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PC表面有機類耐磨膜層主要分為多官能團丙烯酸酯類和有機硅類硬涂層,以及聚氨酯類軟涂層等。有機硅(Silicone)是兼有無機物和有機物的雙重特性的高分子化合物。與另外兩種耐磨涂層相比,交聯密度較大的Si-O-Si網絡結構使有機硅涂層具有較高的硬度,克服了聚氨酯膜層硬度較低的缺點。而且,Si-O具有較高的鍵能和較大的極性,使有機硅涂層具有優異的熱穩定性及良好的氧化穩定性,也不存在多官能固化后易產生性能下降及變黃等問題,所以具有更好的耐磨性能和光學性能。此外,由于有機硅涂層與透明聚合物基底具有較好的力學匹配性,而且在紫外光輻照下不易發生自由基反應,具有良好的耐候性,常被用作PC表面增透和耐磨膜層。因此,使用Silicone可為構筑PC表面高效穩定一維光子晶體(1DPhC)防護膜層提供新的途徑。

PC表面等離子體預處理對有機硅成膜性的影響

等離子體處理是一種常用的PC表面改性手段,能夠使PC表面產生大量的活性基團,降低PC表面的疏水性。如圖1a所示,在未經過等離子體處理的PC表面,質量分數為2wt%的有機硅溶膠雖然能夠形成連續的膜,但是卻出現一些團聚現象,這是因為PC的表面能較低,疏水性較強,且2%的Silicone溶膠粘度較低,因此在固化過程中形成了團聚。如圖1b所示,PC表面在經過等離子體處理后,2wt%的Silicone溶膠制備的Silicone膜層的表面團聚的現象完全消失。這是可能因為等離子體處理能夠使PC表面產生大量的-OH等活性基團,能夠有效地降低PC表面的疏水性。

圖1 PC基底有無等離子體處理的有機硅膜層的表面形貌 

為進一步探究等離子體對PC基底表面疏水性的影響硅,利用接觸角測量儀對PC表面親水性進行表征。從圖2可看出,在功率為120W的條件下,PC表面經過等離子體處理30s后,表面水接觸角從85.46°降低到38.43°,隨著功率增加至210W,PC表面水接觸角僅降低3.15°,表明等離子體處理能夠有效地提升PC表面的親水性,而且等離子體處理時間相同的條件下,等離子體處理功率增加,對PC表面親水性影響較小。

圖2 不同功率等離子體處理PC試樣的接觸角 

利用AFM表征考察等離子體處理功率對PC表面微觀形貌的影響,結果如圖3所示。從圖中可看出,在處理時間均為30s條件下,處理功率為120W的PC表面均方根粗糙度(Rq)從2.17nm降低至1.53nm,最大粗糙度(Rmax)從28.1nm降低至15.4nm。當功率增加至150W時,表面均方根粗糙度從2.17nm增加至2.97nm,比PC初始值高0.8nm,且最大粗糙度從28.1nm增加至32.2nm。這是因為等離子體處理會對聚合物表面產生一定的物理侵蝕作用,降低PC表面粗糙度,然而當聚合物表面被過度侵蝕時,PC試樣粗糙度將會增加。

圖3 不同功率等離子體處理PC試樣的表面形貌及粗糙度 

綜上所述,通過對PC表面進行合適的等離子體處理,不但能夠有效提升PC表面的親水性,減少較低溶膠濃度有機硅Silicone膜層的團聚問題,還能夠降低PC表面粗糙度,進而降低Silicone膜層與PC基底之間的內應力。