等離子表面改性技術(shù)2

1、【論文摘要】介紹了低溫等離了體技術(shù)的性質(zhì)、特點(diǎn)、表面改性原理，從表面處 理、表而聚合、表而接枝三個(gè)方而綜述了低溫等離子體技術(shù)在表而改性屮的應(yīng)用 進(jìn)展。低溫等離子體中粒子的能量一般約為幾個(gè)至幾十電子伏特，大于聚合物材料的結(jié) 合鍵能（幾個(gè)至十幾電了伏特），完全可以破裂有機(jī)大分了的化學(xué)鍵而形成新鍵； 但遠(yuǎn)低于高能放射性射線，只涉及材料表而，不彩響基體的性能13。處于 非熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的低溫等離子體中，電子具有較高的能量，可以斷裂材料表 面分子的化學(xué)鍵，提高粒子的化學(xué)反應(yīng)活性（大于熱等離子體），而屮性粒子的溫 度接近室溫，這些優(yōu)點(diǎn)為熱敏性高分子聚合物表面改性提供了適宜的條件。1形成裝置及影響因素選擇

2、適宜的放電方式可獲得不同性質(zhì)和應(yīng)用特點(diǎn)的等離子體，通常，熱等離子體 是氣體在大氣壓下電暈放電產(chǎn)生，冷等離子體由低壓氣體輝光放電形成。熱等離子體裝置4是利用帶電體尖端（如刀狀或針狀尖端和狹縫式電極）造成 不均勻電場(chǎng)，稱電暈放電，使用電壓和頻率、電極間距、處理溫度和時(shí)間對(duì)電暈 處理效果都有影響。電壓升高、電源頻率增大，則處理強(qiáng)度大，處理效果好。但 屯源頻率過高或屯極間隙太寬，會(huì)引起屯極間過多的離子碰撞，造成不必要的能 量損耗；而電極間距太小，會(huì)有感應(yīng)損失，也有能量損耗。處理溫度較高時(shí)，表 而特性的變化較快。處理時(shí)間延長(zhǎng)，極性基團(tuán)會(huì)增多；但時(shí)間過長(zhǎng)，表而則可能 產(chǎn)生分解物，形成新的弱界面層。冷等離子

3、體裝置5是在密封容器中設(shè)置兩個(gè)屯極形成屯場(chǎng)，用真空泵實(shí)現(xiàn)一 定的真空度，隨著氣體愈來愈稀薄，分了間距及分了或離了的口由運(yùn)動(dòng)距離也愈 來愈長(zhǎng)，受電場(chǎng)作用，它們發(fā)生碰撞而形成等離子體，這時(shí)會(huì)發(fā)岀輝光，故稱為 輝光放電處理。輝光放電時(shí)的氣壓大小對(duì)材料處理效果有很大影響，另外與放電 功率，氣體成分及流動(dòng)速度、材料類型等因素有關(guān)。不同的放電方式、工作物質(zhì)狀態(tài)及上述影響等離了體產(chǎn)生的因素，相互組合可形 成各種低溫等離子體處理設(shè)備。2在表面改性屮的應(yīng)用低溫等離了體技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、加工速度快、處理效果好、環(huán)境污 染小、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在表而改性屮廣泛的應(yīng)用。2.1表面處理通過低溫等離了體表面處理，材料

4、表面發(fā)生多種的物理、化學(xué)變化，或產(chǎn)生刻蝕 而粗糙，或形成致密的交聯(lián)層，或引入含氧極性基團(tuán)，使親水性、粘結(jié)性、可染 色性、生物相容性及電性能分別得到改善。用幾種常用的等離了體對(duì)硅橡膠進(jìn)行表面處理，結(jié)果表明n2、ar、02、ch4-o2 及ar-ch4-o2等離子體均能改善硅橡膠的親水性，其屮ch4-o2和ar-ch4-o2 的效果更佳，且不隨時(shí)間發(fā)生退化6。英國(guó)派克制筆公司將等離子體技術(shù)用于 控制墨水流量塑料元件的改性工藝屮，提高了塑料的潤(rùn)濕率。文獻(xiàn)79表明，用低溫等離了體在適宜的工藝條件下處理pe、pp、pvf2、 ldpe等材料，材料的表而形態(tài)發(fā)生的顯著變化，引入了多種含氧基團(tuán)，使表而 由非

5、極性、難粘性轉(zhuǎn)為有一定極性、易粘性和親水性，有利于粘結(jié)、涂覆和卬刷。塑料、橡膠、纖維等高分子材料在成形過程中加入的增塑劑、引發(fā)劑及殘留單體 和降解物等低分了物質(zhì)很容易析出而匯集于材料表面，形成無定形層，使?jié)櫇裥?等性能變差。尤其對(duì)醫(yī)用材料，低分子物滲岀會(huì)影響到生物機(jī)體的正常功能。低 溫等離子體技術(shù)可在高分子材料表面形成交聯(lián)層，成為低分子物滲出的屏障。李瑛等口0采用不同等離子體改性pi、pet、pp薄膜，發(fā)現(xiàn)經(jīng)處理的薄膜表 面電阻降低了 24個(gè)數(shù)量級(jí)，材料的介電損耗和介電常數(shù)也發(fā)生了變化。將該 技術(shù)運(yùn)用于微電子技術(shù)領(lǐng)域，可使電子元件的連接線路體積大為縮小，運(yùn)行可靠 性明顯提高。2.2表面聚合大多

6、數(shù)冇機(jī)物氣體在低溫等離子體作用下，聚合并沉積在同體表而形成連續(xù)、均 勻、無針孔的超薄膜，可用作材料的防護(hù)層、絕緣層、氣體和液體分離膜以及激 光光導(dǎo)向膜等，應(yīng)用于光學(xué)、電子學(xué)、醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域。以聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯塑料均可制成價(jià)廉且易于加工的光學(xué)透鏡，但其 表而硬度太低，易產(chǎn)生劃痕。采用冇機(jī)氟或冇機(jī)硅單體，采用低溫等離子體聚合 技術(shù)在透鏡表面沉積出10nm的薄層，可改善其抗劃痕性和反射指數(shù)6。國(guó)外 述有等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)應(yīng)用于集料窗用玻璃、汽車百葉窗和氛燈、鹵天 燈的反光鏡的報(bào)道。等離子體聚合膜具冇多種性能，可使同樣的基材應(yīng)用丁很多領(lǐng)域。在金屈和塑料 上涂類金剛石碳耐磨途赴的化學(xué)氣相

7、沉積技術(shù)是把含碳?xì)怏w導(dǎo)入等離子體中，該 涂層耐化學(xué)藥詁、無針孔、不滲透，能防止各種化學(xué)藥品侵蝕基材。同樣還可將 減摩涂料涂于擋風(fēng)玻璃雨刮器上，或?qū)⒌湍ν繉油坑谟?jì)算機(jī)磁盤上以降低磁頭磁 撞。等離子聚乙烯膜沉積于硅橡膠表面后，硅橡膠對(duì)氧氣的透過系數(shù)明顯降低。由含 氮單-體制備反滲透膜，最高可阻出98%的食鹽。生物體內(nèi)的緩釋藥物一般采用 高分子微囊，亦可采用等離子體聚合技術(shù)在微囊表面形成反滲透膜層。等離子體聚合物膜在傳感元件上的應(yīng)用研究表明，放電功率等因素對(duì)膜電阻值冇 較大影響。用各種乙烯基單體和a輝光放電處理織物，其疏水性及染色性能在 極短吋間里便有改善。2.3表而接枝以等離子體接枝聚合進(jìn)行材料表面改性，接枝層同表面分子以共價(jià)鍵結(jié)合，可獲 得優(yōu)良、耐久的改性效果。美國(guó)曾將聚酯纖維進(jìn)行輝光放電等離子體處理與丙烯 酸接枝聚合，改性后纖維吸水性大幅度提高，同時(shí)抗靜電性能也有改善。白敏冬 等5用ar等離子體處理尼龍綢表而，引入丙烯酸，接枝聚合使尼龍綢抗靜電 性增強(qiáng)。低溫等離子體接枝改性毛織物原料及成品，可改善毛絨表面性能、增強(qiáng) 著色性、軟化織物、降低縮水率，且毛織物木體不受影響口門。滌綸纖維堅(jiān)固 耐穿，但其結(jié)構(gòu)緊密、吸水性差、難染色，王雪燕12等用低溫氮等離子體 引發(fā)丙烯酰胺對(duì)滌綸織物進(jìn)行接枝改性，接枝后滌綸織物的上染百分率、染色深 度及親水性都