等離子體中含有多種成分,低溫等離子體內(nèi)部富含電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子,其中高能電子與氣體分子原子發(fā)生非彈性碰撞,將能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子原子的內(nèi)能,發(fā)生激發(fā)、離解和電離等一系列過程,使氣體出于活化狀態(tài)。一方面打開了氣體分子鍵,產(chǎn)生一些單原子分子和固體微粒,另一方面,又產(chǎn)生活性的粒子,在這一過程中高能電子起決定性作用,其次是亞穩(wěn)態(tài)粒子。
在等離子體發(fā)生區(qū)域中,有大量的帶電正負離子,除此之外還有許多化學活性物質(zhì)及其輻射消散而發(fā)出的不同波長的光子,用低溫等離子體對高分子材料表面進行處理時,這些粒子與高分子材料表層分子相互作用。
等離子體的能量可通過光輻射、中性分子流、離子流作用于高分子材料的表面,這些粒子能量的消散過程是高分子材料表面獲得改性的根本原因。當?shù)入x子體中的這些高能粒子和紫外線轟擊高分子材料表面時,分子鏈的斷裂而發(fā)生表面刻蝕、交聯(lián)和等離子體聚合等作用,因此既可利用非聚合性氣體對高分子材料表面進行改性,還可利用聚合性氣體對高分子材料表面進行等離子體聚合和接枝,根據(jù)需要引入所需官能團,改善其表面分子結(jié)構(gòu),進而改善其表面性能。
低溫等離子體對高分子材料表面的作用分為反應(yīng)性等離子體的作用和非反應(yīng)性等離子體的作用
反應(yīng)性等離子體的作用
氧或氮等離子體是泛應(yīng)用的反應(yīng)“氣體",不僅使高分子材料發(fā)生各種結(jié)構(gòu)上的變化,而且由于氧和氮原子的化學活性,可直接結(jié)合到大分子鏈上,從而改變高分子材料表面的化學成分。處理后的高分子材料發(fā)生的物理化學變化,大大地增加了高分子材料表面自由能,降低了表面潤濕角,從而改善了高分子材料表面潤濕性、粘結(jié)性、印刷性以及鍍金屬性等。
非反應(yīng)性等離子體的作用
惰性氣體或氫等離子體對高分子材料表面進行轟擊后,其表面產(chǎn)生大分子自由基,由于自由基的加成作用,將使大分子間產(chǎn)生交聯(lián)。這種以非反應(yīng)性等離子體在高分子材料表面形成很薄的且較為緊密的交聯(lián)層,專門稱之為“CASING"。關(guān)于交聯(lián)層的形成機理,過去有人認為是由于亞穩(wěn)態(tài)的激發(fā)分子作用的結(jié)果,還有人認為是由于輻射線造成的。實際上,高分子材料表面幾個單分子層的結(jié)構(gòu)變化,主要是各種活性粒子的能量直接轉(zhuǎn)移所做的貢獻,而再深入到內(nèi)部的交聯(lián),則是輻射線的能量轉(zhuǎn)移發(fā)揮了作用。
