plasma工艺提高表面亲水性粘接性原理

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：2023-08-17

低温等离子体（plasma）内部富含有电子、离子、自由基和激发态分子，其中高速运动的电子与反应腔中的气体分子、原子发生碰撞，将能量传递给这些分子和原子，当能量足够大时，可激发产生新的离子、电子、亚稳态粒子或生成自由基产生各种不同活性物种，与材料表面发生反应或者材料表面打开的官能团本身相互反应，从而影响材料表面性能。

Plasma工艺原理：

（１）在低温等离子体（plasma）中的高速运动的电子的撞击下，气体分子由基态Ａ跃迁到激发态A*
A+e→A*+e
（2）高速运动的电子使气体分子得到/失去电子或断键行程离子、自由基碎片。
A+e→A⁺+2e，在电子的撞击下，气体分子失去电子形成阳离子单体A⁺；
A*+e→A⁺+2e，激发态气体单体A在电子作用下失去电子，形成A⁺；
A*+e→A-，激发态单体A，得到电子，形成阴离子单体A^-；
A*→A·⁺+e，激发态单体A*，失去电子形成阳离子自由基A·⁺;
A·⁺+e→A·^-，激发态单体A*得到电子形成阴离子自由基；
（3）活性种间相互作用，以辐射光子形成释放能量
A*→A+hv;A⁺+e→A*+hv等

这些活性粒子通过电场加速轰击髙分子材料表面时，如果活性粒子的能量大于材料表面分子的键能，就能将材料表面分子间的化学键打开，生成自由基，甚至使聚合物材料大分子的分子键发生断裂、分解。
低温等离子体（plasma）对高分子材料表面改性，可通过利用非聚合性气体放电实现当非反应气体等离子体（plasma）对高分子材料表面改性时，例如氢气或者显气等惰性气体时，理论上不参与表面任何反应，只是把能量转给表面分子，使之活化生成链自由基，自由基又相互反应生成表面交联层。若改为反应型等离子体（plasma）作用高分子材料表面时，例如N2、O2等，则可以参与表面反应，氧气可以在高分子材料表面引入大量的含氧官能团，如羧基、羟基、羰基等，表面发生化学反应，从而达到改性目的。

plasma工艺提高表面亲水性粘接性等性能的原理主要有以下几种：

（1）表面刻蚀
等离子体（plasma）中高能粒子不断轰击材料表面，一是大量的电子离子等活性粒子撞击材料表面引起了溅射侵蚀，二是等离子体（plasma）中的化学活性种对材料表面的化学侵蚀，从而使材料表面变得粗糙，比表面积増大，高分子材料的润湿性和粘接性等得到提高。同时，等离子体（plasma）的刻蚀也可以起到清洁作用。

（2）生成自由基
利用非聚合性气体等离子体（plasma）作用于高分子材料表面，活性粒子的能量转移给大分子或大分子受到等离子体（plasma）福射能的照射，在材料表面产生自由基。新产生的自由基还可以继续参加其他反应，例如在材料表面导入其他官能团、形成交联结构的表面层、与其他高分子单体反应形成表面接枝层等。

（3）引入各种官能团
等离子体（plasma）轰击材料，材料表面分子链断裂产生的大量自由基，当等离子中的气体为反应性气体，或者处理后的样品接触空气后，即可用发生进一步的化学反应，即引入各种官能困。例如常见的材料表面自由基与氧气发生反应，可形成羟基、羧基、脂基等。含氧官能团的增加导致了亲水性提高。

（4）交联反应
经过等离子体（plasma）处理后材料表面的自由基部分也会互相发生反应，在材料表面生成一种致密的交联层，这样就可强化表面层，提高材料的耐磨性、黏着性及耐化学品性。

经过plasma工艺改性后的高分子材料，表面润湿性和黏合性都得到了提髙，但是经过一段时间放置后，改性处理后的效果降低甚至会消失。这是因为虽然经过plasma处理后，高分子材料表面引入了极性官能团，但是随着时间的推移，官能团的数量逐渐减少，材料表面氧元素含量下降，表面得到改善的亲水性能又回复到处理前的疏水状态。