等離子體處理改性聚合物表面的超疏水性

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-04-11

等離子體表面改性法是一種物理和化學(xué)相結(jié)合的方法，首先通過放電使氣體變成等離子體，然后等離子體在密閉的空間內(nèi)與基體材料表面發(fā)生物理和化學(xué)等反應(yīng)，最終得到具有一定粗糙度和低表面能的固體表面。這種方法對基底材料本體特征沒有影響，只對表面層進(jìn)行反應(yīng)，而且操作簡單，對環(huán)境無污染，無毒性，無化學(xué)殘留物，是一種綠色環(huán)保且很有發(fā)展前景的表面改性方法。

等離子體是由處于高激發(fā)態(tài)的離子、自由基、電子及分子等眾多不穩(wěn)定粒子組成的電中性物質(zhì)，當(dāng)處在一個密閉空間時，這些高能量粒子可以轟擊聚合物表面，并且把自身所帶的能力傳遞給聚合物表面，發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)。這個過程主要分為兩種，一種是通過刻蝕使表面粗糙度增加，另一種是通過聚合反應(yīng)，在表面覆蓋一層改性膜。等離子體表面改性可以改變聚合物表面潤濕性，從而達(dá)到超疏水的狀態(tài)，這類表面的特點是擁有微納米結(jié)構(gòu)并且具有較低的表面能。

根據(jù)等離子體與聚合物表面的作用機制可分為三類：反應(yīng)型等離子體、非反應(yīng)型等離子體以及聚合型等離子體三類。非反應(yīng)型等離子體對基底表面主要是物理刻蝕，力度較小，難以形成粗糙結(jié)構(gòu)。而反應(yīng)型等離子體與聚合物表面發(fā)生反應(yīng)，一個典型的代表就是氧等離子體，刻蝕過程如下：氧氣分子在電場作用下分解成為氧自由基，與基底表面的高分子鏈段發(fā)生反應(yīng)，表面產(chǎn)生一些含氧基團(tuán)，由于含氧基團(tuán)不穩(wěn)定，會與聚合物表面上的碳元素和氫元素結(jié)合，生成碳氧及氫氧化合物離開聚合物表面，因此表面上形成了納米級的粗糙結(jié)構(gòu)。另外，等離子體刻蝕還會受到基底材料的潔凈度、離子的入射角等因素的影響。由于聚合物材料晶區(qū)高分子鏈段排列緊密，等離子體不容易刻蝕，而非晶區(qū)部分鏈段排布松散，容易被等離子體刻蝕，因此，聚合物材料非晶區(qū)的刻蝕速度要大于晶區(qū)的刻蝕速度。等離子體聚合工藝是通過等離子體放電將聚合物單體解離，使其產(chǎn)生各種化學(xué)活性物質(zhì)，這些物質(zhì)間相互反應(yīng)生成薄膜沉積聚合物表面上。除了能直接進(jìn)行聚合外，在鏈段生長的過程中還會不斷遭受高能電子的撞擊，在主鏈上的隨機位置生成自由基，并發(fā)生支化或交聯(lián)，從而形成了具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高致密度聚合物薄膜。

通過以上工藝處理，可以同時在表面制備出微納結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)，制備出具有超疏水性質(zhì)的聚合物表面。同時，等離子體表面改性技術(shù)相比于其他技術(shù)有很多優(yōu)點，首先對基底材料表面的作用程度較淺，不影響基體材料的主體性能而改變表面形貌、表面潤濕性等，而且可以通過改變處理時間、處理功率等對固體表面微結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。另外，它是一種干法工藝，相比于濕法工藝，省去了干燥、處理廢液等步驟，整個工藝流程簡易，對環(huán)境無污染。