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等離子體指的是被電離的氣體,是由電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體。低溫等離子體是指溫度在數(shù)十電子伏以下的電離氣體。低溫等離子體中粒子的能量一般約為幾個(gè)至幾十電子伏特,大于聚合物材料的結(jié)合鍵能(幾個(gè)至十幾電子伏特),完全可以破裂有機(jī)大分子的化學(xué)鍵而形成新鍵;只涉及材料表面而且可以在各種形狀的材料的表面進(jìn)行處理,不會(huì)影響基體材料的性質(zhì)。因此低溫等離子體具有環(huán)保、反應(yīng)溫度低、速度快、粒子能量高的特點(diǎn)。現(xiàn)在工業(yè)方面已經(jīng)展開廣泛的應(yīng)用。

表面親水性及時(shí)效性分析

等離子處理可以活化聚乙烯（PE）表面,從而提高聚乙烯表面的親水性。不同等離子體處理時(shí)間與接觸角的關(guān)系如圖1所示,未經(jīng)處理的樣品表面的接觸角為100.7°。在短時(shí)間內(nèi),隨著處理時(shí)間的增加,接觸角急劇下降,10s時(shí)接觸角下降到66.3°,等離子體活化時(shí)間為180s時(shí),接觸角下降到49.4°。這是因?yàn)楫?dāng)聚合物表面短時(shí)間進(jìn)行等離子體處理時(shí),表面主要形成氫過氧化物;隨著處理時(shí)間的增加,這些氫過氧化物進(jìn)一步分解形成高反應(yīng)性羥基自由基和烷烴;最后,由于聚合物分子鏈上的抽氫作用在聚合物表面形成了各種極性基團(tuán),如羰基(C=O)、羧基(-COOH)、羥基(-OH)等,使表面越來(lái)越親水。在120s~600s的處理時(shí)間內(nèi)接觸角并沒有發(fā)生顯著的變化,其值在51°~58°之間,這可能是因?yàn)樘幚頃r(shí)間大于120s后在聚合物表面所產(chǎn)生的自由基與所消耗的自由基達(dá)到了一個(gè)相對(duì)的平衡狀態(tài)。

圖1 a)等離子體活化示意圖;b)等離子體處理時(shí)間與接觸角的關(guān)系;c)等離子體活化后接觸角隨時(shí)間 的變化

為了探究等離子體處理方法自身的穩(wěn)定性,實(shí)驗(yàn)考察了等離子體處理后接觸角隨時(shí)間的變化。由于對(duì)材料表面進(jìn)行等離子體處理的深度只能達(dá)到距離材料表面幾納米到幾百納米的范圍,這種改性方法不能獲得穩(wěn)定的改性表面,而且在材料表面產(chǎn)生的極性基團(tuán)數(shù)量也較多。從圖1可以看出,隨著時(shí)間的推移,接觸角逐漸增大,改性效果會(huì)部分喪失。這種現(xiàn)象的主要原因是:(1)被處理材料表面由于電子碰撞和能量積累仍處于高能亞穩(wěn)態(tài)。這種不穩(wěn)定的高能狀態(tài),勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致能量的釋放,導(dǎo)致自然的恢復(fù);(2)等離子活化處理后的材料表面暴露在空氣中,由于空氣中小分子的吸附,表面能降低;(3)引入大分子鏈的極性基團(tuán)隨著大分子鏈的自由旋轉(zhuǎn)從表面旋轉(zhuǎn)潛入體內(nèi),即被修飾表面被掩埋。