等离子清洗处理改善亲水性


润湿是指液体与固体接触时,在固体表面进行扩展的行为,这一过程中存在液体表面取代固体表面的现象,因而存在表面能的转化,如式(1)所示:

  ΔG1=[γs-l+γl-g-γs-g]A(1)

式中:ΔG1为润湿过程中吉布斯自由能的变化,γs-l、γl-g、γs-g分别为固-液、液-气、固-气界面的界面能,A为液体在固体表面铺展的面积。因此,液、固表面自由能的相对大小与二者的润湿行为直接相关。当固体表面能大于液体表面张力时,液体容易在固体上铺展。在润湿过程中,液-固界面的性质决定了其润湿效果。因此,润湿是一个界面问题。固体表面润湿性按照其对液体的润湿状态主要分为完全亲水、亲水、疏水和完全疏水,如图1所示,基板的亲、疏水性质一般用固-液界面的接触角来定义。

固体表面亲水性

式中:ΔG1为润湿过程中吉布斯自由能的变化,γs-l、γl-g、γs-g分别为固-液、液-气、固-气界面的界面能,A为液体在固体表面铺展的面积。因此,液、固表面自由能的相对大小与二者的润湿行为直接相关。当固体表面能大于液体表面张力时,液体容易在固体上铺展。在润湿过程中,液-固界面的性质决定了其润湿效果。因此,润湿是一个界面问题。固体表面润湿性按照其对液体的润湿状态主要分为完全亲水、亲水、疏水和完全疏水,如图1所示,基板的亲、疏水性质一般用固-液界面的接触角来定义。

低温等离子表面处理改善亲水性

低温等离子体是低气压或常压放电(辉光、电晕、高频、微波)产生的电离气体,在电场作用下,气体中的自由电子从电场获得能量成为高能量电子,这些高能量电子与气体中的分子、原子碰撞,如果电子的能量大于分子或原子的激发能就会产生激发分子或激发原子自由基、离子和具有不同能量的辐射线,低温等离子体中的活性粒子具有的能量一般都接近或超过碳-碳或其它碳键的键能,因此能与导入系统的气体或固体表面发生化学或物理的相互作用。如果采用反应型的氧等离子体,可能与高分子表面发生化学反应而引入大量的含氧基团,使其表面分子链上产生极性,表面张力明显提高,改变其表面活性,即使是采用非反应型的Ar等离子体,也能通过表面的交联和蚀刻作用引起的表面物理变化而明显地改善聚合物表面的接触角和表面能,这种表面处理法的优点是处理时间短、速度快、操作简单、控制容易,目前已被广泛地应用于聚烯烃塑料的粘接表面预处理。

等离子体气体组分的不同会导致等离子体中含有不同的粒子种类,这些粒子与塑料材料表面产生改性作用,使其亲水性或疏水性能发生变化。采用不同组分的气体可以使等离子体产生不同的活性物种,如采用含氢、含氮或含氧组分作为等离子体气体或将等离子体气体载入饱和水蒸气,则在空气中对塑料材料进行处理时,就会在塑料表面产生大量的极性基团,如—NH2、—COOH及—OH等,进而改善塑料材料表面的亲水性。

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