等離子清洗機(jī)是如何對(duì)高分子材料表面進(jìn)行改性的？（下）
文章導(dǎo)讀：高分子材料俗稱聚合物材料，包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和涂料等。等離子清洗機(jī)產(chǎn)生的等離子體，對(duì)高分子材料表面的改性一般都包括等離子體聚合和等離子體表面處理兩個(gè)方面。
等離子清洗機(jī)對(duì)高分子材料的表面改性包括等離子體聚合和等離子體表面處理，上篇詳細(xì)介紹了等離子體聚合，接下來(lái)讓我們看看等離子體表面處理：
工作中的等離子體表面處理是指非聚合性氣體對(duì)高分子材料表面作用所發(fā)生的物理和化學(xué)過(guò)程。非聚合性氣體包括反應(yīng)性氣體和非反性氣體,等離子清洗機(jī)選用的氣體分類的不同對(duì)高分子材料表面作用的機(jī)理也不相同。
1、選用反應(yīng)性氣體的作用機(jī)理
等離子清洗機(jī)選用反應(yīng)性氣體（常見的反應(yīng)性氣體是O2、N2）時(shí)，高分子材料在反應(yīng)性氣體的等離子體作用下，材料表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；而且由于O2，N2的化學(xué)活性，可直接結(jié)合到大分子鏈上，從而改變了高分子材料表面的化學(xué)組分，如高分子材料在含氧等離子體基團(tuán)作用下發(fā)生氧化反應(yīng)。
等離子清洗機(jī)發(fā)生的表面氧化反應(yīng)與通常的熱氧化反應(yīng)不同，它在反應(yīng)過(guò)程中生成大量的自由基，并借助于自由基進(jìn)行連鎖反應(yīng)。不僅引入了大量的含氧基團(tuán)，如羧基（COOH）,羰基（C=O）,羥基（OH）等；而且由于氧對(duì)材料表面的氧化分解，還產(chǎn)生刻蝕作用，親水性明顯增強(qiáng)。對(duì)于不同的材料所引入的基團(tuán)的數(shù)目和形式也不同。此外 CO2，CO，H2O及空氣中一些含氧的氣體在等離子體狀態(tài)下也可分解為原子氧，同樣具有氧等離子體的作用。舉例氧等離子體處理PEEK前后的接觸角對(duì)比，如圖1、圖2所示：
2、選用非反應(yīng)性氣體的作用機(jī)理
等離子清洗機(jī)使用的工藝氣體如Ar，He，H2等是非反應(yīng)性氣體. 這些氣體原子不直接進(jìn)入到高分子材料表面的大分子鏈中，但由于這些非反應(yīng)性氣體等離子中的高能粒子對(duì)材料表面的轟擊，進(jìn)行能量傳遞，產(chǎn)生大量的自由基，借助于這些自由基在材料表面形成雙鍵和交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，所以非反應(yīng)性氣體等離子體在材料表面形成薄薄的致密的交聯(lián)層，不僅改變了材料表面的自由能，而且還可以減少高分子內(nèi)部低分子物質(zhì)（增塑劑、抗氧劑等）的滲出。氫等離子體放電如圖3 所示：
工作中的等離子體表面處理是指非聚合性氣體對(duì)高分子材料表面作用所發(fā)生的物理和化學(xué)過(guò)程。非聚合性氣體包括反應(yīng)性氣體和非反性氣體,等離子清洗機(jī)選用的氣體分類的不同對(duì)高分子材料表面作用的機(jī)理也不相同。
1、選用反應(yīng)性氣體的作用機(jī)理
等離子清洗機(jī)選用反應(yīng)性氣體（常見的反應(yīng)性氣體是O2、N2）時(shí)，高分子材料在反應(yīng)性氣體的等離子體作用下，材料表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；而且由于O2，N2的化學(xué)活性，可直接結(jié)合到大分子鏈上，從而改變了高分子材料表面的化學(xué)組分，如高分子材料在含氧等離子體基團(tuán)作用下發(fā)生氧化反應(yīng)。
等離子清洗機(jī)發(fā)生的表面氧化反應(yīng)與通常的熱氧化反應(yīng)不同，它在反應(yīng)過(guò)程中生成大量的自由基，并借助于自由基進(jìn)行連鎖反應(yīng)。不僅引入了大量的含氧基團(tuán)，如羧基（COOH）,羰基（C=O）,羥基（OH）等；而且由于氧對(duì)材料表面的氧化分解，還產(chǎn)生刻蝕作用，親水性明顯增強(qiáng)。對(duì)于不同的材料所引入的基團(tuán)的數(shù)目和形式也不同。此外 CO2，CO，H2O及空氣中一些含氧的氣體在等離子體狀態(tài)下也可分解為原子氧，同樣具有氧等離子體的作用。舉例氧等離子體處理PEEK前后的接觸角對(duì)比，如圖1、圖2所示：
圖1 氧等離子體處理PEEK接觸角80.5°
圖2 氧等離子體處理后PEEK接觸角16°
N等離子體中有N，N+，N-，NM（亞穩(wěn)態(tài)），N*，N等活性粒于參與反應(yīng)，一部分活性N使大分子解體形成HCN，NH3以及其他低分子物質(zhì)，另一部分則與材料表面形成自由基或不飽和基反應(yīng)，并結(jié)合到大分子鏈上；同樣NO，NO2和N有類似作用。除O2，N2外，F(xiàn)等離子體也具有較高的反應(yīng)性,可以迅速地使聚烯烴表面氟化，降低表面自由能。2、選用非反應(yīng)性氣體的作用機(jī)理
等離子清洗機(jī)使用的工藝氣體如Ar，He，H2等是非反應(yīng)性氣體. 這些氣體原子不直接進(jìn)入到高分子材料表面的大分子鏈中，但由于這些非反應(yīng)性氣體等離子中的高能粒子對(duì)材料表面的轟擊，進(jìn)行能量傳遞，產(chǎn)生大量的自由基，借助于這些自由基在材料表面形成雙鍵和交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，所以非反應(yīng)性氣體等離子體在材料表面形成薄薄的致密的交聯(lián)層，不僅改變了材料表面的自由能，而且還可以減少高分子內(nèi)部低分子物質(zhì)（增塑劑、抗氧劑等）的滲出。氫等離子體放電如圖3 所示：
圖3 氫氣等離子體放電狀態(tài)
當(dāng)等離子清洗機(jī)選用惰性氣體進(jìn)行等離子表面處理時(shí)，如果被處理的高分子材料本身含有氧，則會(huì)因大分子斷裂分解而形成大分子碎片進(jìn)入等離子體內(nèi)，向等離子體系統(tǒng)提供了氧，也將產(chǎn)生氧等離子體的效果。如果材料本身不含氧，用惰性等離子體處理之后新生的自由基（半衰期可達(dá)2~3天）和空氣中的氧作用也會(huì)導(dǎo)致氧結(jié)合到大分子鏈上,所以惰性氣體等離子體處理含氧的高分子材料時(shí)，將出現(xiàn)交聯(lián)刻蝕，引入極性基團(tuán)三者的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，對(duì)于不含氧的高分子材料，只是處理后與空氣中的氧作用而引進(jìn)含氧基團(tuán)。氬等離子體如圖4所示：
圖4 氬氣等離子體放電狀態(tài)
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