有機高分子材料具有質(zhì)量輕、比強度和比剛度高、力學(xué)性能可設(shè)計、耐疲勞性能好等優(yōu)異性能被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、電氣、石油化工等領(lǐng)域,但其表面特殊組織結(jié)構(gòu)使其表面浸潤性和極性較低,從而影響其粘接性能或后續(xù)功能涂層的沉積,因此為充分發(fā)揮有機高分子材料的應(yīng)用范圍,改善其表面特性,需對其進行表面活化處理。等離子體表面活化處理:
等離子體活化處理是將有機材料置于特定氣體等離子體中,利用氣體離子對材料表面轟擊作用,使其化學(xué)主鏈中某些非極性鍵斷裂或重組,形成極性鍵,從而達到活化效果。該方法相較傳統(tǒng)化學(xué)法而言安全環(huán)保,且只作用于材料表面原子層級別,對材料本體影響小,是目前應(yīng)用較廣泛的表面改性方法之一。
等離子體活化過程中,由于高能離子轟擊材料表面,使有機化學(xué)主鏈中非極性化學(xué)鍵斷裂或重新組合,產(chǎn)生大量自由基和離子,空氣中氧、氫使材料表面形成大量活性含氧基團,這些含氧極性基團使材料表面極性增強,表面能增加。
等離子體表面活化特點:
利用等離子體活性物種(電子、離子、自由基、紫外線)具有的高活性,可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)化學(xué)和水系處理法所不能實現(xiàn)的新的反應(yīng)過程,其反應(yīng)具有鮮明特點:
①速度快:氣體放電瞬間發(fā)生等離子體反應(yīng);
②溫度低:接近常溫,特別適于高分子材料;
③能量高:等離子體是具有超常化學(xué)活性的高能粒子,在不添加催化劑的溫和條件下即可實現(xiàn)傳統(tǒng)熱化學(xué)反應(yīng)體系所不能實現(xiàn)的反應(yīng)(聚合反應(yīng));
④廣適性:適用于各種高分子材料的多種用途的改性;
⑤功能強:僅涉及高分子材料淺表面(<10-8m),可在保持材料自身特性的同時,賦予其一種及以上新的功能;
⑥環(huán)保型:等離子體作用過程是氣-固相干式反應(yīng)。
低溫等離子體表面活化處理在高分子材料領(lǐng)域中的應(yīng)用:
印刷、涂層、粘接加工的應(yīng)用
低溫等離子體活化高分子材料可顯著改善材料表面自由能,使材料表面潤濕性發(fā)生變化。材料表面潤濕性與粘接、印刷、涂飾的難易有密切的關(guān)系。
等離子體與高分子材料表面作用,發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)和蝕刻反應(yīng)的同時,基材表面生成不飽和鍵或粗糙化,這是印刷性、噴涂、粘接性提高的主要原因。低溫等離子體中的活性粒子具有的能量一般都接近或超過C—C或其它含碳鍵的鍵能,因此能與導(dǎo)入系統(tǒng)的氣體或高分子固體表面發(fā)生化學(xué)或物理的相互作用,引入大量的極性基團,改變其表面活性。
低溫等離子體表面活化技術(shù)作為清潔、高效的改性技術(shù),不僅能改善特定條件下高分子材料的自身性能,同時也拓寬了高分子材料的應(yīng)用范圍,在高分子材料表面改性中有著越來越廣泛的應(yīng)用前景。24336