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等離子清洗處理改善親水性

潤濕性是材料表面最重要、最基本的性能之一，低溫等離子體清洗后的材料表面的潤濕性發(fā)生改變，當材料表面潤濕性增加時，有利于材料進行粘接和表面涂覆涂層等；當材料表面的潤濕性減小時，可實現(xiàn)材料的防水、自清潔等性能。

潤濕是指液體與固體接觸時，在固體表面進行擴展的行為，這一過程中存在液體表面取代固體表面的現(xiàn)象，因而存在表面能的轉(zhuǎn)化，如式(1)所示:

　　ΔG1=[γs-l+γl-g-γs-g]A (1)

式中:ΔG1為潤濕過程中吉布斯自由能的變化，γs-l、γl-g、γs-g分別為固-液、液-氣、固-氣界面的界面能，A為液體在固體表面鋪展的面積。因此，液、固表面自由能的相對大小與二者的潤濕行為直接相關(guān)。當固體表面能大于液體表面張力時，液體容易在固體上鋪展。在潤濕過程中，液-固界面的性質(zhì)決定了其潤濕效果。因此，潤濕是一個界面問題。固體表面潤濕性按照其對液體的潤濕狀態(tài)主要分為完全親水、親水、疏水和完全疏水，如圖1所示，基板的親、疏水性質(zhì)一般用固-液界面的接觸角來定義。

固體表面親水性

低溫等離子表面處理改善親疏水性

低溫等離子體是低氣壓或常壓放電(輝光、電暈、高頻、微波)產(chǎn)生的電離氣體,在電場作用下,氣體中的自由電子從電場獲得能量成為高能量電子,這些高能量電子與氣體中的分子、原子碰撞,如果電子的能量大于分子或原子的激發(fā)能就會產(chǎn)生激發(fā)分子或激發(fā)原子自由基、離子和具有不同能量的輻射線,低溫等離子體中的活性粒子具有的能量一般都接近或超過碳-碳或其它碳鍵的鍵能,因此能與導(dǎo)入系統(tǒng)的氣體或固體表面發(fā)生化學(xué)或物理的相互作用。如果采用反應(yīng)型的氧等離子體,可能與高分子表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引入大量的含氧基團,使其表面分子鏈上產(chǎn)生極性,表面張力明顯提高,改變其表面活性,即使是采用非反應(yīng)型的Ar等離子體,也能通過表面的交聯(lián)和蝕刻作用引起的表面物理變化而明顯地改善聚合物表面的接觸角和表面能,這種表面處理法的優(yōu)點是處理時間短、速度快、操作簡單、控制容易,目前已被廣泛地應(yīng)用于聚烯烴塑料的粘接表面預(yù)處理。

等離子處理前后水滴角變化

等離子體氣體組分的不同會導(dǎo)致等離子體中含有不同的粒子種類，這些粒子與塑料材料表面產(chǎn)生改性作用，使其親水性或疏水性能發(fā)生變化。采用不同組分的氣體可以使等離子體產(chǎn)生不同的活性物種，如采用含氫、含氮或含氧組分作為等離子體氣體或?qū)⒌入x子體氣體載入飽和水蒸氣，則在空氣中對塑料材料進行處理時，就會在塑料表面產(chǎn)生大量的極性基團，如—NH2、—COOH及—OH等，進而改善塑料材料表面的親水性。當材料表面產(chǎn)生的化學(xué)基團為CH3等疏水基團時，材料的疏水增加。根據(jù)實際生產(chǎn)對材料的潤濕性的要求，在材料表面產(chǎn)生合適的化學(xué)活性基團，如當需要增加材料的粘接性能時，提高材料表面的親水性可增加粘接的強度；當為了減小外部環(huán)境對輸電線路運行的安全性的影響時，需要在輸電線表面形成超疏水表面，即增加表面的疏水性，提高電力系統(tǒng)的安全性。