[發明專利]一種聚合物高分子材料等離子體表面改性工藝

有效

• 申請號: 201510093846.9
• 申請日: 2015-03-03
• 公開（公告）號: CN104674168B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 王向紅;郎文昌;高斌;謝婷婷
• 申請（專利權）人: 溫州職業技術學院
• 主分類號: C23C14/20
• 分類號: C23C14/20;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/46;C23C14/58
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

技術領域

本發明屬于材料科學領域，具體是指一種聚合物高分子材料等離子體表面改性工藝。

背景技術

聚合物高分子材料作為與鋼鐵和玻璃陶瓷并列的重要基礎材料，與人們的日常生活密切相關。大多數機電產品及其支撐材料等都是由聚合物制作的，聚合物材料獨特的結構和易改性、易加工特點，使其具有其他材料不可比擬、不可取代的優異性能，從而廣泛用于科學技術、國防建設和國民經濟各個領域，并已成為現代社會生活中衣食住行用各個方面不可缺少的材料。聚合物材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和聚合物基復合材料等。聚合物產品的性能和使用壽命取決于聚合物材料的性能好壞，聚合物高分子材料的結構決定其性能，對結構的控制和改性，可獲得不同特性的聚合物材料。

在聚合物材料改性及加工中，等離子體技術是一種符合環保要求的新型工藝，越來越受到人們的重視。等離子體處理高分子材料可以改善其表面性能、機械性能、印染性能等。如等離子體處理可使PP、PET、PBT纖維織物具有高親水性;等離子體的部分凈化和激活作用可提高涂層劑粘合力;常壓等離子體處理不會影響織物的原有色澤和表面粗糙度等。

等離子體是一種全部或部分電離的氣體狀態物質，含有原子、分子、離子亞穩態和激發態，并且電子正離子與負離子的含量大致相等，物質能量較高，易與其他物質起物理、化學和生理反應。等離子體中的粒子類型較多且各種粒子的性能也不一樣。等離子體中絕大部分粒子的能量均略高于化學鍵能，因此等離子體完全有足夠的能量引起聚合物內的各種化學健發生斷裂或重新組合。等離子體對高聚物表面的作用有許多理論解釋，如表面分子鏈降解理論、氧化理論、氫鍵理論、交聯理論、臭氧化理論以及表面介電體理論等，但其對聚合物表面發生反應機理可概括為3步：

1)空氣中的少數自由電子在高電壓電場中被加速而獲得較高動能，在運動時必然會撞擊到空間中的其他分子。被撞擊的分子同時接收到部分能量，成為激發態分子而具有活性；

2)激發態分子不穩定，又分解成自由基消耗吸收的能量，也可能離解成離子或保留其能量而停留于亞穩態；

3)自由基或離子在高分子表面反應時，可形成致密的交聯層，等離子體與存在的氣體或單體發生聚合反應，沉積在聚合物表面形成具有可設計的涂層;等離子體與表面自由基或離子發生反應形成改性層。

????利用非聚合性氣體(如Ar、N2、CO、NH3、O2、H2等)等離子體與聚合物材料表面相互作用，使在表面上形成新的官能團和改變聚合物鏈結構，以改善親(疏)水性、粘接性、表面電學性能、光學性能以及生物相容性等，從而達到表面改性的目的。利用等離子體對聚合物材料表面進行改性有許多優點:?(1)?利用等離子體反應的特點賦予改性的表面各種優異的性能;?(2)?表面改性層厚度極薄(從幾到數百納米)?基體的整體性質不變;?(3)?可制得超薄、均勻、連續和無孔的高功能薄膜，?且該膜在底基上有強的粘著力，?便于各種底料的表面成膜。

????等離子體對高聚物表面的刻蝕使材料表面產生起伏，變得粗糙，并有鍵的斷裂，因此刻蝕對提高高聚物材料的粘附性、吸濕性等均有明顯作用。但是過度刻蝕會使基體材料的力學性能等受到破壞。因此應該選擇能能量合適且最好可調的等離子體進行刻蝕。等離子體中的高能粒子通過轟擊或化學反應，使高聚物材料表面的C-H、C-C等鍵斷裂形成自由基。自由基之間重新鍵合，在材料表面形成網狀交聯結構，使材料的力學性能、表面性能等得到改善。

在等離子體改性過程中，等離子體對聚合物表面進行處理時，影響因素是很復雜的。一個較重要的影響因素是真空度，真空度過低，等離子體難于到達基材表面，同時雜質氣體過多，影響處理效果;真空度過高，一方面，在基材表面生成極性基團所需要的氣體分子的量不足，難以達到改性的目的;另一方面，作用粒子數減少，粒子對基材表面的碰撞幾率減小，刻蝕作用減弱。因此，提高高分子產品表面的等離子體通量和密度，以及離子的能量的有效控制對改善等離子體改性效果至關重要。但是由于高分子的絕緣性，在等離子體處理過程中只能依賴于離子源效率及腔體內的氛圍，通過工藝參數來控制，不確定因數很多，效果不理想。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺點和不足，而提供一種聚合物高分子材料等離子體表面改性工藝，通過真空鍍膜結合等離子體處理的方法，提高了高分子產品的等離子處理效果，同時可以提供更多種工藝可能性。

為實現上述目的，本發明的技術方案是包括以下工序：