真空等离子体处理仪的主要功能

真空等离子体处理仪是一种利用等离子体技术对材料表面进行改性的设备，主要是利用氩气、氧气、氮气等非聚合性无机气体电离产生等离子体,当它们作用于高分子材料表面时,就会在材料表面产生物理或化学作用。以下是真空等离子体处理仪的主要功能：

1) 表面刻蚀

等离子体表面处理会对高分子 材料产生刻蚀作用,大体上有两个原因,一是等离子体中的电子、离子等活性粒子撞击材料表面时,会引起溅射侵蚀,二是等离子体中的化学活性种的活性很强,通常会对材料表面产生化学侵蚀。这样固体与等离子体态的气体发生反应,生成了新的气体,从而改变了固体表面物理性质。反应类型如下:A(s)+B(g)→C(g)。

等离子体中存在很多高能粒子,它们会使材料表面变得粗糙,材料的比表面积也增加了,材料的粘合性、润湿性等也得到了提高。

2) 生成自由基

利用非聚合性气体的等离子体作用于高分子 材料表面,大分子可以得到活性粒子的能量,或者是受到等离子体辐射能的照射,大分子会在材料的表面产生自由基。以氩等离子体和氧等离子体为例,在等离子体中存在着很多活性种:

其中hν是等离子体辐射的紫外光,Ar*表示激发态的氩分子,O2*表示激发态氧分子。这些活性种遇到高分子材料时,如下一些生成自由基的反应将是随后发生的主要反应。

a) 受紫外光的作用:

b) 与激发态的原子或分子的反应:

c) 与反应过程中生成的氢自由基反应:

d) 与氧自由基反应:

RH表示的是聚烯烃类碳氢高分子,在高分子材料表面生成的自由基用R·表示。

上式中新产生的自由基通常还可以继续反应,各种官能团的引入、形成交联结构的表面层,或者与其它高分子单体发生反应形成表面的接枝层。

3) 引入各种官能团

通过高能电子的撞击以及紫外光的激发,会使得被处理材料的表面分子链发生断裂,大量的自由基从而产生,而它们中的一部分会继续发生化学反应,比如通过自由基与氧气发生反应:R·+O2→含氧基团(-OH,—OOH等)。或者是它们接触空气后与空气中的反应气体发生进一步的化学反应,可以引入各种官能团。特定的官能团还可以通过采用其它的工作气体来引入,这样在材料表面就会出现一些新的状态,它们与之前的状态完全不同。高分子材料表面的憎水性也会得到不同程度的改变。反应类型为A(s)+B(g)→C(s)。这种反应会在固体表面生成新的化合物,是改变固体表面化学性质的反应,所以称为固体表面改质。

4) 交联反应

在被处理材料表面,常常会生成一种非常致密的交联层,主要是由于部分自由基也会相互发生反应,这种交联层可以强化表面层,对防止老化是有帮助的,也有助于材料耐磨性的提高、耐化学品性和黏着性也有所增强,还可以防止添加剂的渗出,可以起到保护材料体相的作用。

真空等离子体处理仪的功能通常比较复杂,有可能是在表面引入了特定官能团,使得材料具有其它性能,或者生成了表面自由基或者形成了交联结构层,或者产生了表面刻蚀,让其它基团暴露,通常这些功能都不是单一的,而是以某种功能为主,多种功能共同存在。