低温等离子体处理时效性

时效性产生的机理
目前比较普遍的观点认为这种现象是由高分 子材料表面动态重组过程引起的。(高分子材 料表面极性基团的翻转和分子链段的迁移) 等离子处理后材料表面被引入大量极性基团 , 处于非常不稳定的高能状态 ,由于物质系统 ห้องสมุดไป่ตู้量越低越稳定 ,所以任何高分子材料表面 都有将能量降至最低点以保持最稳定结构的 趋势。为了降低表面能量 ,等离子处理后材 料表面被引入的极性基团向材料内部发生翻 转同时高分子材料内部部分未被处理的分子 链段向表面迁移 ,这种过程一直持续到材料 表面达到动态平衡状态为止。
对时效性进行研究的 主要方法和表征手段
高分子材料的接触角 X射线光电子能谱( XPS) 静态二次离子质谱(SSIMS) 电子顺磁共振( ESR) 表面形貌和结构表征：扫描电子显微镜 (SEM)，环境扫描电子显微镜( ESEM)， 扫描探针显微镜(AFM )等。
结语
低温等离子处理对高聚物材料表面性能影响的 时效性是一个非常复杂的物理化学现象 ,影响 因素众多 ,至今仍然有许多问题需进一步探索。 例如等离子处理后高聚物材料表面的动态重组 和材料本身组成结构之间的关系;如何设定等 离子处理工艺参数 ,以获得最佳处理效果同时 减缓时效性;各种不同等离子体产生方式(真空 等离子、介质阻挡放电、常压等离子)的时效 性差异问题等等。对这一领域进行更加系统深 入的研究 ,不但对等离子技术的实际推广应用 有非常重大的意义 ,而且也有利于加深对等离 子处理技术本身的了解和认识。
低温等离子体对高聚物材料表 面改性处理
指利用等离子体与高分子材料表面 相互作用，在表面上形成新的官能 团和改变聚合物链结构，改善亲水 性、粘接性、表面电学性能、光学 性能以及生物相容性等，从而达到 表面改性的目的。
等离子处理的优点
低温等离子处理只作用于材料表面(通 常为几至几十纳米) ,不影响基体的性 质。 此外 ,低温等离子体技术具有易操作、 加工速度快、处理效果好、环境污染小、 节能等优点 ,因此在材料表面改性处理 中得到广泛的应用并具有广阔的发展前 景 。
等离子体
等离子体是指被电离的气体 ,是由电子、 离子、原子、分子或自由基等粒子组成 的集合体。根据等离子体的粒子温度 , 可以分为高温等离子体和低温等离子 体 ,用于材料表面改性处理领域的是后 者。低温等离子体中高能粒子的能量一 般约为几至几十电子伏特 ,大于聚合物 材料分子的结合键能(几至十几电子伏 特) ,完全可以使有机大分子链发生断 裂。
5.被处理材料的基体温度
基体温度低： 被引入的基团位于材料的最 低 表层(大约 0.5nm的范围内) 基体温度高： 极性基团则位于材料表面大 高 约 0. 5～8nm 的范围内，处于材料最表层的 极性基团极易向材料内部翻传 ,使处理效果 衰减。 因此有人提出进行两步法处理：两次处理时 材料基体温度不相同(例如第一步为 100 ℃, 第二步为 45 ℃) 。 这种方法既有利于在材料表面引入大量极性 基团 ,又能增加处理深度 ,从而使等离子处 理后表面极性基团的衰减得到抑制。
影响时效性的主要因素
高分子材料的种类和特性 等离子体气氛 等离子处理功率 等离子处理时间 被处理材料的基体温度 等离子处理后材料的存储环境
1.高分子材料的种类和特性
高分子材料的结晶度对等离子处理的时 效性的影响非常显著。 高分子材料内部无定型区分子结构松散 , 分子间距离较大;而结晶区部分分子紧密 有序排列 ,分子间距离小。对于结晶度 高的高分子材料 ,由于结晶区相对含量 较大 ,等离子处理后表面极性基团的翻 转和链段运动需要克服更大的阻力 ,因 此表面极性基团的衰减程度较小。
等离子处理的时效性
然而等离子对高分子材料表面改性处理 的效果并不持久，虽然等离子处理能在 材料表面引入极性基团 ,但是随着时间 的推移这些基团的数量逐渐减少 ,材料 表面氧元素含量下降 ,表面得到改善的 亲水性能又回复到处理前的疏水状态 , 这种现象通常被称为低温等离子处理对 低温等离子处理对 高聚物表面性能影响的时效性。 高聚物表面性能影响的时效性。
3.等离子处理功率
由于增加等离子处理功率会提高等离子 体内部的能量密度 ,有利于增强等离子 体与高聚物材料表面的反应 ,使高分子 材料表面的氧元素含量升高并产生交联 反应 ,因此等离子处理的时效性得到减 缓。
4.等离子处理时间
等离子处理时间的长短也会对处理后材料表 面动态特征产生影响。 等离子处理时间越短时效性越明显。 这主要是由于等离子处理时间对高聚物材料 表面被氧化层厚度的影响 。等离子处理时间 越短 ,材料表面被氧化层的厚度越小 ,时效 性越显著; 反之处理时间越长 ,被氧化层的厚度越大 , 时效性越不明显。
6.等离子处理后材料的存储环境
等离子处理后材料存放的环境也会对时效性产生 影响 ,具体来讲又可分为存储介质 温度 存储介质和温度 存储介质 温度两个因 素。 温度：在相同的存储介质中 ,环境温度越高 ,分 温度 子链获得更多能量 ,分子链段运动加强 ,表面极 性基团的翻转也更迅速 ,时效性越显著。 存储介质： 存储介质：如果存储环境是亲水性的 ,即使在较 高的温度下 ,也能抑制高分子材料表面极性基团 的丧失。亲水性的存储介质有利于材料表面生成 的极性基团保持在材料的表面;反之 ,疏水性的 存储环境则促使材料表面的极性基团翻转进入基 体内部 。
2.等离子体气氛
不同等离子体气氛对高分子材料表面处 理的效果不同 ,处理后的时效性也存在 差异。 例如：韩国 Kim 等用氩气和氧气混合 等离子体对LDPE进行了处理 ,研究结果 表明等离子处理效果和处理后的时效性 与氩气和氧气的比例有关 ,当氩气和氧 气的体积比是 9 ∶1 时处理效果最好 并且时效性最不显著。