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在高分子薄膜表面改性的研究中,等離子體處理被認為是目前最具有應(yīng)用前景的表面改性方法。近年來,等離子技術(shù)被廣泛用于對高分子材料的表面改性。等離子體改性相對于其它的一些改性方法,它僅僅對材料的淺表面(<10^-8m)進行改性反應(yīng),不損傷材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu),對材料的整體性能幾乎不產(chǎn)生影響,尤其是力學(xué)性能,但可以明顯的改善材料表面的極性及結(jié)構(gòu),進而改善材料的潤濕性能。等離子體對材料改性時,首先,等離子體發(fā)射出的粒子與高分子材料表面相互作用,引發(fā)自由基反應(yīng);之后,自由基發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng),如轉(zhuǎn)化﹑裂解﹑氧化﹑歧化和耦合等,從而達到增強高分子材料表面功能性的目的。其中,引發(fā)自由基反應(yīng)的活性粒子主要是由等離子體中高速運動的電子與氣體分子的碰撞而產(chǎn)生。科研人員經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn),多種活性粒子存在于低溫等離子體中,且這些活性粒子主要可以分為六大類,即電子、光子、處于基態(tài)能級的分子(原子或自由基)、受激原子或分子正離子(分子或原子的)、負離子(原子或分子的)。

高分子薄膜低溫等離子體改性原理

有機物中常見化學(xué)鍵的鍵能相對于等離子體中活性粒子的能量低,因而,在等離子作用于高分子表面時,容易在其表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)這些活性粒子與大分子物質(zhì)接觸時,會發(fā)生能量的交換,進而大分子的化學(xué)鍵得以打開。若低溫等離子的反應(yīng)介質(zhì)為氧氣、氫氣和氨氣時,則這些氣體會與高分子物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成含氧、氫、氮的極性基團;若是等離子的反應(yīng)介質(zhì)為惰性氣體氬氣或氮氣,則在高分子表面會產(chǎn)生自由基或由不飽和化學(xué)鍵形成的致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu),進而使材料表面的結(jié)構(gòu)及親水性得以改善,薄膜的其它性能也得以提高,從而使基材的整體性能得到改善。

低溫等離子處理高分子薄膜的優(yōu)點

對于高分子薄膜的改性,一般采用的為低溫等離子體改性。低溫等離子體對高分子材料的改性具有以下優(yōu)點:①對反應(yīng)活化能大但是反應(yīng)速度慢的、熱力學(xué)上可能進行的反應(yīng),通過低溫等離子體改性,則可使活化能減少,反應(yīng)速度增大;②對于一些需要在高溫下進行的反應(yīng),通過低溫等離子改性,分子的離子化或者解離生成新的基團,即可實現(xiàn)對材料改性;③對高聚物表面的作用深度可以從幾十到幾百納米,但同時可以保持基體力學(xué)性能,不損傷材料基體,同時改變材料表面能量狀況,提高材料表面的親水性能,改善表面形貌,產(chǎn)生功能基團;④過程簡單,便于控制,節(jié)水節(jié)能、降低成本、對環(huán)境無污染。