高分子材料的等离子体表面处理分析
等离子体发射光谱技术在材料表面分析中的应用指南
等离子体发射光谱技术在材料表面分析中的应用指南近年来，随着科技的不断发展，等离子体发射光谱技术在材料表面分析中的应用越来越广泛。
该技术以其高灵敏度、高分辨率和非破坏性的特点，成为材料科学领域中不可或缺的工具。
本文将重点介绍等离子体发射光谱技术在材料表面分析中的应用指南。
首先，我们来了解一下等离子体发射光谱技术的基本原理。
该技术通过将样品置于高温等离子体中，利用激发态原子或离子在退激过程中发射出的特征光谱进行分析。
这些特征光谱可以提供有关样品元素组成、浓度、氧化态和晶体结构等信息。
因此，通过对这些光谱进行分析，我们可以了解材料表面的化学成分和结构特征。
在材料表面分析中，等离子体发射光谱技术可以应用于多种材料类型，如金属、陶瓷、聚合物等。
在选择适合的分析方法时，我们需要考虑样品的性质和要求。
例如，对于金属材料，我们可以选择直接放电等离子体发射光谱技术，该技术适用于分析金属表面的成分和杂质。
而对于非金属材料，如陶瓷和聚合物，我们可以选择射频感应耦合等离子体发射光谱技术，该技术可以提供更高的灵敏度和分辨率。
在进行等离子体发射光谱分析之前，我们需要对样品进行预处理。
首先，我们需要将样品制备成适当的形态，如片状、粉末状或涂层状。
其次，我们需要对样品进行清洗和干燥，以去除表面的污染物和水分。
最后，我们需要选择合适的分析条件，如激发能量、激发源和检测器等。
这些预处理步骤的正确执行可以提高分析结果的准确性和可靠性。
在进行等离子体发射光谱分析时，我们需要注意一些常见的干扰因素。
首先，样品的基体效应可能会影响到分析结果。
为了解决这个问题，我们可以选择内标元素进行校正，或者使用多元素分析方法进行定量分析。
其次，样品表面的氧化层可能会导致分析结果的偏差。
为了避免这个问题，我们可以选择在真空环境中进行分析，或者使用表面处理方法去除氧化层。
此外，样品的形态和尺寸也可能会影响到分析结果。
因此，在进行分析之前，我们需要对样品进行合适的形态和尺寸调整。
等离子体表面处理技术在材料加工中的应用
等离子体表面处理技术在材料加工中的应用随着科技的发展和应用的广泛，等离子体表面处理技术在材料加工中的应用也越来越广泛。
等离子体表面处理技术，简单说来就是将物质置于等离子体中进行表面处理的技术。
等离子体是一种激发态的气体，具有高能量、高速度和高活性，因此可以有效改善材料表面的化学和物理性能。
下面我们将从不同的角度探究等离子体表面处理技术在材料加工中的应用。
一、改善表面性质等离子体表面处理技术可以有效改善材料的表面性质，主要包括表面清洁、脱气和改性。
在加工过程中，表面常常会有许多微观缺陷，这些缺陷会影响材料的物理和化学性质，而等离子体表面处理技术可以有效地去除这些缺陷，使得表面更加光滑。
同时，等离子体还可以使材料表面脱气，减少表面的氧化状态，从而增强材料的耐腐蚀性和导电性。
除此之外，等离子体还可以实现材料表面的改性，如提高表面光泽度、改变表面颜色、使表面硬度增加等。
二、应用于涂层制备在材料加工中，涂层技术是一种常用的表面处理方法。
通过在材料表面形成一层薄膜，可以提高材料的性能，如耐腐蚀性、磨损性等。
等离子体表面处理技术可以用于涂层制备的前处理，可以大大提高涂层的附着力和均匀性。
同时，等离子体表面处理技术还可以用于后处理，如表面抛光、刻蚀等，使得涂层更加牢固和耐用。
三、应用于工业制造等离子体表面处理技术在现代工业制造中也得到了广泛的应用。
例如，在电子行业中，等离子体表面处理技术可以用于显示器制造、电子集成电路制造等。
在航空航天等重要行业，等离子体表面处理技术可以用于加工高温材料，如钨、钼等，以及高强度合金。
此外，在精密机械加工和汽车零部件制造中，等离子体表面处理技术也可以有效提高零件表面的质量和加工精度。
需要注意的是，在等离子体表面处理技术中，需要考虑等离子体的特性和加工参数的设置。
不同等离子体条件和加工参数会对加工结果产生不同的影响，因此需要针对具体的材料和加工要求，选择合适的等离子体条件和加工参数进行加工。
低温等离子体处理表面处理
低温等离子体处理表面处理
引言：
在现代制造业中，表面处理是非常重要的环节。
近年来，低温等离子
体处理技术在表面处理中得到了广泛的应用。
本文将从理论、特点、
应用等方面进行详细阐述。
一、理论
低温等离子体处理是在常压下，利用高压电场把气体转化为等离子体，并加以利用其高能量来溅射和清洗物体表面的一种表面处理方法。
其中，气体离子和反应性粒子与固体表面发生吸附、反应和注入等作用，从而使得表面性质发生变化，起到一定的表面处理效果。
二、特点
1. 低温等离子体处理是一种低温表面处理技术，处理温度一般在室温下。
2. 低温等离子体处理对待处理物品的形状和材料的种类没有限制。
3. 低温等离子体处理具有无污染、高效率、易操作等优点。
4. 低温等离子体处理可以为待处理物表面赋予各种功能，如改善表面
质量、增加接触角、提高附着力、增强耐磨性和热稳定性等。
三、应用
1. 材料表面处理：低温等离子体处理可以用于金属薄膜、陶瓷、高分
子材料等材料表面处理，可使材料表面达到一定的光洁度和超疏水性。
2. 微电子制造：低温等离子体处理可以清洗电子元件表面附着的杂质
和氧化铜等污染物，从而提高元件的可靠性和寿命。
3. 聚合物的改性：低温等离子体处理可以用于改性聚合物的表面处理，改善聚合物表面的润滑性、耐热性、吸附性等性质。
结尾：
总的来说，低温等离子体处理作为一种新兴的表面处理技术，具有很
高的应用价值和发展前景。
随着待处理物种类的不断扩大和技术的不
断进步，低温等离子体处理必将在制造业中发挥越来越重要的作用。
等离子体技术在材料表面改性方面的研究进展
等离子体技术在材料表面改性方面的研究进展随着科技的不断发展，等离子体技术也被越来越多的人关注和应用。
等离子体技术广泛应用于化学、材料、医学等领域，并在这些领域取得了很好的成效。
其中，在材料表面改性领域，等离子体技术更是发挥了巨大的作用。
一、等离子体技术在材料表面改性中的应用材料的表面特性往往决定了其使用性能和使用寿命。
而等离子体技术通过对材料表面进行化学反应、物理作用和生物功能的改变，从而增强了材料表面的功能和性能。
以下是等离子体技术在材料表面改性领域的主要应用：(1) 表面清洁和改性等离子体喷涂，常用于金属材料表面的清洁和改性。
喷涂等离子体可以清洁金属表面上的油污、水气、铁锈和氧化物等污染物，也可以修复表面的缺陷、增加表面耐磨性和耐腐蚀性。
(2) 表面涂层和改性等离子体表面涂层是等离子体技术中另一个应用广泛的领域。
比如，等离子体氧化可以提高金属表面的高温氧化能力。
在等离子体氮化和碳化过程中，靶材表面会生成氮化物和碳化物层，从而增加其在高温和高应力环境下的稳定性和耐磨性。
等离子体聚合可以引入新的化学官能团，从而在表面层产生新的化学和物理特性。
(3) 表面改性和生物附着性等离子体技术在一些医学设备和生物医学工程领域也被广泛使用，例如植入材料中，等离子体技术可以为其表面引入特定的化学成份，由于不同的化学组合以及物理特性，使得表面可以达到不同的生物相容性和生物附着性。
二、材料表面改性中等离子体技术的主要优势等离子体技术在材料表面改性领域的应用还有许多优势。
(1) 高效、环保、节能等离子体技术是一种高能量、高产量、高效率的技术手段。
通过等离子体特有的物理和化学特性改变材料表面，比传统方法更加环保、能耗更少且包括处理时间在内工期也比其他生产方法明显缩短。
(2) 处理质量好、效果稳定等离子体技术可以实现对材料表面的高精度处理，并且具有很好的可重现性和可控制性。
因此，等离子体技术的改性效果很稳定、效率很高，可以有效的提高材料表面的性能和使用寿命。
等离子体高分子材料表面改性技术及应用
等离子体高分子材料表面改性技术及应用摘要：等离子体技术具有工艺简单、操作方便、加工速度快等优点，不但能改善特定环境下高分子材料的使用性能，也拓宽了常规高分子材料的适用范围。
因此，等离子体技术在高分子材料表面改性方面的应用广泛。
本文首先介绍等离子体表面改性技术内容，进一步探讨其在市场中的应用，希望可以更好的提高该技术在市场中应用的效果，进一步促进行业的长久发展。
关键词：等离子体；高分子材料；表面改性；技术；应用引言高分子材料作为新兴材料的重要组成部分，目前被应用在多个方面，比如农业生产、工业生产以及航空航天、生物医药等领域。
等离子体高分子材料表面改性技术在保持高分子材料原有性能的前提下，可使材料表面产生一系列物理、化学变化，从而提高材料的表面性能，从而达到一定功能和用途的目的。
本文将首先论述等离子体高分子材料表面改性技术的内容，进一步探讨其在我国市场方面的应用。
一、等离子体高分子材料的表面改性技术运用等离子体技术改变高分子材料的表面性能的方法主要有三类：等离子体处理、等离子体聚合和等离子体接枝。
高分子聚合物具有分子可设计性，通过等离子体表面改性作用可以在表面引入不同的基团来改善其性能，如亲水性、疏水性、润湿性、黏结性、引入具有生物活性的分子或生物酶，提高其生物相容性等。
（一）等离子体处理表面改性等离子体处理是在利用外加电压的条件下将惰性气体NH 3、O 2、CO、Ar、N 2、H 2 等进行分子击穿，并将COOH、CO、OH、NH 2 等基团、离子及原子引入材料表面，或者在材料表面上直接产生自由基的技术方法。
新引入和新产生的自由基也可以通过化学键合方式与材料表面的一些分子相连接上，使得高分子材料获得新的表面性能。
等离子体处理能够改善高分子材料的表面性能，包括染色性、湿润性、印刷性、粘合性、防静电性、表面固化、亲水性与生物相容性及其他特性。
（二）等离子体聚合表面改性等离子体聚合是指利用等离子体中的电子、离子、自由基、光子及激发态分子等活性粒子使单体直接聚合的方法，如辉光放电产生等离子体的过程中，其电子拥有的平均能量为 1-10eV，相当于 104 -l0 5 K 的电子温度，而远比体系其他组成温度高。
探析低温等离子技术在高分子材料工程中的应用
探析低温等离子技术在高分子材料工程中的应用低温等离子技术是一种在低温条件下产生等离子体的技术，可以广泛应用于高分子材料工程中。
随着科学技术的不断发展，低温等离子技术已成为高分子材料表面改性和功能化的重要手段。
本文将探析低温等离子技术在高分子材料工程中的应用，包括其原理、技术特点和应用前景。
一、低温等离子技术的原理低温等离子技术是指在低温条件下，利用外加能量激发气体分子或原子，使其发生电离和激发态转移，形成等离子体。
等离子体是物质的第四态，具有高能量、高反应活性和高化学活性等特点。
通过低温等离子技术可以产生各种等离子体，如氩等离子体、氧等离子体、氮等离子体等，用于对高分子材料进行表面处理和功能化。
低温等离子技术的原理主要包括等离子体的产生和等离子体与高分子材料的相互作用。
等离子体的产生是通过电子轰击、高频辐射等方式激发气体分子或原子，产生离子和自由基，进而形成等离子体。
等离子体与高分子材料的相互作用包括表面改性、交联反应、溶剂裂解等过程，实现对高分子材料的表面处理和功能化。
二、低温等离子技术的技术特点低温等离子技术具有以下几个显著的技术特点：低温条件下进行，能够对高分子材料进行表面处理和功能化，具有高效、环保、可控性强等优点。
在高分子材料工程中，低温等离子技术可以实现对高分子材料表面性能的改善、功能化材料的制备以及高分子材料的表面粘接、沉积和涂覆等方面的应用。
低温等离子技术在高分子材料表面处理方面具有高效性。
通过等离子体与高分子材料的相互作用，能够实现高分子材料表面的清洁、去除表面有机污染物、去除表面氧化层等过程，从而提高高分子材料的表面活性和粘接性，为后续的表面处理和功能化打下基础。
低温等离子技术具有环保性。
在低温条件下进行等离子体处理，不会产生高温热源和化学废物，减少了对环境的影响。
与传统的高温处理和化学处理相比，低温等离子技术具有更高的环保性和可持续性。
低温等离子技术具有可控性强。
通过控制等离子体的合成条件、气体组成、处理时间和处理功率等参数，可以实现对高分子材料的表面性能进行精细调控，实现各种功能化材料的制备和表面处理的可控性和精密性。
等离子体技术在新型材料表面改性方面的潜力分析
等离子体技术在新型材料表面改性方面的潜力分析随着科技的不断发展，新材料的研究与应用正日益受到关注。
新材料的性能优越性往往取决于其表面特性，在这方面的改性技术成为了国内外研究的重点。
等离子体技术作为一种强大的表面改性方法，具有广泛的应用前景。
本文将从等离子体技术的基本概念、表面改性机制和潜力分析等方面进行探讨。
首先，我们需要了解等离子体技术的基本概念。
等离子体是由气体或液体在受到能量激发后形成的带正、负电荷的体系。
通过施加高频电场或射频电场，可以产生高能电子和正离子，从而形成等离子体。
等离子体技术利用等离子体的高能粒子在材料表面产生化学反应、物理改变和热化学反应，以实现表面改性。
这种方法可以在不改变材料体积的情况下，改变其表面的化学成分和结构，从而改善材料的性能。
其次，让我们来了解等离子体技术在表面改性中的机制。
在等离子体处理过程中，主要通过以下几种机制来实现表面改性：清洗机制、沉积机制和蚀刻机制。
清洗机制是通过等离子体中的高能离子撞击材料表面，清除表面的污染物、氧化物或者有机杂质，使得材料表面变得干净。
这种清洗机制能够显著提高材料的表面纯度，为后续的改性处理提供条件。
沉积机制是通过等离子体中的高能粒子与材料表面发生反应，使得等离子体中的成分被沉积到材料表面上，形成一层新的化学成分。
这种沉积机制可以实现沉积陶瓷、金属、多层膜等多种材料，从而改变表面的物理性质和化学性质。
蚀刻机制是通过等离子体中的高能粒子对材料表面发生腐蚀反应，达到剥离、雕刻和微纳加工的目的。
这种蚀刻机制可以实现对材料表面的微结构和形貌的改变，从而实现对光学、电学、光电和力学性能的调控。
接下来，让我们探讨等离子体技术在新型材料表面改性方面的潜力。
等离子体技术具有广泛的应用潜力，尤其在新型材料的表面改性方面。
首先，等离子体处理可以实现对新型材料表面的纳米化处理。
纳米化技术是当前材料研究的热点之一，通过使材料表面形成纳米结构，可以增强材料的力学性能、光学性能和电学性能。
表面等离子处理
表面等离子处理表面等离子处理是一种广泛应用于材料表面改性的技术。
在该技术中，通过使用等离子体处理改变材料表面化学性质，从而提高其表面粘附性、润湿性和耐腐蚀性等性能。
本文将从表面等离子处理的原理、应用、优缺点和未来发展等方面进行探讨。
一、表面等离子处理的原理表面等离子处理通过使用等离子体处理，改变材料表面的化学性质，从而提高其表面性能。
等离子体是一种高能量的离子态气体，它由离子、电子、原子和分子组成。
在等离子体处理中，电极放电产生的强电场使气体分子电离，形成离子、电子和自由基等活性物种。
这些活性物种与物体表面反应，改变表面的化学性质，从而提高其表面性能。
表面等离子处理的原理主要有两种：一种是通过等离子体激发材料表面分子的化学反应，改变材料表面化学性质；另一种是通过等离子体在材料表面形成的高能离子束，对表面进行物理加工，提高表面性能。
表面等离子处理广泛应用于材料表面改性领域。
其应用包括：1.提高材料表面粘附性。
表面等离子处理可以增加材料表面的粘附力，从而提高其与其他材料的粘附性。
例如，在涂装和粘合过程中，表面等离子处理可以提高涂料和胶水与基材的粘附力。
2.提高材料表面润湿性。
表面等离子处理可以使材料表面变得更易润湿，从而提高其润湿性。
例如，在电子设备制造中，表面等离子处理可以提高材料表面与电子器件的接触角，从而提高其性能。
3.提高材料表面耐腐蚀性。
表面等离子处理可以使材料表面变得更加耐腐蚀，从而提高其使用寿命。
例如，在航空航天领域，表面等离子处理可以提高航空发动机零件的耐腐蚀性能。
三、表面等离子处理的优缺点表面等离子处理具有以下优点：1.可以在常温下进行。
2.处理效果稳定，不易受环境影响。
3.可以对不同种类的材料进行处理。
4.处理过程对环境无污染。
表面等离子处理也存在一些缺点：1.处理设备和成本较高。
2.处理过程需要对材料进行预处理。
3.处理后材料表面易受污染。
四、表面等离子处理的未来发展表面等离子处理在材料表面改性领域具有广泛应用前景。
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高分子材料的等离子体表面处理摘要阐述了等离子体表面改性技术的作用原理, 总结论述了等离子体对高聚物表面作用的几种理论, 经低温等离子体处理的高分子材料表面发生多种物理和化学变化,重点介绍了低温等离子体在医用高分子材料、合成纤维材料、薄膜材料中的研究概况和进展。
关键词: 等离子体; 表面改性; 高分子材料;0 引言高分子聚合物材料同金属材料相比具有许多优点, 如密度小、比强度和比模量低、耐蚀性能好、成型工艺简单、成本低廉、优异的化学稳定性、热稳定性好、卓越的介电性能、极低的摩擦系数、良好的润滑作用及优异的耐候性等, 因此广泛应用于包装、印刷、农业、轻工、电子、仪表、航天航空、医用器械、复合材料等行业[1]。
但其应用范围和使用效益往往会受到表面性能的制约,因此常常需按使用目的改善或变换其表面性能，如材料或部件的粘着性，高分子膜的印刷性、透过性等。
1 高分子材料的表面改性高分子材料的各种表面性能的获得取决于材料的表面结构和相关的界面特性，所以高分子材料的界面物性控制是非常必要的。
图1 界面物控技术内容及应用领域图1所示为界面物性控制技术的内容和相关的应用领域。
为了使高分子材料适合各种应用需要，大体上有两类作法。
一类是利用各种表面改性技术产生一个新的表面活性层，从而改变表面、界面的基本特性。
另一类作法是借助功能性薄膜或表面层形成技术在原表面上敷膜。
这两种作法的目的都是为了使材料具有或同时具有几种表面性能。
为此，人们研究开发了许多种可供利用的表面处理技术。
诸如化学湿法处理，利用电子束或紫外线的干式处理，利用表面活性剂的添加剂处理以及采用真空蒸渡的金属化处理等。
本论文主要介绍的等离子体表面处理是利用低压气体辉光放电的干式处理技术。
既能改变表面结构，控制界面物性，也可以按需求进行表面敷膜。
在塑料、天然纤维、功能性高分子膜的表面处理方面有着巨大的应用潜力。
2 等离子体表面改性近年来,随着等离子体技术的不断发展,利用等离子体进行表面改性已成为研究的热点[2 ]。
2.1等离子[1,2]等离子体是在特定条件下使气( 汽) 体部分电离而产生的非凝聚体系。
它由中性的原子或分子,激发态的原子或分子；自由基；电子或负离子, 正离子以及辐射光子组成。
体系内正负电荷数量相等, 整个体系呈电中性。
它有别于固、液、气三态物质,被称作物质存在的第四态,是宇宙中绝大多数物质的存在状态。
实验室中获得等离子体的方法有热电离法,激波法,光电离法,射线辐照法以及直流、低频、射频、微波气体放电法等。
等离子体一般可分为两种：高温等离子体和低温等离子体。
用于高分子材料表面改性的一般为低温等离子体。
2.2低温等离子体的特点[1~3]实验室中常采用10-3～1 torr气压的气体射频放电获得等离子体。
气体电离度一般为10-6左右, 也就是说大约每1, 000, 000个中性原子或分子中含有一个带电粒子, 带电粒子密度n e～n+ ≈109～1012cm-3。
带电粒子在射频电场中被加速, 用温度来表示不同种类粒子群的平均动能: ∈= 3/2kT , k 为玻尔兹曼常数。
电子质量最轻, 其温度高达104K 以上；离子,自由基,中性原子或分子等重粒子的温度接近或略高于室温。
据此称这种等离子体为低温等离子体。
低温等离子体一方面具有足够高能量的活性物种使反应物分子激发、电离或断键, 另一方面不会使被处理材料热解或烧蚀,在改性高分子材料表面上具有独特的应用价值。
2.3低温等离子体与高分子材料表面的相互作用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-碳或其他含碳键的键能，因此等离子体完全有足够的能量引起聚合物内的各种化学键发生断裂或重新组合。
表1 低温等离子体中基本粒子的能量范围和一些化学键的键能（eV）等离子体撞击材料表面时，除了将自身的能量传递给材料表层分子外，还可能引起表面刻蚀，使表面吸附的气体或其他物质的分子发生解析；部分粒子也可能发生自溅射，一些粒子特别是电子、亚稳态粒子有可能贯穿材料内部，贯穿深度可达5～50nm；材料内部分子受撞击后，引起电子层受激发产生电子跃迁，同时引起溅射和辐射；浅表层的电子也可能逃逸到材料表面以外的空间。
等离子体中活性粒子与高分子材料表面进行各种相互作用：[9]一种是利用非聚合性无机气体( Ar, N2 , H2 , O2等) 的等离子体进行表面反应,参与表面反应的有激发态分子、自由基和电子离子,也包括等离子体产生的紫外光的辐射作用。
通过表面反应有可能在表面引入特定的官能团,产生表面侵蚀,形成交联结构层或生成表面自由基。
另一种作用是在表面沉积薄膜,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被覆聚合膜。
有时也可采用PCVD法乃至溅射制膜,如塑料表面的金属化处理。
等离子体对高分子材料表面的作用有许多理论解释，如表面分子链降解理论、氧化理论、氢键理论、交联理论、臭氧化理论以及表面介电体理论等，但其对聚合物表面发生反应机理可概括为三步[10]：(1)自由电子在高电压电场中被加速而获得较高动能，运动时撞击到其他分子。
被撞分子获得部分能量被激发而具有活性。
(2)激发态分子不稳定，分解成自由基或电离成离子。
(3)自由基或离子在高分子表面反应时，形成致密的交联层；等离子体与存在的气体或单体发生聚合反应，沉积在聚合物表面形成具有可设计的涂层；等离子体与表面自由基或离子发生反应形成改性层。
等离子体对材料表面的作用大致有4种:清除表面杂质；表面刻蚀；表面交联和形成具有新化学结构的表面[11,12]。
Delattre等将等离子体聚合噻吩(PPTh)膜沉积在冷轧钢表面, 以提高与橡胶的黏结性。
PPTh膜的C/S 为4:1,与噻吩单体具有类似的组成。
用酸清洗和氢等离子体预处理的冷轧钢样品有利于提高黏结性,PPTh膜的最佳厚度为5nm,与其他等离子体聚合膜相比较薄,但黏结性较好。
M.Tatoulian等人研究了NH3 等离子体改性聚乙烯薄膜及十八烷基三氛硅烷自组装单分子膜,并利用接触角、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)等对其进行了表征。
Rcueff等人研究了PET经CO2 等离子体处理后,表面含氧基团的变化,并利用XPS表征了处理前后聚合物表面结构的变化。
S.Guruvenket等人研究了氢气或氧气等离子体处理时间与处理功率对PS与PET表面性质的影响,并通过静态接触角与红外光谱的测定对其表面进行了分析。
Y.Kusanoa等人在大气压下用DBD等离子放电的方法对碳纤维表面用环氧树脂做了处理,用He,He/O2 和Ar等离子的方法在碳纤维的表面增加含有极性功能团的氧, He等离子处理后改变了碳纤维的吸湿度且增加了吸附能。
SimoneS.Silva等人对薄膜表面进行修饰, 研究了薄膜的表面粗糙度和表面能, 用XPS测得薄膜的成分,用等离子处理后各项性能都有所改善。
2.4 低温等离子体中各类活性种及活性种与被处理材料表面的反应机制[1~8]低温等离子体中的高速运动的电子与气体分子的碰撞是产生各种不同活性种的主要原因。
1)使气体分子由基态跃迁到激发态A+e→A*+e, AB(j,w )+e→AB*(j',w')+e等。
2)使气体分子得到/失去电子或断键形成离子、原子及自由基碎片A+e→A++2e, A*+ e→A++ 2e,AB+e→A+B+e,AB+e→AB-→A+ B-等。
3)活性种间相互作用, 以辐射光子形式释放能量A*→A+ hν, A*+hν→A+2hν, A++e→A*+ hν, A++e→A++e+hν等。
等离子体与被处理高分子材料表面的作用机制十分复杂, 迄今为止没有报道明确地阐述何种活性种与被处理材料表面发生了怎样的化学反应。
一种可能的反应机制如下：高分子受等离子体处理, 脱氢而产生自由基:P- H+ Plasma→P·+ H·相邻高分子自由基可能复合而交联:P·+ P·→P- P高分子自由基亦可能脱氢或者脱去其它原子而形成双键:P·→RCH=CH2+ X·, X= H, F,Cl等高分子自由基与等离子体中活性种反应, 生成一系列新的官能团。
如对于NH3等离子体处理聚乙烯:P·+ ( NH3) Plasma→RC≡N+ RNH2+ RCH=NH+RCON2…(其中酰胺基的产生是由于反应器中永远有无法除尽的微量氧)高分子自由基也可能与反应器中存在的氧或处理完毕后接触到空气中的氧发生反应, 从而在高分子材料表面引入含氧官能团:P·+O/O2→R-OH+ROO·+R2C=O+RCOOH…3 等离子体表面改性的应用等离子表面处理在高分子材料改性中的应用, 主要表现在下述几方面。
3.1 改变表面亲( 疏) 水性一般高分子材料经NH3、O2、CO、Ar、N2、H2等气体等离子体处理后接触空气,会在表面引入—COOH, —C=O ,—NH2,—OH 等基团,增加其亲水性。
处理时间越长,与水接触角越低[13~15],而经含氟单体如CF4 ,CH2F2 等气体等离子体处理则可氟化高分子材料表面,增加其憎水性[15]。
Hsieh等[16]研究发现,未处理PET膜与水接触角是73.1°,Ar等离子体处理5min,放置一天后测量,与水接触角降为33.7°,随放置时间的延长,接触角缓慢上升,显示出处理效果随时间衰退。
放置10d后测量,接触角升至41.3°。
Yasunori等[18]研究N2 等离子体处理LDPE 时也发现,表面极性基团在处理后20d左右基本消失。
Andre等[19]研究O2 等离子体处理3-羟基丁酸-3-羟基戊酸共聚物膜表面,也发现其后退接触角经60d后由处理后的20°恢复到70°。
接触角的衰减被认为是由于高分子链的运动,等离子体表面处理引入的极性基团会随之转移到聚合物本体中[13~19]。
Hsieh等[17]发现,如果将PET膜在处理前浸入与之有较强相互作用的有机溶剂中浸泡,会稳定处理效果,这是因为溶剂诱导的分子链重排降低了链的可动性。
同时,处理效果不但随时间延长而衰退,也会随温度升高而衰退。
Yukihiro等[20]研究了O2 等离子体处理6 种合成高分子膜表面,随后在80～140℃热处理,发现等离子体处理后表面张力增大,湿润性增大；随后的热处理则加快了等离子体处理效果的衰退。
ESCA和浸润实验的结果表明,等离子体处理PET、尼龙-6等表面—COOH、—OH基团浓度及表面力随热处理急剧下降；而聚酰亚胺,聚苯硫醚虽然表面张力也下降,但表面—COOH及—OH基团浓度变化不大。
这也从一个侧面说明聚合物分子链本身运动程度的难易也是影响处理效果衰退快慢的一个重要因素。