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低溫等離子處理引入官能團(tuán)


自20世紀(jì)70年代以來,等離子體處理已成為一種廣受關(guān)注的有效的表面蝕刻或引入官能團(tuán)的方法,其優(yōu)勢(shì)是可以在不改變整體特性的情況下調(diào)節(jié)材料的表面特性,可以靈活選擇目標(biāo)官能團(tuán),大大減少了處理時(shí)間,操作簡便、環(huán)保。

低溫等離子體在改性中的作用主要分為以下三個(gè)方面:對(duì)材料表面的刻蝕作用,交聯(lián)的產(chǎn)生,官能團(tuán)的引入。


官能團(tuán)的引入


放電氣體為活潑氣體,材料表面先被活化,活性粒子與表面發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)引入特定的官能團(tuán),如羥基-OH,氨基-NH2,羧基-COOH,酞胺基-CONH等。
等離子體處理引入官能團(tuán)
等離子體處理引入官能團(tuán)

低溫等離子體表面處理


低溫等離子體處理材料表面時(shí)產(chǎn)生高能粒子和光輻射轟擊材料表面,對(duì)材料表面產(chǎn)生刻蝕作用的同時(shí)使化學(xué)鍵發(fā)生斷裂生成自由基,這些自由基之間會(huì)發(fā)生相互交聯(lián)作用并重新鍵合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而改善材料表面性能。低溫等離子體表面處理主要使用的是非聚合性的無機(jī)氣體,包括反應(yīng)氣體和非反應(yīng)氣體。非反應(yīng)氣體主要包括He、Ar等惰性氣體。反應(yīng)氣體主要包括O2、N2、CO2、CO、H20、NH3、SO2等無機(jī)氣體或易揮發(fā)的無機(jī)化合物。
低氣壓等離子體處理設(shè)備改性材料示意圖
低氣壓等離子體處理設(shè)備改性材料示意圖

非反應(yīng)氣體等離子表面處理
非反應(yīng)氣體處理材料時(shí)氣體本身不會(huì)進(jìn)入材料表面參與反應(yīng),而是被電離成等離子體后以粒子的形式轟擊材料表面,對(duì)材料表面進(jìn)行刻蝕以提高其表面能,被活化的材料表面產(chǎn)生了許多自由基,自由基之間交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)改變了材料性能。

反應(yīng)氣體等離子表面處理
低溫等離子體表面處理法中反應(yīng)氣體對(duì)材料的改性效果顯著,宏觀上可以提高材料的表面潤濕性、粗糙度、黏結(jié)強(qiáng)度等,微觀上可以提高細(xì)胞的蛋白吸附、細(xì)胞附著、細(xì)胞增殖和分化等。運(yùn)用低溫等離子體反應(yīng)氣體處理材料表面時(shí)不僅對(duì)材料表面有刻蝕作用,電離的氣體還會(huì)與材料表面分子鍵結(jié)合引入-COOH、-SO3、-NH2、-OH等活性基團(tuán),從而改善材料性能。

例如氧等離子體處理可以在材料表面引入含氧官能團(tuán)
氧等離子體處理能增加材料表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量,O-H、C=O和C-O等含氧極性官能團(tuán)的增加,這有利于提高材料表面的親水性能,進(jìn)而使材料的潤濕性提高,從而對(duì)后續(xù)無論是粘接還是印刷鍍膜等工藝都有很大提升。
氧等離子體處理
材料經(jīng)過氧等離子體處理后變化示意圖

低溫等離子體處理利用氧、氮、四氟化碳等氣體在材料表面引入含氧、氮、氟官能團(tuán)的方式,一方面可以改變材料的表面化學(xué)性質(zhì),另一方面又能重塑材料的表面物理結(jié)構(gòu),展現(xiàn)出了該技術(shù)獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。
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