PEEK作为医学中常用的聚合物,尽管机械性能和生物相容性较好,但其润湿性呈现非亲水性的特性一直是需要解决的问题。PEEK材料表面光滑、表面的化学官能团主要是由C-C及C-H键和极少量C-O键构成,这些官能团亲水性差,使得PEEK的未改性前润湿性较差,不能满足实际应用中亲水的要求。

等离子体清洗机改性是对工作气体施加高电压后电离而产生的等离子体,将产生的等离子体作用在聚合物表面,使其表面性能改变的一种新兴改性方法。近年来,等离子体表面改性作为一种环保的技术正在逐渐取代化学试剂改性。等离子体处理后不产生任何废液,又可以在不改变聚合物表面性能的情况下,对其极薄的表层进行亲水改性。等离子体是由带正电荷和负电荷的离子、电子和通过外部能量源在激活过程中获得的自由基组成的,通常可以增加聚合物的表面能,改善粘接性能。等离子体清洗允许在聚合物表面上引入伯胺和羧基等亲水官能团,这两种途径增加了聚合物表面官能团的密度,从而使聚合物表面活性粒子增加,也增强了表面亲水性。其机理主要有以下四点:引入含氧亲水基团、刻蚀表面使其粗糙化、交联抑制表面亲水性恢复和沉积。

PEEK作为医学中常用的聚合物,尽管机械性能和生物相容性较好,但其润湿性呈现非亲水性的特性一直是需要解决的问题。PEEK材料表面光滑、表面的化学官能团主要是由C-C及C-H键和极少量C-O键构成,这些官能团亲水性差,使得PEEK的未改性前润湿性较差,不能满足实际应用中亲水的要求。

等离子清洗机提高PEEK亲水性

采用等离子清洗机对PEEK改性会使PEEK材料表面的接触角降低50°以上,改性前后表面接触角变化如图1所示。等离子体中所包含着的丰富的活性粒子基团附着于PEEK表面,使材料表面的官能团组成发生变化,从而使PEEK的润湿性呈现亲水性。

图1 PEEK等离子清洗机改性前后接触角示意图 

等离子清洗对PEEK表面化学成分的影响

本实验采用X射线光电子能谱分析仪XPS分析PEEK经等离子清洗机改性处理后表面化学成分的变化。PEEK经过等离子清洗机改性处理前后的XPS图谱如图2所示。通过对比处理前后以及等离子清洗机处理后C、O元素峰值的变化,可以看到:没有经过等离子清洗机改性前,PEEK表面的C元素峰值明显高于O元素峰值。再与等离子清洗机改性后的PEEK表面C、O元素峰值对比发现:改性前的PEEK表面C元素峰值明显高于其他改性后C元素峰值,而改性后的PEEK表面O元素有明显上升。

图2等离子清洗机处理前后PEEK表面的XPS图谱 

通过对比等离子清洗机改性处理前后PEEK表面C、O元素的含量变化,结合上文中对PEEK表面接触角地测量结果可以得出:等离子体清洗机对PEEK表面的改性的原理主要是在其表面引入了含氧元素的活性粒子,由于含氧元素活性粒子呈亲水性,使PEEK表面也呈现亲水性。