plasma工藝提高表面親水性粘接性原理

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：2023-08-17

低溫等離子體（plasma）內(nèi)部富含有電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子，其中高速運(yùn)動(dòng)的電子與反應(yīng)腔中的氣體分子、原子發(fā)生碰撞，將能量傳遞給這些分子和原子，當(dāng)能量足夠大時(shí)，可激發(fā)產(chǎn)生新的離子、電子、亞穩(wěn)態(tài)粒子或生成自由基產(chǎn)生各種不同活性物種，與材料表面發(fā)生反應(yīng)或者材料表面打開的官能團(tuán)本身相互反應(yīng)，從而影響材料表面性能。

Plasma工藝原理：

（１）在低溫等離子體（plasma）中的高速運(yùn)動(dòng)的電子的撞擊下，氣體分子由基態(tài)Ａ躍遷到激發(fā)態(tài)A*
A+e→A*+e
（2）高速運(yùn)動(dòng)的電子使氣體分子得到/失去電子或斷鍵行程離子、自由基碎片。
A+e→A⁺+2e，在電子的撞擊下，氣體分子失去電子形成陽離子單體A⁺；
A*+e→A⁺+2e，激發(fā)態(tài)氣體單體A在電子作用下失去電子，形成A⁺；
A*+e→A-，激發(fā)態(tài)單體A，得到電子，形成陰離子單體A^-；
A*→A·⁺+e，激發(fā)態(tài)單體A*，失去電子形成陽離子自由基A·⁺;
A·⁺+e→A·^-，激發(fā)態(tài)單體A*得到電子形成陰離子自由基；
（3）活性種間相互作用，以輻射光子形成釋放能量
A*→A+hv;A⁺+e→A*+hv等

這些活性粒子通過電場加速轟擊髙分子材料表面時(shí)，如果活性粒子的能量大于材料表面分子的鍵能，就能將材料表面分子間的化學(xué)鍵打開，生成自由基，甚至使聚合物材料大分子的分子鍵發(fā)生斷裂、分解。
低溫等離子體（plasma）對高分子材料表面改性，可通過利用非聚合性氣體放電實(shí)現(xiàn)當(dāng)非反應(yīng)氣體等離子體（plasma）對高分子材料表面改性時(shí)，例如氫氣或者顯氣等惰性氣體時(shí)，理論上不參與表面任何反應(yīng)，只是把能量轉(zhuǎn)給表面分子，使之活化生成鏈自由基，自由基又相互反應(yīng)生成表面交聯(lián)層。若改為反應(yīng)型等離子體（plasma）作用高分子材料表面時(shí)，例如N2、O2等，則可以參與表面反應(yīng)，氧氣可以在高分子材料表面引入大量的含氧官能團(tuán)，如羧基、羥基、羰基等，表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到改性目的。

plasma工藝提高表面親水性粘接性等性能的原理主要有以下幾種：

（1）表面刻蝕
等離子體（plasma）中高能粒子不斷轟擊材料表面，一是大量的電子離子等活性粒子撞擊材料表面引起了濺射侵蝕，二是等離子體（plasma）中的化學(xué)活性種對材料表面的化學(xué)侵蝕，從而使材料表面變得粗糙，比表面積増大，高分子材料的潤濕性和粘接性等得到提高。同時(shí)，等離子體（plasma）的刻蝕也可以起到清潔作用。

（2）生成自由基
利用非聚合性氣體等離子體（plasma）作用于高分子材料表面，活性粒子的能量轉(zhuǎn)移給大分子或大分子受到等離子體（plasma）福射能的照射，在材料表面產(chǎn)生自由基。新產(chǎn)生的自由基還可以繼續(xù)參加其他反應(yīng)，例如在材料表面導(dǎo)入其他官能團(tuán)、形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的表面層、與其他高分子單體反應(yīng)形成表面接枝層等。

（3）引入各種官能團(tuán)
等離子體（plasma）轟擊材料，材料表面分子鏈斷裂產(chǎn)生的大量自由基，當(dāng)?shù)入x子中的氣體為反應(yīng)性氣體，或者處理后的樣品接觸空氣后，即可用發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，即引入各種官能困。例如常見的材料表面自由基與氧氣發(fā)生反應(yīng)，可形成羥基、羧基、脂基等。含氧官能團(tuán)的增加導(dǎo)致了親水性提高。

（4）交聯(lián)反應(yīng)
經(jīng)過等離子體（plasma）處理后材料表面的自由基部分也會(huì)互相發(fā)生反應(yīng)，在材料表面生成一種致密的交聯(lián)層，這樣就可強(qiáng)化表面層，提高材料的耐磨性、黏著性及耐化學(xué)品性。

經(jīng)過plasma工藝改性后的高分子材料，表面潤濕性和黏合性都得到了提髙，但是經(jīng)過一段時(shí)間放置后，改性處理后的效果降低甚至?xí)?。這是因?yàn)殡m然經(jīng)過plasma處理后，高分子材料表面引入了極性官能團(tuán)，但是隨著時(shí)間的推移，官能團(tuán)的數(shù)量逐漸減少，材料表面氧元素含量下降，表面得到改善的親水性能又回復(fù)到處理前的疏水狀態(tài)。