聚丙烯的等离子体表面改性方法介绍

离子体(Plasma)是正负带电粒子密度相等的导电气体。是由电子、离子、原子、分子或自由基以及光子等粒子组成的集合体。它与固态、液态、气态的物质存在形式属于同一层次的物质存在形式，又称为物质的第四态。等离子体宏观上是电中性的，其电离度范围从10^-4-1。等离子体的状态主要取决于其组成、粒子密度和温度等。根据等离子体中粒子的温度，等离子体可分为热平衡等离子(thermal plasma)及非平衡态等离子体(nonthermal epuilibrium plasma)。理想情况下，热平衡等离子体中离子温度与电子温度相等，温度可高达10⁴K以上，反应剧烈。在此温度下，一般的有机物和聚合物都被分解或裂解，难以生成聚合物。因此，热平衡等离子体反应都用于生成耐高温的无机物质。与此相反，非平衡态等离子体中，重粒子温度远远低于电子温度，由于温度高达10⁴K以上，而离子、原子之类的“重粒子”温度却可低至300-500K，一般可以在133*10²Pa下的低气压下形成。因此，非平衡态等离子体，又称低温等离子体(cold plasma)能够生成稳定的聚合物，常被用于等离子体聚合反应及其他高分子材料表面改性。

等离子体的产生方法通常用高频或射频辉光放电(10-100MHz)(简称RF放电)等离子体。RF等离子体称为辉光等离子体，它对于聚合物表面改性的优势在于电力强度和放电效率较高，可对绝缘物质进行等离子体反应。在较高的气压下仍能维持稳定均匀的辉光放电，与放射线、电子束、电晕处理相比，处理深度只涉及表面，对聚合物内层无影响。另外，作为一种干式处理工艺。可省去湿法工艺中的烘干、废水处理等工序，省能源，无公害。RF等离子体可在钟罩形或圆形反应器中产生，无电极射频放电器、内电极射频放电器可采用电容耦合或电感耦合。

等离子体聚合物改性与外部参数(功率、电压、频率等)和等离子体种类或性质有关。等离子体性质及其反应与等离子体工艺参数(等离子体过程参数)和等离子体自身参数(等离子体基本参数)有关。等离子体工艺参数又称作等离子体外部参数，包括：放电功率、单体流速、反应室压力、几何因子(气体的入口、电极形态、反应器尺寸等)和基材温度等，这些参数容易测得。等离子体自身参数包括：电子密度、电子能量分布、气体密度和气体分子在等离子体中的滞留时间，它们直接影响等离子体的性质。龚的刘是忱

在等离子体反应室固定且几何参数、放电频率和基材的温度也一定的条件下，可以认为控制等离子体的基本参数取决于放电功率、单体流量以及反应室中气体的压力。

等离子体高分子材料表面改性所涉及的化学反应大致可分为等离子体化学气相沉积(PCVD)、等离子体刻蚀或化学蒸发、等离子体表面反应。 RF辉光放电等离子体高分子材料表面改性通常采用以下方法。

1、利用非聚合性气体(无机气体)，如Ar、H₂、0₂、N₂、空气等的等离子体进行表面反应。参加表面反应的有激发态原子、分子、自由基和离子以及光子等，通过表面反应有可能在聚合物表面引入特定的官能团，产生表面刻蚀，形成交联结构层或自由基。

2、利用有机气体单体进行等离子体聚合，等离子体聚合(Plasma Polymerization)是指在有机物蒸气中生成等离子体，所形成的气相自由基吸附到固体表面形成表面自由基，再与气相单体或等离子体中形成的单体衍生物发生聚合反应，从而可以形成大分子量的聚合物薄膜。

3、等离子体引发聚合或表面接枝，首先用非聚合气体对高分子材料表面进行等离于体处理，使表面形成活性自由基（这一点已被许多实验所证实，表面自由基可用电子顺磁共振，即ESR 测定）,然后利用活性自由基引发功能性单体，使之在表面聚合或接枝到表面。等离子体引发表面接枝通常有三种方法。

①表面经等离子体处理后，接触汽化了的单体进行接枝聚合，即气相法。此法由于单体浓度低，与材料表面活性点接触机会少，故接枝率低。

②材料表面经等离子体处理后，不与空气接触，直接进人液态单体内进行接枝聚合，即脱气液相法。该法可提高接枝率，但同时产生均聚物而影响效果。

③材料经表面等离子体处理后，接触大气，形成过氧化物，再进人溶液单体内，过氧化物受热分解成活性自由基，即常压液相法。另外，等离子体接枝聚合还可采用“同时照射法”,即先使单体吸附于材料表面，再暴露于等离子体中，在处理过程中进行接枝。