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合鍵能(幾個(gè)至十幾電子伏特),完全可以破裂有機大分子的化學(xué)鍵而形成新鍵;但遠低于高能放射性射線(xiàn),只涉及材料表面,不影響基體的性能[1~https://www.jinlaiplasma.com/asse/jinlai/chanpin/denglizibiaomianchuli09.png3]?處于非熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的低溫等離子體中,電子具有較高的能量,可以斷裂材料表面分子的化學(xué)鍵,提高粒子的化學(xué)反應活性(大于熱等離子體),而中性粒子的溫度接近室溫,這些優(yōu)點(diǎn)為熱敏性高分子聚合物表面改性提供了適宜的條件?1形成裝置及影響因素選擇適宜的放電方式可獲得不同性質(zhì)和應用特點(diǎn)的等離子體,通常,熱等離子體是氣體在大氣壓下電暈放電產(chǎn)生,冷等離子體由低壓氣體輝光放電形成?熱等離子體裝置[4]是利用帶電體尖端(如刀狀或針狀尖端和狹縫式電極)造成不均勻電場(chǎng),稱(chēng)電暈放電,使用電壓和頻率?電極間距?處理溫度和時(shí)間對電暈處理效果都有影響?電壓升高?電源頻率增大,則處理強度大,處理效果好?但電源頻率過(guò)高或電極間隙太寬,會(huì )引起電極間過(guò)多的離子碰撞,造成不必要的能量損耗;而電極間距太小,會(huì )有感應損失,也有能量損耗?處理溫度較高時(shí),表面特性的變化較快?處理時(shí)間延長(cháng),極性基團會(huì )增多;但時(shí)間過(guò)長(cháng),表面則可能產(chǎn)生分解物,形成新的弱界面層?冷等離子體裝置[5]是在密封容器中設置兩個(gè)電極形成電場(chǎng),用真空泵實(shí)現一定的真空度,隨著(zhù)氣體愈來(lái)愈稀薄,分子間距及分子或離子的自由運動(dòng)距離也愈來(lái)愈長(cháng),受電場(chǎng)作用,它們發(fā)生碰撞而形成等離子體,這時(shí)會(huì )發(fā)出輝光,故稱(chēng)為輝光放電處理?輝光放電時(shí)的氣壓大小對材料處理效果有很大影響,另外與放電功率,氣體成分及流動(dòng)速度?材料類(lèi)型等因素有關(guān)?不同的放電方式?工作物質(zhì)狀態(tài)及上述影響等離子體產(chǎn)生的因素,相互組合可形成各種低溫等離子體處理設備?2在表面改性中的應用低溫等離子體技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單?操作方便?加工速度快?處理效果好?環(huán)境污染小?節能等優(yōu)點(diǎn),在表面改性中廣泛的應用?2.1表面處理通過(guò)低溫等離子體表面處理,材料表面發(fā)生多種的物理?化學(xué)變化,或產(chǎn)生刻蝕而粗糙,或形成致密的交聯(lián)層,或引入含氧極性基團,使親水性?粘結性?可染色性?生物相容性及電性能分別得到改善?用幾種常用的等離子體對硅橡膠進(jìn)行表面處理,結果表明N2?Ar?O2?CH4-O2及Ar-CH4-O2等離子體均能改善硅橡膠的親水性,其中CH4-O2和Ar-CH4-O2的效果更佳,且不隨時(shí)間發(fā)生退化[6]?英國派克制筆公司將等離子體技術(shù)用于控制墨水流量塑料元件的改性工藝中,提高了塑料的潤濕率?文獻[7~9]表明,用低溫等離子體在適宜的工藝條件下處理PE?PP?PVF2?LDPE等材料,材料的表面形態(tài)發(fā)生的顯著(zhù)變化,引入了多種含氧基團,使表面由非極性?難粘性轉為有一定極性?易粘性和親水性,有利于粘結?涂覆和印刷?塑料?橡膠?纖維等高分子材料在成形過(guò)程中加入的增塑劑?引發(fā)劑及殘留單體和降解物等低分子物質(zhì)很容易析出而匯集于材料表面,形成無(wú)定形層,使潤濕性等性能變差?尤其對醫用材料,低分子物滲出會(huì )影響到生物機體的正常功能?低溫等離子體技術(shù)可在高分子材料表面形成交聯(lián)層,成為低分子物滲出的屏障?李瑛等[10]采用不同等離子體改性PI?PET?PP薄膜,發(fā)現經(jīng)處理的薄膜表面電阻降低了2~4個(gè)數量級,材料的介電損耗和介電常數也發(fā)生了變化?將該技術(shù)運用于微電子技術(shù)領(lǐng)域,可使電子元件的連接線(xiàn)路體積大為縮小,運行可靠性明顯提高?2.2表面聚合大多數有機物氣體在低溫等離子體作用下,聚合并沉積在固體表面形成連續?均勻?無(wú)針孔的超薄膜,可用作材料的防護層?絕緣層?氣體和液體分離膜以及激光光導向膜等,應用于光學(xué)?電子學(xué)?醫學(xué)等許多領(lǐng)域?以聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯塑料均可制成價(jià)廉且易于加工的光學(xué)透鏡,但其表面硬度太低,易產(chǎn)生劃痕?采用有機氟或有機硅單體,采用低溫等離子體聚合技術(shù)在透鏡表面沉積出10nm的薄層,可改善其抗劃痕性和反射指數[6]?國外還有等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)應用于塑料窗用玻璃?汽車(chē)百葉窗和氖燈?鹵天燈的反光鏡的報道?等離子體聚合膜具有多種性能,可使同樣的基材應用于很多領(lǐng)域?在金屬和塑料上涂類(lèi)金剛石碳耐磨涂料的化學(xué)氣相沉積技術(shù)是把含碳氣體導入等離子體中,該涂層耐化學(xué)藥品?無(wú)針孔?不滲透,能防止各種化學(xué)藥品侵蝕基材?同樣還可將減摩涂料涂于擋風(fēng)玻璃雨刮器上,或將低摩涂層涂于計算機磁盤(pán)上以降低磁頭磁撞?等離子聚乙烯膜沉積于硅橡膠表面后,硅橡膠對氧氣的透過(guò)系數明顯降低?由含氮單體制備反滲透膜,最高可阻出98%的食鹽?生物體內的緩釋藥物一般采用高分子微囊,亦可采用等離子體聚合技術(shù)在微囊表面形成反滲透膜層?等離子體聚合物膜在傳感元件上的應用研究表明,放電功率等因素對膜電阻值有較大影響?用各種乙烯基單體和Ar輝光放電處理織物,其疏水性及染色性能在極短時(shí)間里便有改善?2.3表面接枝以等離子體接枝聚合進(jìn)行材料表面改性,接枝層同表面分子以共價(jià)鍵結合,可獲得優(yōu)良?耐久的改性效果?美國曾將聚酯纖維進(jìn)行輝光放電等離子體處理與丙烯酸接枝聚合,改性后纖維吸水性大幅度提高,同時(shí)抗靜電性能也有改善?白敏冬等[5]用Ar等離子體處理尼龍綢表面,引入丙烯酸,接枝聚合使尼龍綢抗靜電性增強?低溫等離子體接枝改性毛織物原料及成品,可改善毛絨表面性能?增強著(zhù)色性?軟化織物?降低縮水率,且毛織物本體不受影響[11]?滌綸纖維堅固耐穿,但其結構緊密?吸水性差?難染色,王雪燕[12]等用低溫氮等離子體引發(fā)丙烯酰胺對滌綸織物進(jìn)行接枝改性,接枝后滌綸織物的上染百分率?染色深度及親水性都有明顯提高?低溫等離子體對醫用材料表面處理,可引入氨基?羰基等基團,生物活性物質(zhì)與這些基團接枝反應可固定于材料表面?用等離子體處理聚丙烯膜,引入氨基,再通過(guò)共價(jià)鍵接枝,固定上葡萄糖氧化酶,經(jīng)測定,接枝率分別達52μg/cm2和34μg/cm2?。