Наука и технологии

Плазма заменила клей для соединения полимеров

image

Японские химики из Университета Осаки придумали способ соединения фторопластов, тефлона (PTFE) и перфторалкана (PFA), и вулканизированного кремниевого полимера, полидиметилсилоксана (PDMS), без использования клея и с высокой адгезией.


Полученные материалы этим же методом ученые нанесли на металл и стекло. Разработка полезна для пищевой промышленности и медицины, где наличие клея и дополнительных загрязнений лучше исключить. Работа была опубликована в журнале Nature.

Фторопласты обладают хорошими водо- и маслоотталкивающими способностями, скользящей поверхностью, устойчивы к химическому воздействию и различным погодным условиям. Однако к фторопластам сложно что-либо прикрепить, молекулы на поверхности полимера очень слабо взаимодействуют с другими материалами. Химическое травление – один из способов решить эту проблему, но оно токсично для человека, пагубно влияет на экологию, и в процессе травления фторопласты окрашиваются, что часто нежелательно. Соединять полимеры можно методом плазменной обработки, который экономичен, более безопасен для окружающей среды и обеспечивает высокую чистоту материала. Но обычное воздействие плазмой не позволяет добиться достаточной адгезии.

Юджи Окубо (Yuji Ohkubo) вместе с коллегами нашли новый способ, заключающийся в обработке плазмой поверхностей при повышенной температуре. Механизм процесса исследовался на соединении тефлона, PDMS и пластинки меди. Сила адгезии полученных материалов превысила 2 Ньютона на миллиметр.

 

Трехслойные материалы и проверка силы адгезии каждого слоя, для каждого она составляла более 2 Н/мм. (а) Тефлон/PDMS/медь, (b) тефлон/PDMS/сталь, (c) тефлон/PDMS/стекло. Ohkubo et al. / Nature, 2018

При температуре выше 200 градусов Цельсия на поверхность фторопласта действовали плазмой гелия, а PDMS бомбардировали плазмой, генерируемой дуговым разрядом. Так на поверхности полимеров создали функциональные группы: карбонильную и карбоксильную (-COH, -COOH) у фторопласта и силанольную (-SiOH) у PDMS. Затем полимеры соединили этими сторонами и при нагревании сжимали, чтобы между функциональными группами образовались прочные связи, например, -Si-O-C- и водородные связи. «Склеенные» полимеры и медь снова обработали плазмой для получения силанольной группы (-SiOH) на поверхности PDMS, и гидроксильной группы (-ОН) на меди. Вещества подвергли термическому сжатию, в результате чего на их стыке образовались связи медь-кислород-кремний (Cu-O-Si).

 

Процесс соединения тефлона и PDMS и их дальнейшее нанесение на медь. Аналогично соединения с полимерами получали на стекле и стали. Ohkubo et al. / Nature, 2018

Итак, получился «сэндвич» из трех различных слоев, которые соединены достаточно прочно. Аналогичным образом ученые нанесли тефлон и PDMS на стекло и сталь. Сочетание этих двух полимеров дополняет свойства каждого: химическая устойчивость, гидро- и маслофобность, гладкая и необрастающая поверхность от тефлона и эластичность от PDMS. Ученые добились прозрачности материала, когда заменили тефлон и медь на перфторалкан и стекло.

 

Сравнение прозрачности соединенных полимеров тефлон/PDMS и перфторалкан/PDMS. Ohkubo et al. / Nature, 2018

PDMS широко используется в медицине, особенно при создании микроструйных чипов, а тефлон за счет своих редких физических и химических свойств распространен в быту и технике. Метод, не требующий клея и дополнительных химических реагентов, обеспечивающий чистый продукт с улучшенными свойствами этих соединений, позволит расширить возможности используемых полимеров и получаемых на их основе материалов.

В этом году ученые показали, как кремний может влиять на свойства полимера, контролируя его поведение. Технология может применяться во многих сферах производства, в том числе в медицине и 3D-печати.

Анастасия Путилова

Источник

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s