等離子體是指被電離的氣體，是由電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體。根據(jù)等離子體的粒子溫度，可以分為高溫等離子體和低溫等離子體,用于材料表面改性處理領(lǐng)域的是低溫等離子體。低溫等離子體中高能粒子的能量一般約為幾至幾一電子伏特,大于聚合物材料分子的結(jié)合鍵能(幾至十幾電子伏特),完全可以使有機(jī)大分子鏈發(fā)生斷裂。

利用等離子體與高分子材料表面相互作用，在表面上形成新的官能團(tuán)和改變聚合物鏈結(jié)構(gòu)，改善親水性、粘接性、表面電學(xué)性能、光學(xué)性能以及生物相容性等，從而達(dá)到表面改性的目的。

等離子體表面處理能賦予材料新的表面性能，這些性能隨時間逐漸衰減的性質(zhì)稱為時效性。

一般認(rèn)為，等離子體表面處理對材料的作用存在表面活化、交聯(lián)和表面刻蝕等多種復(fù)雜過程，表面活化賦予材料表面自由基、極性基團(tuán)，使?jié)櫇裥愿纳疲宦?lián)和刻蝕，使材料表面的活性物質(zhì)減少影響潤濕性改善。等離子體表面處理對材料表面的作用開始以活化為主，隨著處理時間的增加，交聯(lián)和刻蝕作用增加，影響了潤濕性的進(jìn)一步改善。

等離子體表面處理時效性越長，改性效果越穩(wěn)定。表面性能衰減的原理可能是多方面的：試樣離開反應(yīng)室后，活化立即停止，但交聯(lián)還可能在一定時間內(nèi)存在；與周圍環(huán)境中某些物質(zhì)的反應(yīng)也會使活化賦予材料的極性基團(tuán)和自由基減少。

影響時效性的主要因素

1.材料的種類和特性

高分子材料的結(jié)晶度對等離子處理的時效性的影響非常顯著。高分子材料內(nèi)部無定型區(qū)分子結(jié)構(gòu)松散，分子間距離較大;而結(jié)晶區(qū)部分分子緊密有序排列，分子間距離小。對于結(jié)晶度高的高分子材料,由于結(jié)晶區(qū)相對含量較大,等離子處理后表面極性基團(tuán)的翻轉(zhuǎn)和鏈段運(yùn)動需要克服更大的阻力,因此表面極性基團(tuán)的衰減程度較小。

2.等離子體氣氛

不同等離子體氣氛對高分子材料表面處理的效果不同，處理后的時效性也存在差異。例如用氬氣和氧氣混合等離子體對LDPE進(jìn)行了處理,研究結(jié)果表明等離子處理效果和處理后的時效性與氬氣和氧氣的比例有關(guān),當(dāng)氬氣和氧氣的體積比是 9 ∶1 時處理效果最好并且時效性最不顯著。

3.等離子處理功率

由于增加等離子處理功率會提高等離子體內(nèi)部的能量密度，有利于增強(qiáng)等離子體與高聚物材料表面的反應(yīng),使高分子材料表面的氧元素含量升高并產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)。

4.等離子處理時間

等離子處理時間的長短也會對處理后材料表面動態(tài)特征產(chǎn)生影響。等離子處理時間越短時效性越明顯。這主要是由于等離子處理時間對高聚物材料表面被氧化層厚度的影響 。等離子處理時間越短 ,材料表面被氧化層的厚度越小,時效性越顯著;反之處理時間越長,被氧化層的厚度越大.時效性越不明顯。

5. 被處理材料的基體溫度

基體溫度低:被引入的基團(tuán)位于材料的最表層(大約 0.5nm的范圍內(nèi))基體溫度高: 極性基團(tuán)則位于材料表面大約 0.5~8nm的范圍內(nèi)，處于材料最表層的極性基才極易向材料內(nèi)部翻傳，使處理效果衰減。

因此有人提出進(jìn)行兩步法處理:兩次處理時材料基體溫度不相同(例如第一步為 100℃第二步為 45℃)。這種方法既有利于在材料表面引入大量極性基團(tuán),又能增加處理深度，從而使等離子處理后表面極性基團(tuán)的衰減得到抑制。

6.等離子處理后材料的存儲環(huán)境

等離子處理后材料存放的環(huán)境也會對時效性產(chǎn)生影響，具體來講又可分為存儲介質(zhì)和溫度兩個因素。

溫度:在相同的存儲介質(zhì)中,環(huán)境溫度越高,分子鏈獲得更多能量，分子鏈段運(yùn)動加強(qiáng)，表面極性基團(tuán)的翻轉(zhuǎn)也更迅速,時效性越顯著。

存儲介質(zhì):如果存儲環(huán)境是親水性的，即使在較高的溫度下，也能抑制高分子材料表面極性基才的喪失。親水性的存儲介質(zhì)有利于材料表面生成的極性基團(tuán)保持在材料的表面:反之,疏水性的存儲環(huán)境則促使材料表面的極性基團(tuán)翻轉(zhuǎn)進(jìn)入基體內(nèi)部 。

等離子體表面處理多久失效

對于等離子體的處理時間，等離子體處理聚合物表面發(fā)生的交聯(lián)、化學(xué)改性、刻蝕主要是因?yàn)榈入x子體使聚合物表層分子發(fā)生斷鍵生成大量的自由基。實(shí)驗(yàn)說明，隨著等離子處理時間的延長、放電功率增大,生成的自由基強(qiáng)度增加,達(dá)到最大點(diǎn)后進(jìn)入一種動態(tài)平衡;放電壓力在某一定值時,自由基強(qiáng)度出現(xiàn)最大值，即在特定條件下低溫等離子體對聚合物表面反應(yīng)的程度最深。

等離子體表面處理后可能應(yīng)為材料自身的性質(zhì)、處理后受到二次污染、又發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等原因，處理后表面能保留的時間不好確定。經(jīng)過等離子表面處理達(dá)到較高表面后，立刻進(jìn)行下一道工序，避免表面能衰減造成的影響。

低溫等離子處理只作用于材料表面(通常為幾至幾一納米),不影響基體的性質(zhì)。此外,低溫等離子體技術(shù)具有易操作、加工速度快、處理效果好、環(huán)境污染小、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),因此在材料表面改性處理中得到廣泛的應(yīng)用并具有廣泛的發(fā)展前景。

你覺得這篇文章怎么樣？