聚合物的等離子表面改性工藝介紹

等離子體對(duì)聚合物、含氟聚合物和其他物料材質(zhì)的表面改性，可以通過(guò)以下四種途徑實(shí)現(xiàn)，這四種途徑是消融、交聯(lián)、活化和沉積。

消融是由于高能粒子轟擊聚合物表面使弱共價(jià)鍵斷裂的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程只會(huì)影響暴露在等離子體中的襯底表面最外面的分子層，這些外面的分子層與等離子體反應(yīng)生成氣化產(chǎn)物后被抽走。一般情況下，表面的化學(xué)污染物通常都是由弱C—H鍵組成，所以等離子體處理可以去除這些污染物。例如，油膜或注塑添加劑等有機(jī)物形成均勻潔凈并具活性的聚合物表面。

交聯(lián)是在聚合物分子鏈之間建立了化學(xué)鏈接。惰性氣體等離子體可用來(lái)交聯(lián)聚合物，形成耐磨損或耐化學(xué)腐蝕性的更堅(jiān)固表面。醫(yī)療設(shè)備包括醫(yī)用導(dǎo)管、臨床儀器和隱形眼鏡等，都得益于等離子體引發(fā)的交聯(lián)反應(yīng)。這種化學(xué)反應(yīng)也可以用氟或氧原子代替聚合物表面部分的氫原子。氬氣或氦氣等惰性氣體，由于其化學(xué)性質(zhì)為惰性，所以它們不會(huì)與表面結(jié)合或發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)，相反，他們會(huì)通過(guò)傳遞能量打斷聚合物鏈中的化學(xué)鍵，被打斷的聚合物鏈生成了能與其活性部分重組的“懸空鍵”，從而形成明顯的分子重組和交聯(lián)。聚合物表面生成的“懸空鍵”很容易發(fā)生嫁接反應(yīng)，這種技術(shù)工藝已經(jīng)應(yīng)用到了生物醫(yī)學(xué)技術(shù)中。

激活是等離子體化學(xué)基團(tuán)替換表面聚合物基團(tuán)的過(guò)程。等離子體把聚合物中的弱鍵打斷，并用等離子體中高活性羰基、羧基、和羥基將其替換；此外，等離子體還可以用氨基或其他功能基團(tuán)來(lái)激活，結(jié)合到表面內(nèi)的化學(xué)基團(tuán)的類型將決定基底材料性能的最終變化，而表面上的活性基團(tuán)改變表面性質(zhì)，如潤(rùn)濕性、黏著性等。

等離子體聚合是一個(gè)把許多稱為單體的可交聯(lián)小分子結(jié)合成大分子的過(guò)程。聚合過(guò)程涵蓋了許多種氣體參與的反應(yīng)，形成揮發(fā)性的聚合物薄膜。在氣相中或材料表面上的單體會(huì)被分解和激活并形成新的分子活性基團(tuán)遷移到表面，在那里吸附并脫離氣相。每個(gè)吸附都代表了一個(gè)沉積的過(guò)程。被吸附的分子隨后在表面進(jìn)行離子或自由基聚合交聯(lián)，形成一層薄膜。在薄膜形成的過(guò)程中，新形成的表面原子和分子會(huì)受到來(lái)自氣相基團(tuán)的轟擊和等離子體中的電磁輻射。經(jīng)典的聚合物具有活性結(jié)構(gòu)，如允許互相鍵合的雙鍵等。甲基丙烯酸甲酯的雙鍵為聚甲基丙烯酸甲酯的形成提供了位點(diǎn)，這是在等離子體處理?xiàng)l件下可聚合分子形成聚合物的一個(gè)眾所周知的例子。

等離子體技術(shù)手段也可以使采用傳統(tǒng)化學(xué)方法通常不能聚合的材料形成聚合物。等離子體能夠?qū)⑷狈︽I合位點(diǎn)的氣體分子分解成新的、具有活性的組分，這些組分隨后就可能發(fā)生聚合。脂肪質(zhì)和芳族聚合物在等離子體中沉積形成薄膜時(shí)，所有飽和或不飽和的單體，甚至常規(guī)聚合技術(shù)中抗聚合的單體，都能被聚合。由于等離子體聚合過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，它對(duì)等離子體過(guò)程參數(shù)有較強(qiáng)的依賴性，因此在沉積過(guò)程中可以通過(guò)控制等離子體參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)生成薄膜性質(zhì)的控制，使之具有不同特征。例如，在基底表面生成黏附性很好的薄膜或得到很好的薄膜表面強(qiáng)度。