低温等离子体聚合物的表面改性

低温等离子体聚合物的表面改性实验

姓名：梅耀文

班级：物理1001

学号：201021096

指导教师：闫慧杰

完成日期：2012年3月19日

大连理工大学

Dalian University of Technology

内容提要介绍了聚合物（聚乙烯薄膜）采用低温等离子体表面处理技术的原理，优点，

以及特性。通过测量处理前后聚合物表面水接触角的变化，说明了聚合物采用低温等离子体表面处理技术之后具有良好的亲水性，扩大了其应用前景。

关键词低温等离子体；聚合物；水接触角；处理

一、试验原理

1．介质阻挡（DBD）放电

介质阻挡放电是一种有介质插入放电空间的一种气体放电，与火花放电相比，它不会发出巨大响声，因此也叫无声放电。它包含两个电极其中至少有一个覆盖着绝缘介质，两个电极之间的距离大约有几个毫米，提供电压大学有20KV，这种放电表现的很均匀、缓慢和稳定，貌似低气压下的辉光放电。

图1.1介质阻挡放电示意图

如上图是典型的介质阻挡放电示意图，其特点是电流回路除放电间隙以外，在电极还添有一层或多层绝缘介质，避免了电极之间的直流击穿放电的形成，从而在放电间隙可以得到空间分布均匀的气体放电。

2．大气低温等离子体射流

大气压低温等离子体射流发生装置见图1.2，其基本放电形式是介质阻挡放电，同时又有快速气流吹动，气流的存在刻意进一步抑制放电过程中可能产生的放电通道过于集中的问题，有利于产生一种稳定而均匀的放电形态；此外，气流的吹动可以吧放电空间产生的一些活性成分激发态粒子甚至荷电粒子导出放电空间区域，这样就可以视线放点区域与工作区域的分离，使这种放电等离子体发生器有更大的实用性。目前这种放电等离子体发生器被用于表面清洗，表面处理，消毒灭菌，薄膜制备，废气废水处

理等方面。

图1.2大气低温等离子体射流装置

3．大气压低温等离子体射流聚合物表面处理

由于介质阻挡放电产生的等离子体中电子能量在1~10eV。这样能量的电子可以打断大多数聚合物的化学键（2.0~10eV），所以经过射流处理的聚合物表面会长生大量的不饱和键，这些不饱和键在空气中被氧化形成大量的极性基团，如-OH,-COO等，这些极性基团的存在提高了聚合物的表面能量。使得极性水分子聚合物表面的结合力增强。

从而导致水接触角的降低。而等离子体改性只涉及聚合物表面0.1um量级的范围，不会对聚合物的整体结构造成损害。此外低温等离子体射流表面处理还具有速度快，作用时间短的特点，因此具有极高的处理效率。不会污染环境，是一种非常有前途的表面处理技术。

二、实验方法

市场上常见的聚乙烯薄膜厚度约0.06mm，密度约为0.912g/cm3，将待处理的样品才成5cm×5cm规格，去除表面杂质，保证清洁干燥置于等离子体改性设备的中央，与放电电极的接地端联通，检查气路是否通畅，打开高压气阀，通入氦气，逐步调整使得气体流量达到合适的值。打开电源，并逐步调节电压，放电处理3s～5s左右，取出。

将处理好的聚乙烯薄膜放入水接触角测量仪中，从计算机设备中观察并分别记录处理过的表面和未处理表面的水接触角，以分析表面改性。

三、数据分析

水接

触角

左面右面平均

处理前87.01 88.99 88.00

处理后51.56 51.34 51.45

处理后，水接触角明显减小，原因是低温等离子体射流，使聚乙烯薄膜表面产生了一些亲水基团，如羟基，羧基等，并且使得聚乙烯表面变粗糙，改变了薄膜的表面的性质，使之亲水能力增强，从而导致水接触角变小。

四、结论

综上所述，低温等离子体技术用于聚合物表面改性处理在我国是一项比较新的技术，采用低温等离子体处理有机物表面，使其具有亲水，抗油，清洁等优良特性具有成本低廉，处理速度快，用途广泛等优点。而且不会污染环境，是一种非常有前途的表面处理技术。

五、参考文献

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2.解林坤，叶喜，邓启平低温等离子体

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