低溫等離子體中粒子的能量一般約為幾個至幾十電子伏特,大于聚合物材料的結(jié)合鍵能(幾個至十幾電子伏特),完全可以破裂有機大分子的化學鍵而形成新鍵;但遠低于高能放射性射線,只涉及材料表面,不影響基體的性能[1~https://www.jinlaiplasma.com/asse/jinlai/chanpin/denglizibiaomianchuli09.png3]?處于非熱力學平衡狀態(tài)下的低溫等離子體中,電子具有較高的能量,可以斷裂材料表面分子的化學鍵,提高粒子的化學反應活性(大于熱等離子體),而中性粒子的溫度接近室溫,這些優(yōu)點為熱敏性高分子聚合物表面改性提供了適宜的條件?1形成裝置及影響因素選擇適宜的放電方式可獲得不同性質(zhì)和應用特點的等離子體,通常,熱等離子體是氣體在大氣壓下電暈放電產(chǎn)生,冷等離子體由低壓氣體輝光放電形成?熱等離子體裝置[4]是利用帶電體尖端(如刀狀或針狀尖端和狹縫式電極)造成不均勻電場,稱電暈放電,使用電壓和頻率?電極間距?處理溫度和時間對電暈處理效果都有影響?電壓升高?電源頻率增大,則處理強度大,處理效果好?但電源頻率過高或電極間隙太寬,會引起電極間過多的離子碰撞,造成不必要的能量損耗;而電極間距太小,會有感應損失,也有能量損耗?處理溫度較高時,表面特性的變化較快?處理時間延長,極性基團會增多;但時間過長,表面則可能產(chǎn)生分解物,形成新的弱界面層?冷等離子體裝置[5]是在密封容器中設置兩個電極形成電場,用真空泵實現(xiàn)一定的真空度,隨著氣體愈來愈稀薄,分子間距及分子或離子的自由運動距離也愈來愈長,受電場作用,它們發(fā)生碰撞而形成等離子體,這時會發(fā)出輝光,故稱為輝光放電處理?輝光放電時的氣壓大小對材料處理效果有很大影響,另外與放電功率,氣體成分及流動速度?材料類型等因素有關?不同的放電方式?工作物質(zhì)狀態(tài)及上述影響等離子體產(chǎn)生的因素,相互組合可形成各種低溫等離子體處理設備?2在表面改性中的應用低溫等離子體技術具有工藝簡單?操作方便?加工速度快?處理效果好?環(huán)境污染小?節(jié)能等優(yōu)點,在表面改性中廣泛的應用?2.1表面處理通過低溫等離子體表面處理,材料表面發(fā)生多種的物理?化學變化,或產(chǎn)生刻蝕而粗糙,或形成致密的交聯(lián)層,或引入含氧極性基團,使親水性?粘結(jié)性?可染色性?生物相容性及電性能分別得到改善?用幾種常用的等離子體對硅橡膠進行表面處理,結(jié)果表明N2?Ar?O2?CH4-O2及Ar-CH4-O2等離子體均能改善硅橡膠的親水性,其中CH4-O2和Ar-CH4-O2的效果更佳,且不隨時間發(fā)生退化[6]?英國派克制筆公司將等離子體技術用于控制墨水流量塑料元件的改性工藝中,提高了塑料的潤濕率?文獻[7~9]表明,用低溫等離子體在適宜的工藝條件下處理PE?PP?PVF2?LDPE等材料,材料的表面形態(tài)發(fā)生的顯著變化,引入了多種含氧基團,使表面由非極性?難粘性轉(zhuǎn)為有一定極性?易粘性和親水性,有利于粘結(jié)?涂覆和印刷?塑料?橡膠?纖維等高分子材料在成形過程中加入的增塑劑?引發(fā)劑及殘留單體和降解物等低分子物質(zhì)很容易析出而匯集于材料表面,形成無定形層,使?jié)櫇裥缘刃阅茏儾?尤其對醫(yī)用材料,低分子物滲出會影響到生物機體的正常功能?低溫等離子體技術可在高分子材料表面形成交聯(lián)層,成為低分子物滲出的屏障?李瑛等[10]采用不同等離子體改性PI?PET?PP薄膜,發(fā)現(xiàn)經(jīng)處理的薄膜表面電阻降低了2~4個數(shù)量級,材料的介電損耗和介電常數(shù)也發(fā)生了變化?將該技術運用于微電子技術領域,可使電子元件的連接線路體積大為縮小,運行可靠性明顯提高?2.2表面聚合大多數(shù)有機物氣體在低溫等離子體作用下,聚合并沉積在固體表面形成連續(xù)?均勻?無針孔的超薄膜,可用作材料的防護層?絕緣層?氣體和液體分離膜以及激光光導向膜等,應用于光學?電子學?醫(yī)學等許多領域?以聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯塑料均可制成價廉且易于加工的光學透鏡,但其表面硬度太低,易產(chǎn)生劃痕?采用有機氟或有機硅單體,采用低溫等離子體聚合技術在透鏡表面沉積出10nm的薄層,可改善其抗劃痕性和反射指數(shù)[6]?國外還有等離子體化學氣相沉積技術應用于塑料窗用玻璃?汽車百葉窗和氖燈?鹵天燈的反光鏡的報道?等離子體聚合膜具有多種性能,可使同樣的基材應用于很多領域?在金屬和塑料上涂類金剛石碳耐磨涂料的化學氣相沉積技術是把含碳氣體導入等離子體中,該涂層耐化學藥品?無針孔?不滲透,能防止各種化學藥品侵蝕基材?同樣還可將減摩涂料涂于擋風玻璃雨刮器上,或?qū)⒌湍ν繉油坑谟嬎銠C磁盤上以降低磁頭磁撞?等離子聚乙烯膜沉積于硅橡膠表面后,硅橡膠對氧氣的透過系數(shù)明顯降低?由含氮單體制備反滲透膜,最高可阻出98%的食鹽?生物體內(nèi)的緩釋藥物一般采用高分子微囊,亦可采用等離子體聚合技術在微囊表面形成反滲透膜層?等離子體聚合物膜在傳感元件上的應用研究表明,放電功率等因素對膜電阻值有較大影響?用各種乙烯基單體和Ar輝光放電處理織物,其疏水性及染色性能在極短時間里便有改善?2.3表面接枝以等離子體接枝聚合進行材料表面改性,接枝層同表面分子以共價鍵結(jié)合,可獲得優(yōu)良?耐久的改性效果?美國曾將聚酯纖維進行輝光放電等離子體處理與丙烯酸接枝聚合,改性后纖維吸水性大幅度提高,同時抗靜電性能也有改善?白敏冬等[5]用Ar等離子體處理尼龍綢表面,引入丙烯酸,接枝聚合使尼龍綢抗靜電性增強?低溫等離子體接枝改性毛織物原料及成品,可改善毛絨表面性能?增強著色性?軟化織物?降低縮水率,且毛織物本體不受影響[11]?滌綸纖維堅固耐穿,但其結(jié)構(gòu)緊密?吸水性差?難染色,王雪燕[12]等用低溫氮等離子體引發(fā)丙烯酰胺對滌綸織物進行接枝改性,接枝后滌綸織物的上染百分率?染色深度及親水性都有明顯提高?低溫等離子體對醫(yī)用材料表面處理,可引入氨基?羰基等基團,生物活性物質(zhì)與這些基團接枝反應可固定于材料表面?用等離子體處理聚丙烯膜,引入氨基,再通過共價鍵接枝,固定上葡萄糖氧化酶,經(jīng)測定,接枝率分別達52μg/cm2和34μg/cm2?。