[發(fā)明專利]用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310151883.1
• 申請(qǐng)日: 2013-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN103194001A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭培超;劉克銘;王金梅;代玉;于斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J7/12
• 分類號(hào): C08J7/12;D06M10/02
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于聚合物材料表面改性的裝置和方法，具體的為一種利用大氣壓下產(chǎn)生輝光放電的低溫等離子體來改善聚合物材料的表面性能的裝置和方法。

背景技術(shù)

聚合物材料因其出色的機(jī)械性能、化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗Ｈ欢捎诰酆衔锉砻娴挠H水性低，使其存在難以與其它材料黏結(jié)的缺陷，因此需要改善其表面性能。

目前，廣泛用于聚合物表面改性的方法包括化學(xué)處理、光輻射處理和等離子體處理等，其中，等離子體處理因其對(duì)環(huán)境的無污染性而得到越來越多的關(guān)注。由活性粒子和電磁輻射構(gòu)成的大氣壓輝光放電等離子體可以被直流或射頻電流激發(fā)，在聚合物表面引起一系列的化學(xué)反應(yīng)并形成能夠增強(qiáng)聚合物材料表面性能的新型基團(tuán)，通過活性基團(tuán)嵌入、表面刻蝕和交聯(lián)等過程實(shí)現(xiàn)表面改性。等離子體處理的優(yōu)勢(shì)主要包含兩個(gè)方面：

1）等離子體處理僅發(fā)生在聚合物表面幾十納米范圍內(nèi)，不會(huì)改變基體結(jié)構(gòu)；

2）等離子體激發(fā)條件不同，可產(chǎn)生不同類型的等離子體，如氧化型等離子體和還原型等離子體等。

以往用于聚合物表面改性的等離子體可由低氣壓輝光放電、大氣壓電暈放電和介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生。這三種等離子體表面改性技術(shù)都存在著各種無法解決的問題，影響其發(fā)展和應(yīng)用。

低氣壓輝光放電等離子體雖然在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)聚合物表面均勻改性的要求，但是需要真空系統(tǒng)，導(dǎo)致設(shè)備體積龐大，能耗高，操作復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。與低氣壓等離子體處理技術(shù)相比，大氣壓放電和介質(zhì)阻擋放電等離子體可以在常壓下的空氣中產(chǎn)生，雖然在一定程度上具有不需要昂貴的真空設(shè)備、操作簡(jiǎn)便和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但還存在以下不足。

公開號(hào)為CN1900408的中國(guó)專利公開了一種電暈放電低溫等離子體織物改性處理裝置，該裝置雖然在一定程度上能夠達(dá)到在常壓下對(duì)織物改性的目的，但是其放電等離子體中存在大量高能量密度的細(xì)絲放電，這將對(duì)聚合物表面造成損傷，并造成聚合物表面改性質(zhì)量不均勻。

同理，公開號(hào)為CN101580594的中國(guó)專利公開了一種介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)改性芳綸復(fù)合材料界面的方法，該方法也存在放電等離子體中存在大量高能量密度的細(xì)絲放電，對(duì)聚合物表面造成損傷和造成聚合物表面改性質(zhì)量不均勻的缺陷。

另外，目前的大氣壓放電等離子體通常采用射頻或微波電容耦合或電感耦合放電產(chǎn)生，大功率的射頻或微波電源制作困難，價(jià)格高，并且容易對(duì)人體和其他測(cè)量設(shè)備產(chǎn)生干擾，而大氣壓下的直流電源驅(qū)動(dòng)的放電等離子體由于很容易產(chǎn)生輝光到弧光的轉(zhuǎn)變而不容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定放電。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置和方法，該等離子體處理裝置和方法不僅能夠在常壓大氣中產(chǎn)生用于聚合物材料表面改性的等離子體，而且不會(huì)對(duì)聚合物表面造成損傷，并具有改性質(zhì)量均勻的優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明首先提出了一種用于聚合物材料表面改性的等離子體處理裝置，包括直流電源和反應(yīng)室，所述反應(yīng)室內(nèi)對(duì)應(yīng)設(shè)有分別與直流電源相連的金屬陽(yáng)極和液態(tài)陰極，且所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有用于盛放所述液態(tài)陰極的液體介質(zhì)的容器，所述金屬陽(yáng)極正對(duì)設(shè)置在所述液態(tài)陰極的液面正上方，所述反應(yīng)室內(nèi)還設(shè)有用于氣體介質(zhì)流通的進(jìn)氣系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括設(shè)置在所述反應(yīng)室上的進(jìn)氣口和出氣口，所述進(jìn)氣口設(shè)置在所述液態(tài)陰極的上方，且所述進(jìn)氣口上依次設(shè)有氣體流量計(jì)、氣閥和進(jìn)氣泵，所述出氣口設(shè)置在所述液態(tài)陰極的下方并直接與大氣相通。

進(jìn)一步，所述氣體介質(zhì)為空氣、氮?dú)饣蚨栊詺怏w；所述液態(tài)陰極的液體介質(zhì)為自來水或氧化性試劑溶液。

進(jìn)一步，還包括用于向所述容器內(nèi)補(bǔ)充液體介質(zhì)的蠕動(dòng)泵。

進(jìn)一步，所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有用于聚合物材料連續(xù)進(jìn)料的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括用于將聚合物材料導(dǎo)向至金屬陽(yáng)極與液態(tài)陰極之間的驅(qū)動(dòng)輥、設(shè)置在所述容器內(nèi)并用于調(diào)節(jié)聚合物材料與液態(tài)陰極液面距離的升降輥和用于收卷處理完成后的聚合物材料的收卷輥，所述收卷輥上設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述容器上設(shè)有用于調(diào)節(jié)升降輥上下位置的升降機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有用于調(diào)節(jié)所述金屬陽(yáng)極與所述液態(tài)陰極之間間距的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述金屬陽(yáng)極采用耐燒蝕金屬材料制成并與所述液態(tài)陰極的液面垂直，且所述金屬陽(yáng)極呈針狀、棒狀、筒狀或板狀，并陣列布置在所述液態(tài)陰極的液面上方，每一根所述金屬陽(yáng)極與所述直流電源之間均設(shè)有鎮(zhèn)流電阻。