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。
▲ 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
来源：高分子科学前沿 十三月 投稿
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