等离子体处理改性聚合物表面的超疏水性

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-04-11

等离子体表面改性法是一种物理和化学相结合的方法，首先通过放电使气体变成等离子体，然后等离子体在密闭的空间内与基体材料表面发生物理和化学等反应，最终得到具有一定粗糙度和低表面能的固体表面。这种方法对基底材料本体特征没有影响，只对表面层进行反应，而且操作简单，对环境无污染，无毒性，无化学残留物，是一种绿色环保且很有发展前景的表面改性方法。

等离子体是由处于高激发态的离子、自由基、电子及分子等众多不稳定粒子组成的电中性物质，当处在一个密闭空间时，这些高能量粒子可以轰击聚合物表面，并且把自身所带的能力传递给聚合物表面，发生物理和化学反应。这个过程主要分为两种，一种是通过刻蚀使表面粗糙度增加，另一种是通过聚合反应，在表面覆盖一层改性膜。等离子体表面改性可以改变聚合物表面润湿性，从而达到超疏水的状态，这类表面的特点是拥有微纳米结构并且具有较低的表面能。

根据等离子体与聚合物表面的作用机制可分为三类：反应型等离子体、非反应型等离子体以及聚合型等离子体三类。非反应型等离子体对基底表面主要是物理刻蚀，力度较小，难以形成粗糙结构。而反应型等离子体与聚合物表面发生反应，一个典型的代表就是氧等离子体，刻蚀过程如下：氧气分子在电场作用下分解成为氧自由基，与基底表面的高分子链段发生反应，表面产生一些含氧基团，由于含氧基团不稳定，会与聚合物表面上的碳元素和氢元素结合，生成碳氧及氢氧化合物离开聚合物表面，因此表面上形成了纳米级的粗糙结构。另外，等离子体刻蚀还会受到基底材料的洁净度、离子的入射角等因素的影响。由于聚合物材料晶区高分子链段排列紧密，等离子体不容易刻蚀，而非晶区部分链段排布松散，容易被等离子体刻蚀，因此，聚合物材料非晶区的刻蚀速度要大于晶区的刻蚀速度。等离子体聚合工艺是通过等离子体放电将聚合物单体解离，使其产生各种化学活性物质，这些物质间相互反应生成薄膜沉积聚合物表面上。除了能直接进行聚合外，在链段生长的过程中还会不断遭受高能电子的撞击，在主链上的随机位置生成自由基，并发生支化或交联，从而形成了具有网状结构的高致密度聚合物薄膜。

通过以上工艺处理，可以同时在表面制备出微纳结构和低表面能物质，制备出具有超疏水性质的聚合物表面。同时，等离子体表面改性技术相比于其他技术有很多优点，首先对基底材料表面的作用程度较浅，不影响基体材料的主体性能而改变表面形貌、表面润湿性等，而且可以通过改变处理时间、处理功率等对固体表面微结构进行调控。另外，它是一种干法工艺，相比于湿法工艺，省去了干燥、处理废液等步骤，整个工艺流程简易，对环境无污染。