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高分子材料的等离子体表面处理

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-10-20
等离子体以其高效、清洁、环保、不破坏物质内部结构的特点,被广泛的应用于材料表面处理。低压气体的辉光放电等离子体中含有离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子。这些活性粒子能与高分子材料表面进行各种相互作用,这些作用大体上可分为两种,一种是利用非聚合性无机气体(如Ar、N2、H2、O2等)的等离子体进行表面反应,参与表面反应的为激发态分子,自由基和离子。另一种作用是表面沉积薄膜,其中主要的是利用聚合性有机单体的等离子体聚合法在材料表面包覆聚合膜。
材料表面等离子处理
等离子体表面处理能有效地使高分子材料表面层中产生大量自由基,无论惰性气体等离子体还是活性气体等离子体,只要与高分子材料短时间接触,这种作用即很明显。

在经等离子活化而生成的表面自由基位置,能进一步加成特定官能团。普遍的是在高分子材料表面导入含氧官能团,如-OH,-OOH等,最典型的例子是当高分子材料与氧等离子体接触时,在刚生成的自由基位置羟基化或羧基化。

不仅用氧等离子体处理能引入含氧官能团,换用氩或氮等离子体处理也能生成含氧官能团。表面引入官能团特别是含氧官能团,对改善材料的沾润性和粘着性起着明显的作用。

利用Ar、He等惰性气体等离子体与高分子材料接触,可通过表面反应发生交联,这种方法称为CASING处理(crosslinkingwithactivatedspeciesofinertgases)。CASING处理是利用未离解的激发态中性分子或原子来进行表面改性的。这种方法可以把材料表面由低分子量分子聚集的弱吸附层除去,进而产生高分子间的交联以强化表面层,其方法特点是只发生表面交联反应而不生成极性基团。因此经CASING处理后粘着性增强而沾润性却无变化,此外,由于形成了高度交联的表面层。也可防止高分子材料中的各种添加剂如增塑剂、防氧化剂等的表面渗出。

等离子体表面处理时,对高分子材料表面会产生侵蚀作用。原因有二,其一为等离子体中的电子和离子等荷能粒子撞击材料表面引起的溅射侵蚀。另一是等离子体中的化学活性种对材料表面的化学侵蚀。材料表面被溅射侵蚀时,由于晶体部分和非晶部分被侵蚀的速率不同,则会首先生成微细的凹凸形。另一方面,被溅射出来的物质分解生成的气态成份在等离子体中受到激励后又会向表面逆扩散,这样边侵蚀边重新聚合的结果使表面上形成大量突起物,这种带有突起物的粗化面能使粘合剂与表面间的接触面积大为增加,对于粘着性的改善起着很大作用。

等离子体表面处理技术可以获得以往的湿法处理工艺等其他方法所得不到得处理效果,扩大了塑料、纤维等高分子材料的应用面,也提高了其使用价值。

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