低温等离子体表面处理产生的物理化学反应

等离子体是一种全部或部分电离了的气体状态的物质，含有原子、分子、离子、亚稳态和激发态、电子、自由基等粒子，并且电子、负离子与正离子的含量大致相等，因此被命名为等离子体。按物质状态说，等离子体是具有化学反应性的，它的组成和特性与普通气体不同，也称之为继固体、液体、气体之后的第四种物质状态。等离子体按照热力学平衡分为完全热力学平衡等离子体(即高温等离子体)、局部热力学平衡等离子体(也可称为热等离子体)以及非热力学平衡等离子体(即低温等离子体)。低温等离子体一方面具有较高的电子温度使反应物发生激发电离，另一方面反应体系可保持低温，能耗小，成本低，因此低温等离子体处理在表面改性方面应用广泛。低温等离子体表面处理产生的物理化学反应
低温等离子体在对高分子聚合物进行表面改性处理时，发生的物理化学反应主要体现在以下三个方面：
（1）高分子表面粗糙度和表面刻蚀的增加
高分子材料表面经等离子体处理后材料表面形貌发生变化，即为材料表面的物理反应，等离子体的刻蚀作用能够使得高分子材料表面粗糙度增加。高分子材料表面在经等离子体处理时温度升高，表面分子活动增强，因此分子链发生重排，分子重排既可能使表面分子结晶度增高，也可能造成分子原有晶格遭到破坏，因此也要避免因等离子体的处理时间过长对材料表面造成的损坏。
（2）在高分子材料表面引入极性基团
X射线光电子能谱以及傅里叶红外全反射光谱对处理前后的高分子材料表面的研究表明，不论等离子体使用的气体是如N2、O2的反应性气体还是如Ar、He等非反应性惰性气体，经等离子体处理后的高分子材料表面都会引入-C=O、-COOH、-OH等亲水性含氧极性基团。在高分子材料表面引入含氧或含氮极性基团能够有效地改善材料表面的亲水性，但这种亲水表面在室温放置后有时效性。含氧基团的引入也与材料表面的表面能以及表面的粘接性有关。
（3）高分子材料表面交联
惰性气体等离子体中的高能粒子(如电子、光子、激发态粒子等)通过轰击或化学反应使高分子材料表面的化学键断裂，形成自由基，自由基之间重新键合，形成网状交联结构。在反应过程中有双键形成，从而使材料表面的力学性质、表面性能发生改变。高分子材料表面交联层对粘接性的改善有重要作用，但对表面润湿性没有影响。24330