反應(yīng)性氣體等離子體處理和非反應(yīng)性氣體等離子體處理

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：2022-09-27

等離子體處理（PlasmaTreatment）是利用產(chǎn)生的等離子體對(duì)聚合物表面處理進(jìn)而達(dá)到改性的一種方法。等離子體是通過(guò)氣體介質(zhì)在電場(chǎng)中放電產(chǎn)生的，等離子體源一般為氣體，并表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性氣體。等離子體處理的表面改性作為一種結(jié)合物理和化學(xué)方法的氣態(tài)處理技術(shù)，具有低污染、低耗能高效環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在高分子材料改性中的應(yīng)用日益得到廣泛關(guān)注。等離子體處理可以引起聚合物表面分子鏈的斷裂和重新交聯(lián)，甚至可以直接引入活性基團(tuán)或自由基，能有效增大高分子材料表面活性。根據(jù)等離子體產(chǎn)生的壓強(qiáng)條件可以分為低壓等離子體和常壓等離子體，根據(jù)與材料是反應(yīng)又可以分為反應(yīng)性等離子體和非反應(yīng)性等離子體，不同性質(zhì)的等離子體的改性機(jī)理存在一定的差異。但等離子體對(duì)材料表面的改性沒(méi)有選擇性或者選擇性較差。

非反應(yīng)性氣體等離子體作用

非反應(yīng)性氣體是指那些化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)得一類氣體，如He、Ar等惰性氣體為非反應(yīng)性氣體。

惰性氣體等離子體和高分子材料接觸,理論上是不參與表面的任何反應(yīng),只是把能量轉(zhuǎn)給表面分子,使之活化生成鏈自由基,自由基又進(jìn)行相互反應(yīng)而生成表面交聯(lián)層。利用這種非反應(yīng)型等離子體的技術(shù)稱之為“CASING”(Crosslinked by Actived Species of Inert Gases的縮寫)。

關(guān)于交聯(lián)層的形成機(jī)理,過(guò)去有人認(rèn)為是由于亞穩(wěn)態(tài)的激發(fā)分子作用的結(jié)果,也有人認(rèn)為是由于輻射線造成的。實(shí)際上,如上所述,材料表面幾個(gè)單分子層的結(jié)構(gòu)變化,主要是各種活性粒子的能量直接轉(zhuǎn)移所做的貢獻(xiàn),而再深入到內(nèi)部的交聯(lián),則是輻射線的能量轉(zhuǎn)移發(fā)揮了作用。

高分子材料表面交聯(lián)層的形成,不僅改變了材料表面自由能,而且還可以減少高分子材料內(nèi)部低分子量物質(zhì)(如增塑劑)的滲出,所以受到人們普遍的重視。可以通過(guò)測(cè)定表面惰性氣體分子含量的變化或熔點(diǎn)的升高,證明生成交聯(lián)高分子產(chǎn)物。

反應(yīng)性氣體等離子體作用

反應(yīng)性氣體指一些無(wú)機(jī)氣體或易揮發(fā)的無(wú)機(jī)化合物,常用的有O2、N2、CO2、H2O、NH3、SO2等。與非反應(yīng)性的惰性氣體不同,以反應(yīng)性氣體的等離子體處理時(shí),氣體原子可以結(jié)合到聚合物鏈上,在聚合物鏈上形成相關(guān)的官能團(tuán)。在等離子體的處理過(guò)程中,等離子體中的自由基、離子、電子等高能態(tài)粒子與材料的表面作用,通過(guò)刻蝕與沉積作用,使聚合物鏈發(fā)生斷鏈、降解和交聯(lián)等反應(yīng),在材料的表面產(chǎn)生極性基團(tuán)。同時(shí)還可在聚合物鏈上產(chǎn)生自由基等活性基團(tuán),接觸空氣,這些自由基可以與氧氣反應(yīng),在材料表面形成過(guò)氧或氫過(guò)氧等極性基團(tuán),實(shí)現(xiàn)了材料表面的親水化處理。

低溫等離子體處理作用可以通過(guò)反應(yīng)性等離子體和非反應(yīng)性等離子體來(lái)實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)性等離子體可以參與材料表面的化學(xué)反應(yīng)，含氧等離子體是這一類的代表，通過(guò)在材料表面引入含氧基團(tuán)來(lái)增加化學(xué)結(jié)合作用；而非反應(yīng)性等離子體一般不參與材料表面的化學(xué)反應(yīng)，以惰性等離子體為代表，只是將電離氣體產(chǎn)生的能量傳遞至材料表面，使材料表面的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，形成自由基。