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    技術文章

    等離子表面改性技術及其特點

    閱讀:31發布時間:2025-2-22

    等離子體表面改性技術應用于各類高聚合物材料的表面接枝。等離子體對化學與工藝而言是非常重要的,一方面電子具有足夠高的能量使反應物分子激發、離解和電離,另一方面由于重粒子溫度低,反應體系又得以保持相對較低的溫度,甚至接近室溫,這兩方面的特點,使得非平衡等離子體在薄膜生長、化學合成、等離子體刻蝕、等離子體聚合和等離子體表面處理及改性、生物醫藥、消毒滅菌、環境保護等領域都具有廣泛的應用前景。


    以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)為主的聚烯烴為例,目前世界上年產量高達7600余萬噸,占合成樹脂及塑料總產量的47%,居世界合成樹脂產量的,已成為重要、應用泛的合成高分子材料。但因其極性小、表面能低,是一類難粘材料,在印刷、涂復、粘合、復合等方面均有界面粘合性差的問題,并難于用常規化學方法改性。利用高效、簡便、氣氛可調、低成本和環境友好的大氣壓放電等離子體技術,在可控處理條件下,在聚烯烴分子鏈上引入極性基團或功能性基團,從而改善與金屬、非金屬材料和填料的相容性,是大品種聚烯烴改性的簡便、高效、增容的新途徑。


    聚甲醛(POM)是以[-CH2-O-]為主鏈,無支化、高熔點、高密度、高結晶熱塑性的工程塑料,具有很高的強度和剛度、表面堅硬、尺寸穩定性好、優秀的耐蠕變性、耐疲勞性、固有潤滑性、耐磨損性和耐化學藥品性等,是工程塑料中金屬的品種,可用以代替銅、鋁、鋅等有色金屬及合金制品。其產量位居五大工程塑料中的第三位,僅次于聚酰胺(PA)和聚碳酸酯(PC)。POM填充、共混是改善其性能,實現材料高性能化、功能化的重要手段,但POM分子鏈規整無極性,分子鏈上沒有可反應的基團,且處于較高的結晶化狀態,同其它物質間相容性較差,采用一般的方法在其大分子上接枝反應性官能團易引起樹脂的過度分解,因此POM是最難實現合金化的樹脂。采用常壓低溫等離子體技術對POM進行表面改性,通過在其分子鏈上引入極性基團或功能性基團,改善POM同各種添加劑及其它聚合物的界面相容性、分散性,大幅度提高界面粘合強度和力學強度,從而提高材料的整體性能,實現高性能化和功能化。等離子體是一種含有離子、電子、自由基、激發的分子和原子的電離氣體,常用于高分子合成、界面反應的是低溫等離子體,其氣態離子、分子溫度和環境溫度相同,約102K,電子溫度較高,約104-105K。當等離子體撞擊材料表面時,其中的電子、離子、原子、分子將自身能量傳遞給材料表層分子,與材料表面相互作用,產生表面反應,使表面發生物理化學變化而實現表面改性。相對于化學方法和射線輻照方法,采用大氣壓下放電等離子體技術用于高分子材料改性具有如下特點:


    1)反應溫度低,可避免聚合物表面損傷。

    2)避免了刻蝕、溶劑和溫度,它們是其它技術應用的局限性。

    3)根據材料性能特點,采用不同的氣體介質,等離子體可參與或不參與材料表面化學反應,即非反應型和反應型等離子體技術,對材料最終表面化學結構和性質提供了更可控制性,具有更高效率。

    4)可采用各種氣體組合,提供豐富的化學反應活性物質并具有較高的反應活性,所得表面化學強列依賴于等離子體所用氣體和劑量,可顯著提高PE、PP等表面能,產生更潤濕的表面。

    5)等離子體表面接枝是于表面幾個納米深度的變化,而不會影響材料本體性質,可實現表面功能化。

    6)可保持材料表面長期的潤濕性、穩定性,減少表面分子降解和親水退化效應。

    7)可對高分子材料實現等離子聚合、接枝和表面改性。


    等離子體改性技術實現以上特點將會使高聚合物材料得到廣闊的新應用。而且等離子體技術以極快的速度向新的應用領域滲透。



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