等离子体技术表面改性高分子材料

高分子聚合物材料同金属材料相比具有许多优点,如密度小、比强度和比模量低、耐蚀性能好、成型工艺简单、成本低廉、优异的化学稳定性、热稳定性好、卓越的介电性能、极低的摩擦系数、良好的润滑作用及优异的耐候性等,因此广泛应用于包装、印刷、农业、轻工、电子、仪表、航天航空、医用器械、复合材料等行业。高聚物具有分子可设计性,通过等离子体表面作用可以在表面引入不同的基团来改善其性能,如亲水性、疏水性、润湿性、黏结性;引入具有生物活性的分子或生物酶,提高其生物相容性。
采用等离子体技术对聚合物材料表面进行改性,不但改善了特定环境下高分子材料的适用性能,也拓宽了常规高分子材料的适用范围,它有许多优点:操作简便,单体选择范围大;赋予改性表面各种优异的性能;表面改性层厚度极薄(从几纳米到数百纳米),只改变材料的表面性质,基体的整体性质不变;可制得超薄、均匀、连续和无孔的高功能薄膜,且该膜在基体上有强的黏着力,便于各种载体的表面成膜。等离子体技术具有的独特表面改性效果为高分子材料改性提供了一条新途径。利用等离子体技术进行高分子材料表面改性的方法通常有等离子体处理、等离子体聚合及等离子体接枝聚合。
等离子体表面改性的作用原理
等离子体中的粒子类型较多且各种粒子的性能也不一样,有电子、离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子,这些活性粒子能与高分子材料表面进行各种相互作用:一种是利用非聚合性无机气体(Ar,N2,H2,O2等)的等离子体进行表面反应,参与表面反应的有激发态分子、自由基和电子离子,也包括等离子体产生的紫外光的辐射作用[3]。通过表面反应有可能在表面引入特定的官能团,产生表面侵蚀,形成交联结构层或生成表面自由基。
等离子体引发接枝聚合改性
聚合物材料经低温等离子体处理后,表面活化生成大量自由基,这些活性自由基可以引发含不饱和键单体接枝到材料表面。
通过等离子体处理引发接枝聚合是使极性基团在材料表面固定不动的有效方法,等离子体表面处理与接枝聚合反应一体化对聚合物表面改性可有效赋予高聚物表面高功能化。高聚物经等离子体照射,表面生成大量自由基,特别是当在等离子体发生空间有氧存在时,氧直接或与自由基生成过氧化物,过氧化物受热分解易生成自由基,从而引发聚合,进行表面接枝改性。
运用等离子体技术改变高分子材料的表面性质的方法主要有三类:等离子体处理、等离子体聚合和等离子体接枝。目前,等离子体技术正处于蓬勃发展时期,受到高分子科学工作者的重视。用低温等离子体技术对高分子聚合物材料表面进行改性,已显示出其广阔的应用前景。24532