高分子材料的等離子體表面處理

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-10-20

等離子體以其高效、清潔、環(huán)保、不破壞物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于材料表面處理。低壓氣體的輝光放電等離子體中含有離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子。這些活性粒子能與高分子材料表面進(jìn)行各種相互作用，這些作用大體上可分為兩種，一種是利用非聚合性無機(jī)氣體（如Ar、N2、H2、O2等）的等離子體進(jìn)行表面反應(yīng)，參與表面反應(yīng)的為激發(fā)態(tài)分子，自由基和離子。另一種作用是表面沉積薄膜，其中主要的是利用聚合性有機(jī)單體的等離子體聚合法在材料表面包覆聚合膜。

等離子體表面處理能有效地使高分子材料表面層中產(chǎn)生大量自由基，無論惰性氣體等離子體還是活性氣體等離子體，只要與高分子材料短時(shí)間接觸，這種作用即很明顯。

在經(jīng)等離子活化而生成的表面自由基位置，能進(jìn)一步加成特定官能團(tuán)。普遍的是在高分子材料表面導(dǎo)入含氧官能團(tuán)，如-OH，-OOH等，最典型的例子是當(dāng)高分子材料與氧等離子體接觸時(shí)，在剛生成的自由基位置羥基化或羧基化。

不僅用氧等離子體處理能引入含氧官能團(tuán)，換用氬或氮等離子體處理也能生成含氧官能團(tuán)。表面引入官能團(tuán)特別是含氧官能團(tuán)，對(duì)改善材料的沾潤(rùn)性和粘著性起著明顯的作用。

利用Ar、He等惰性氣體等離子體與高分子材料接觸，可通過表面反應(yīng)發(fā)生交聯(lián)，這種方法稱為CASING處理（crosslinkingwithactivatedspeciesofinertgases）。CASING處理是利用未離解的激發(fā)態(tài)中性分子或原子來進(jìn)行表面改性的。這種方法可以把材料表面由低分子量分子聚集的弱吸附層除去，進(jìn)而產(chǎn)生高分子間的交聯(lián)以強(qiáng)化表面層，其方法特點(diǎn)是只發(fā)生表面交聯(lián)反應(yīng)而不生成極性基團(tuán)。因此經(jīng)CASING處理后粘著性增強(qiáng)而沾潤(rùn)性卻無變化，此外，由于形成了高度交聯(lián)的表面層。也可防止高分子材料中的各種添加劑如增塑劑、防氧化劑等的表面滲出。

等離子體表面處理時(shí)，對(duì)高分子材料表面會(huì)產(chǎn)生侵蝕作用。原因有二，其一為等離子體中的電子和離子等荷能粒子撞擊材料表面引起的濺射侵蝕。另一是等離子體中的化學(xué)活性種對(duì)材料表面的化學(xué)侵蝕。材料表面被濺射侵蝕時(shí)，由于晶體部分和非晶部分被侵蝕的速率不同，則會(huì)首先生成微細(xì)的凹凸形。另一方面，被濺射出來的物質(zhì)分解生成的氣態(tài)成份在等離子體中受到激勵(lì)后又會(huì)向表面逆擴(kuò)散，這樣邊侵蝕邊重新聚合的結(jié)果使表面上形成大量突起物，這種帶有突起物的粗化面能使粘合劑與表面間的接觸面積大為增加，對(duì)于粘著性的改善起著很大作用。

等離子體表面處理技術(shù)可以獲得以往的濕法處理工藝等其他方法所得不到得處理效果，擴(kuò)大了塑料、纖維等高分子材料的應(yīng)用面，也提高了其使用價(jià)值。