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低溫等離子處理引入官能團(tuán)

自20世紀(jì)70年代以來，等離子體處理已成為一種廣受關(guān)注的有效的表面蝕刻或引入官能團(tuán)的方法，其優(yōu)勢是可以在不改變整體特性的情況下調(diào)節(jié)材料的表面特性，可以靈活選擇目標(biāo)官能團(tuán)，大大減少了處理時間，操作簡便、環(huán)保。

低溫等離子體在改性中的作用主要分為以下三個方面：對材料表面的刻蝕作用，交聯(lián)的產(chǎn)生，官能團(tuán)的引入。

官能團(tuán)的引入

放電氣體為活潑氣體，材料表面先被活化，活性粒子與表面發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)引入特定的官能團(tuán)，如羥基-OH，氨基-NH2，羧基-COOH，酞胺基-CONH等。

等離子體處理引入官能團(tuán)

低溫等離子體表面處理

低溫等離子體處理材料表面時產(chǎn)生高能粒子和光輻射轟擊材料表面，對材料表面產(chǎn)生刻蝕作用的同時使化學(xué)鍵發(fā)生斷裂生成自由基，這些自由基之間會發(fā)生相互交聯(lián)作用并重新鍵合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而改善材料表面性能。低溫等離子體表面處理主要使用的是非聚合性的無機氣體，包括反應(yīng)氣體和非反應(yīng)氣體。非反應(yīng)氣體主要包括He、Ar等惰性氣體。反應(yīng)氣體主要包括O₂、N₂、CO₂、CO、H₂0、NH₃、SO₂等無機氣體或易揮發(fā)的無機化合物。

低氣壓等離子體處理設(shè)備改性材料示意圖

非反應(yīng)氣體等離子表面處理
非反應(yīng)氣體處理材料時氣體本身不會進(jìn)入材料表面參與反應(yīng)，而是被電離成等離子體后以粒子的形式轟擊材料表面，對材料表面進(jìn)行刻蝕以提高其表面能，被活化的材料表面產(chǎn)生了許多自由基，自由基之間交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)改變了材料性能。

反應(yīng)氣體等離子表面處理
低溫等離子體表面處理法中反應(yīng)氣體對材料的改性效果顯著，宏觀上可以提高材料的表面潤濕性、粗糙度、黏結(jié)強度等，微觀上可以提高細(xì)胞的蛋白吸附、細(xì)胞附著、細(xì)胞增殖和分化等。運用低溫等離子體反應(yīng)氣體處理材料表面時不僅對材料表面有刻蝕作用，電離的氣體還會與材料表面分子鍵結(jié)合引入-COOH、-SO₃、-NH₂、-OH等活性基團(tuán)，從而改善材料性能。

例如氧等離子體處理可以在材料表面引入含氧官能團(tuán)
氧等離子體處理能增加材料表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量，O-H、C=O和C-O等含氧極性官能團(tuán)的增加，這有利于提高材料表面的親水性能，進(jìn)而使材料的潤濕性提高，從而對后續(xù)無論是粘接還是印刷鍍膜等工藝都有很大提升。

材料經(jīng)過氧等離子體處理后變化示意圖

低溫等離子體處理利用氧、氮、四氟化碳等氣體在材料表面引入含氧、氮、氟官能團(tuán)的方式，一方面可以改變材料的表面化學(xué)性質(zhì)，另一方面又能重塑材料的表面物理結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出了該技術(shù)獨有的優(yōu)勢。