等离子体表面改性工艺

等离子体表面改性工艺

等离子对聚合物、含氟聚合物和其他物料材质的表面改性,可以通过以下四种途径实现,这四种途径是消融、交联、活化和沉积。

等离子体清洗

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消融是由于高能粒子轰击聚合物表面使弱共价键断裂的过程。这个过程只会影响暴露在等离子体中的衬底表面最外面的分子层,这些外面的分子层与等离子体反应生成气化产物后被抽走。一般情况下,表面的化学污染物通常都是由弱CH键组成,所以等离子体处理可以去除这些污染物。例如,油膜或注塑添加剂等有机物形成均匀洁净并具活性的聚合物表面。

交联是在聚合物分子链之间建立了化学链接。惰性气体等离子体可用来交联聚合物,形成耐磨损或耐化学腐蚀性的更坚固表面。医疗设备包括医用导管、临床仪器和隐形眼镜等,都得益于等离子体引发的交联反应。这种化学反应也可以用氟或氧原子代替聚合物表面部分的氢原子。氩气或氦气等惰性气体,由于其化学性质为惰性,所以它们不会与表面结合或发生表面化学反应,相反,他们会通过传递能量打断聚合物链中的化学键,被打断的聚合物链生成了能与其活性部分重组的北京快乐8“悬空键”,从而形成明显的分子重组和交联。聚合物表面生成的“悬空键”很容易发生嫁接反应,这种技术工艺已经应用到了生物医学技术中。

激活是等离子体化学基团替换表面聚合物基团的过程。等离子体把聚合物中的弱键打断,并用等离子体中高活性羰基、羧基、和羟基将其替换;此外,等离子体还可以用氨基或其他功能基团来激活,结合到表面内的化学基团的类型将决定基底材料性能的最终变化,而表面上的活性基团改变表面性质,如润湿性、黏着性等。

等离子体聚合是一个把许多称为单体的可交联小分子结合成大分子的过程。聚合过程涵盖了许多种气体参与的反应,形成挥发性的聚合物薄膜。在气相中或材料表面上的单体会被分解和激活并形成新的分子活性基团迁移到表面,在那里吸附并脱离气相。每个吸附都代表了一个沉积的过程。被吸附的分子随后在表面进行离子或自由基聚合交联,形成一层薄膜。在薄膜形成的过程中,新形成的表面原子和分子会受到来自气相基团的轰击和等离子体中的电磁辐射。经典的聚合物具有活性结构,如允许互相键合的双键等。甲基丙烯酸甲酯的双键为聚甲基丙烯酸甲酯的形成提供了位点,这是在等离子体处理条件下可聚合分子形成聚合物的一个众所周知的例子。

等离子体技术手段也可以使采用传统化学方法通常不能聚合的材料形成聚合物。等离子体能够将缺乏键合位点的气体分子分解成新的、具有活性的组分,这些组分随后就可能发生聚合。脂肪质和芳族聚合物在等离子体中沉积形成薄膜时,所有饱和或不饱和的单体,甚至常规聚合技术中抗聚合的单体,都能被聚合。由于等离子体聚合过程是一个复杂的物理和化学过程,它对等离子体过程参数有较强的依赖性,因此在沉积过程中可以通过控制等离子体参数实现对生成薄膜性质的控制,使之具有不同特征。例如,在基底表面生成黏附性很好的薄膜或得到很好的薄膜表面强度。

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