31:25 作者：本网整理来源：网络分享至：

众所周知，聚四氟乙烯（PTFE）由于其不粘性，被应用于各类日常产品中。从不粘锅到地毯，到处都有它的身影。然而，这种不粘性同时也限制了它的应用范围，影响了它在包括医学在内的其他领域的发展。大阪大学工学研究所科学家与兵库县立科技研究院合作，报道了如何通过加热辅助等离子体处理来改性PTFE从而解决这个问题。该报道被发表在RSC Advances上。

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▲ 通过加热辅助等离子体处理PTFE具有长时间的高附着性。白色：氟聚合物片，蓝色：异丁烯 - 异戊二烯橡胶（IIR）。

第一次提出这个研究课题的是大阪大学的副教授KazuyaYamamura和助理教授YujiOhkubo，他们指出在医疗程序中需要更好的润滑剂。许多人没有注意到这一点，但是“注射器中的橡胶必须是稳定的，不粘的，以提供准确的医药量”，Ohkubo说。

在目前的方法中，橡胶通常用诸如硅油之类的涂层润滑，但这种涂层可能会污染试剂。PTFE将是理想的润滑剂，因为它不会与试剂发生混合，但为了有效，它也必须粘附在橡胶上。

为了增加粘附性，科学家们使用腐蚀性的钠基化合物或等离子体来处理PTFE。相对来说，等离子体处理更安全，但粘附性效果不好。

“常规等离子体处理在PTFE上留下了弱边界层（WBL），这种WBL削弱了PTFE与橡胶之间的粘附力，”Yamamura解释说。

为了能够制备出安全的PTFE基粘合剂，Ohkubo对进行等离子体处理的压力和温度进行再三斟酌。

增加粘附力的可行性条件是新的化学键的出现以及PTFE表面上的WBL的蚀刻。主管这项研究的教授，KatsuyoshiEndo表示：“随着等离子体功率的增加，碳氟键和碳碳交联发生交换”。这些交联和蚀刻使WBL即弱边界层得到修复，增强了PTFE和橡胶之间的粘附力。

进一步研究表明，交联的增加是由于在较高功率下进行等离子体处理时，PTFE表面温度较高的结果。为了使交联最大化，科学家们决定在等离子体处理之前将PTFE加热到几百摄氏度。

Ohkubo解释说：“PTFE片材的表面一般都有一个含有很多划痕和凹坑的WBL，”这可能会影响粘附力。通过加热辅助等离子体处理修复了WBL，从而改善了粘合性能。

温度和功率的变化对粘附力的影响非常明显。在较低的等离子体功率下，剥离试验表明PTFE可以容易地从橡胶中分离出来。然而，在较高的功率下，粘附力非常强，以至于将橡胶撕裂也不能与PTFE分离。此外，这种效果在进行等离子体处理一年后仍能观察到，这说明了粘附的稳定性。

不需要任何有毒化学物质就可以实现这种强烈的粘附力，这表明已经被广泛使用的PTFE可以进一步扩大其应用领域。 Ohkubo说：“我们的方法简单直接，可以增加PTFE在医疗领域内的用量。”同时通过加热辅助等离子体处理也可用于增强其他材料的粘附力。

参考文献：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

延伸阅读

特氟龙

聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene），英文缩写为PTFE，（俗称“塑料王，哈拉”），商标名Teflon?，在中国，由于发音的缘故，“Teflon”这一商标又被称之为“特氟龙”、“铁氟龙”、“铁富龙”、“特富龙”、“特氟隆”等等，皆为“Teflon”的音译。这种材料的产品一般统称作“不粘涂层”；是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之馀，亦成为了不沾锅和水管内层的理想涂料。

特性

1、不粘性：几乎所有物质都不与聚四氟乙烯涂膜粘合。很薄的膜也显示出很好的不粘附性能。

2、耐热性：聚四氟乙烯涂膜具有优良的耐热和耐低温特性。短时间可耐高温到300℃，一般在240℃~260℃之间可连续使用，具有显著的热稳定性，它可以在冷冻温度下工作而不脆化，在高温下不融化。

3、滑动性：聚四氟乙烯涂膜有较低的摩擦系数。负载滑动时摩擦系数产生变化，但数值仅在0.05-0.15之间。

4、抗湿性：聚四氟乙烯涂膜表面不沾水和油质，生产操作时也不易沾溶液，如粘有少量污垢，简单擦拭即可清除。停机时间短，节省工时并能提高工作效率。

5、耐磨损性：在高负载下，具有优良的耐磨性能。在一定的负载下，具备耐磨损和不粘附的双重优点。

6、耐腐蚀性：聚四氟乙烯几乎不受药品侵蚀，能够承受除了熔融的碱金属，氟化介质以及高于300℃氢氧化钠之外的所有强酸（包括王水）、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用，可以保护零件免于遭受任何种类的化学腐蚀。

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