等離子體表面處理是在等離子體狀態(tài)下,非聚合性氣體對(duì)高聚物材料表面作用的物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程,非聚合性氣體包括反應(yīng)性氣體和非反應(yīng)性氣體,它們對(duì)高聚物材料表面作用的機(jī)理也不相同。
RH+2O·-→R□+H+O,
與原子氧反應(yīng)
RR、+O.→R+R.O
RH+O.→R□+OH
與分子氧反應(yīng)
R+O、→ROO.
與過(guò)氧化自由基反應(yīng)ROO.+R'H一>ROOH+R'
等離子體表面氧化反應(yīng)與通常的熱氧化反應(yīng)不同,它在反應(yīng)過(guò)程中生成大量的自由基,并借助于自由基進(jìn)行連鎖反應(yīng),這樣的連鎖反應(yīng)不僅引入了大量的含氧基團(tuán),如羧基、羥基等,而且由于氧對(duì)材料表面的氧化分解起到了刻蝕的作用,對(duì)于不同的材料引入的基團(tuán)數(shù)目和形式也不相同。此外,CO2,CO,H2O及其他含氧的氣體在等離子體狀態(tài)下也可分解為原子氧,同樣具有氧等離子體的作用。
(2)非反應(yīng)性氣體:Ar,He和H2等是非反應(yīng)性氣體,這些氣體的原子不直接進(jìn)入到高聚物材料表面的大分子鏈中,但由于這些非反應(yīng)性氣體等離子體中高能粒子轟擊材料表面時(shí)傳遞能量,使材料表面產(chǎn)生大量自由基,借助于這些自由基在材料表面形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),所以高聚物材料在非反應(yīng)性等離子體中處理,表面能形成一層薄薄的致密的交聯(lián)層,不僅改變了材料的表面自由能,增強(qiáng)了弱邊界層強(qiáng)度,而且還可以減少高聚物內(nèi)部低分子物質(zhì)的滲出。當(dāng)高聚物材料表面用惰性氣體的等離子體進(jìn)行處理時(shí),如果被處理的高聚物材料本身含有氧,則由大分子斷裂分解而形成大分子碎片進(jìn)入等離子體內(nèi),進(jìn)而形成活性的氧,其效果與氧等離子體處理效果相當(dāng)。如果材料本身不含氧,用惰性等離子體處理后新生的自由基,由于其半衰期可達(dá)2~3d,因此能與空氣中的氧發(fā)生作用,導(dǎo)致氧結(jié)合到大分子鏈上。所以非反應(yīng)性氣體等離子體處理含氧的高聚物材料表面時(shí),將出現(xiàn)交聯(lián)、刻蝕、引入極性基團(tuán)三者的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)
由接觸角測(cè)量可知,樣品處理?xiàng)l件不同導(dǎo)致改性效果各異。表明通過(guò)控制氧等離子體的處理?xiàng)l件,即控制改性時(shí)間、射頻功率及氧氣流量,可以控制改性程度。
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