高分子聚合物等离子体表面处理改性原理及其时效性说明

近年来，低温等离子体表面处理技术在聚合物高分子材料表面改性方面受到广泛应用。这主要由于该技术是一种清洁且高效节能的新型材料表面改性技术，顺应了低碳经济的时代要求。另外，该技术在改善材料表面性能的同时，具有可保持本体性能的特色。低温等离子体技术通过表面刻蚀、产生交联结构以及引入特定的官能团等方式对聚合物材料表面进行改性，达到改善材料表面性能(如亲水性、黏合性、染色性、生物相容性等)的目的，因此，低温等离子体表面处理技术在聚合物材料表面改性方面具有广阔的应用前景。

等离子体表面改性原理

有关研究表明，在等离子体改性高分子聚合物材料的过程中，主要是利用等离子体中的电子、离子和自由基等高能粒子冲击材料表面时传递的能量高于构成分子的原子间化学键(如C—H、C—C、C—F等)的键能，打开材料表面分子的化学键，改变材料表面的化学组成和性质。等离子体作用于材料表面的过程中同时存在2种反应:1)材料表面由于受到等离子体中电子和离子的作用，导致部分化学键发生断裂，生成低分子质量物质的概率增多，材料表面产生刻蚀作用，刻蚀效果随等离子体处理效率的提高呈指数形式增加;2)等离子体中自由基冲击材料表面时，可在材料表面生成大量的活泼自由基。这些链自由基与体系中的其他游离自由基结合时，可在材料表面植入不同种类的原子或官能团;与相邻链自由基相结合，可生成交联结构;暴露于空气中时，可快速与空气中的氧气反应，大部分可转变为相对稳定的过氧基团。有研究表明，材料表面引入极性基团数目越多，材料的表面能越高，润湿性越好，材料表面的水接触角越小。

高分子聚合物等离子表面处理的时效性

高分子聚合物在进行等离子体表面改性过程中，材料表面受到等离子体流的物理和化学蚀刻后表面粗糙度得到提高，并且引入了极性基团。改性后的材料在保存过程中，表面引入的极性基团由于数量较少，体积也较小，为了保持表面能最低，这些极性基团呈现从材料表面向内部翻转、重排的趋势;同时，材料表面原有的大分子链在等离子体作用下发生断裂后也进行重排，这就导致了改性后的材料在贮存过程中亲水性下降，表面极性基团含量下降等时效性现象。时效性现象在等离子体改性过程中是不可避免的。