等離子表面處理為什么能提高材料親水性和粘接...

低溫等離子體等離子體的一種，主要成分為電中性氣體分子或原子，含有高能電子、正、負離子及活性自由基等，可用于破壞化學鍵并形成新鍵，實現材料的改性處理。并且，其電子溫度較高，而氣體溫度則可低至室溫，在實現對等離子體表面處理要求的同時，不會影響材料基底的性質，適合于要求在低溫條件下處理的生物醫用材料。低溫等離子體可在常溫常壓下產生，實現條件簡單、消耗能量小、對環境和儀器系統要求低，易于實現工業化生產及應用。低溫等離子體技術是一種安全、綠色、環保的技術，可滿足當前可持續發展的要求。

低溫等離子體表面處理改性的原理

低溫等離子體在對材料表面處理過程中，材料表面會暴露在由等離子體形成的活性環境中，其中包含大量的活性粒子如高能電子、處于激發態的原子、分子及活性自由基等。

當等離子體或材料表面含有揮發性的單體分子時，就會在材料表面產生聚合反應。而等離子體氣體為空氣、氧氣、水蒸氣、惰性氣體及二氧化碳等不可產生聚合物單體分子的氣體時，則主要發生對材料表面的官能團引入，使表面具有不同的性質。采用較高功率或等離子體具有的高能粒子數量較多時，這些粒子及等離子體中的紫外射線會對材料表面產生轟擊作用，進而實現材料表面的刻蝕、交聯及表面活化等。當來自聚合物表面一個鏈的自由基與來自另一個鏈的自由基結合形成鍵時，就會在聚合物表面發生交聯。表面活化作用涉及表面自由基與原子或化學官能團的重組，形成與材料表面官能團不同的基團，進而獲得具有不同性質的表面，實現表面改性。等離子體誘導的材料表面功能化可以為表面改性和后續處理過程提供基礎，如嫁接、黏接以及其他的生物應用等，以獲得具有不同特殊性能的材料表面。

目前，常用的低溫等離子體進行塑料表面改性的方法主要有極性基團的引入、等離子體引發的表面聚合反應和接枝反應，主要目的為改善塑料表面的親水性、提高難黏塑料的黏合度、提高塑料的生物相容性、改善塑料表面的導電性等。

改變塑料材料表面的親水性

等離子體氣體組分的不同會導致等離子體中含有不同的粒子種類，這些粒子與塑料材料表面產生改性作用，使其親水性或疏水性能發生變化。采用不同組分的氣體可以使等離子體產生不同的活性物種，如采用含氫、含氮或含氧組分作為等離子體氣體或將等離子體氣體載入飽和水蒸氣，則在空氣中對塑料材料進行處理時，就會在塑料表面產生大量的極性基團，一般高分子材料經NH3、O2、CO、Ar、N2、H2等氣體等離子體處理后接觸空氣,會在表面引入—COOH, —C=O ,—NH2,—OH 等基團,增加其親水性。

提高材料表面粘接性能

塑料高分子材料的表面一般為非極性表面，等離子體處理能很容易在高分子材料表面引入極性基團或活性點,它們或者與被粘合材料、粘合劑面形成化學鍵,或者增加了與被粘合材料、粘合劑之間的范得華作用力,達到改善粘接的目的。
目前，對等離子體提高塑料粘接性能的機理為：（1）對等離子體處理使表面具有更高的活性和更大的表面能；（2）表面引入的極性集團可與黏合劑形成化學鍵合作用；（3）由于等離子體中高能電子的轟擊作用，材料表面的粗糙度有所增加；（4）等離子體處理可以去除表面的弱邊界層，避免黏合后形成力學性能差的弱邊界層。

目前，低溫等離子表面處理技術作為一種新型的表面處理方法，具有綠色、環保、快捷及高效等優點，已在各種塑料聚合物材料的表面處理過程中得到廣泛應用，實現了基于聚合物材料的各類特殊性能，也間接拓寬了聚合物分子的應用范圍，具有廣闊的應用前景。