等離子表面活化
使用等離子表面活化可以使材料表面更好地涂漆、粘接、印刷或鍵合
等離子體表面活化是通過將改性氣體引入等離子體設(shè)備中對待改性表面進(jìn)行改性的技術(shù)?？梢杂行У馗淖兯芰稀⒔饘?、紡織品、玻璃、再生和復(fù)合材料的表面特性。利用電能將氣體電離成高活性化學(xué)物質(zhì)的混合物，包括自由基、電子、離子和亞穩(wěn)態(tài)活性物質(zhì)。這些活性物質(zhì)可以破壞聚合物材料表面的化學(xué)鍵，并用其他所需要的化學(xué)基團(tuán)來取代原先的化學(xué)鍵。不同的氣體電離得到的官能團(tuán)不同，一般有羧基、羥基、羰基、和胺基。由此可以通過改變工作氣體在材料表面引入不同的官能團(tuán)。
表面具有良好的潤濕性，是確保在涂漆、粘接、印刷或者鍵合時與結(jié)合配偶體粘附的前提條件。不僅含油和油脂的污染物會對潤濕造成妨礙，而且諸多材料的潔凈表面也無法與各種液體、粘合劑和顏料充分潤濕。液體滴落，即使經(jīng)過固化或干燥處理后，其也無法粘附在表面上。原因在于，基材的表面能較低。表面能較低的材料能夠潤濕表面能較高的材料，但是反之不可。所涂抹液體的表面能，在液體中也稱之為表面張力，在任何情況下都必須低于基材的表面能。
等離子表面活化原理
等離子體中除了氣體分子、離子和電子外,還存在受電場作用處于激發(fā)態(tài)的原子或原子團(tuán)自由基,以及等離子體發(fā)射出的光線。等離子體中的各激發(fā)態(tài)粒子或自由基在傳遞能量的同時,與待清洗物體表面污染物間產(chǎn)生活化反應(yīng)。
原子團(tuán)自由基的活化作用
原子團(tuán)自由基的作用主要表現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)過程中能量傳遞的活化作用,處于激發(fā)狀態(tài)的自由基具有較高的能量,因此容易和物體表面污染物分子結(jié)合生成新的自由基,新形成的自由基同樣處于不穩(wěn)定的高能量狀態(tài),易發(fā)生分解反應(yīng),在變成較小分子的同時生成新的自由基。上述反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行直至污染物大分子分解成揮發(fā)性的簡單小分子。此外,自由基與污染物分子結(jié)合時,會釋放出大量的結(jié)合能,這種能量又成為引發(fā)新的活化反應(yīng)推動力,從而導(dǎo)致污染物在等離子體活化反應(yīng)作用下而被清除。
電子的活化作用
一方面電子對待清洗物體表面的撞擊作用,可促使吸附在物體表面的污染物分子發(fā)生分解或解析,另一方面大量的電子撞擊有利于引發(fā)激發(fā)態(tài)離子或原子團(tuán)自由基與污染物分子的化學(xué)反應(yīng)。由于電子質(zhì)量極小,因此比離子的移動速度要快得多,當(dāng)進(jìn)行等離子體清洗時,電子要比其它粒子更早到達(dá)物體表面,并使該表面帶有負(fù)電荷,從而有利于引發(fā)進(jìn)一步活化反應(yīng)。
離子的活化作用
通常指的是帶正電荷的工作氣體陽離子的作用,陽離子在電場作用下有加速沖向帶負(fù)電荷物體表面的傾向。此時,待清洗物體表面獲得相當(dāng)大的動能,足以撞擊去除表面上附著的顆粒性物質(zhì)。而通過陽離子的沖擊作用可極大促進(jìn)物體表面活化反應(yīng)發(fā)生的幾率。
發(fā)射光線的活化作用
等離子體中的發(fā)射光線具有很強(qiáng)的光能,可促使附著在待清洗物體表面的污染物分子鍵斷裂而發(fā)生分解,而且發(fā)射光線中的光子具有很強(qiáng)的穿透能力,可透過污染物表層數(shù)微米而產(chǎn)生作用。
塑料等離子表面活化處理
諸如聚丙烯或者PTFE之類的塑料均為非極性結(jié)構(gòu)。這意味著在印刷、涂漆和粘合之前必須對這些塑料進(jìn)行預(yù)處理。通過等離子表面活化，可以使表面的表面能增高，從而為所涂抹的液體建立積聚點(diǎn)。
傳統(tǒng)上使用化學(xué)底漆、液態(tài)增附劑進(jìn)行活化。其往往具有較高的腐蝕性和環(huán)境危害性。一方面，必須在進(jìn)行后續(xù)處理前進(jìn)行充分排氣，另一方面，其通常無法長時間保持活化狀態(tài)。即使通過化學(xué)底漆也無法對非極性材料（如聚烯烴）進(jìn)行充分活化。
在空氣或氧氣等離子體中進(jìn)行表面活化時，塑料聚合物的非極性氫鍵將被氧鍵取代。其可以提供自由價電子，用于與液體分子鍵合。通過在低壓或常壓條件下進(jìn)行等離子活化，還可以使“非粘合性”塑料如POM、PE和PP具有非常好的粘合性和可涂漆性。可以非常精確地設(shè)置所需的表面能，這樣還可以避免過度活化，過度活化會導(dǎo)致蝕刻。
在低壓等離子體中，除了空氣和氧氣之外還可以使用其他氣體，通過其取代氧氣使例如氮?dú)?N2)、胺類(NHx)或者羰基(-COOH)作為活性基團(tuán)聚合。這些部件在幾分鐘到幾個月的時間內(nèi)保持活化狀態(tài)。在處理結(jié)束后的數(shù)周內(nèi)仍可對聚丙烯進(jìn)行后續(xù)處理。
金屬、陶瓷和玻璃的等離子表面活化處理
金屬、陶瓷和玻璃的表面能通常比塑料的表面能更高。盡管如此，針對這些材料的應(yīng)用用途，采用等離子表面活化也是存在優(yōu)勢的。焊料合金的表面張力較高，并且會從很多金屬表面上滾落下來。因此，對金屬進(jìn)行等離子活化可以在焊接時改善潤濕性。但是，金屬的活化非常不穩(wěn)定，因此持續(xù)時間較短。若對金屬進(jìn)行活化，則必須在幾分鐘或者幾小時之內(nèi)進(jìn)行后續(xù)加工處理（粘合、涂漆...），因為表面很快就會永久性的與環(huán)境空氣中的污染物結(jié)合。最好是在進(jìn)行諸如焊接或者鍵合等工藝流程之前進(jìn)行金屬活化處理。
等離子粉末活化處理
UHMWPE（超高分子量）粉末活化
親水性UHMW聚乙烯粉末可作為創(chuàng)新方法應(yīng)用于諸多用途。其可以作為橡膠中的混合料使用，其結(jié)果是此處的抗撕裂強(qiáng)度更高。此外，還可以通過親水性聚乙烯粉末增加金屬和塑料之間的粘合強(qiáng)度。通過采用低壓方法的等離子表面活化處理，可以實(shí)現(xiàn)這種親水化處理。
在等離子體活化處理中，電子具有較高的能量，可以將表面非極性分子的化學(xué)鍵斷裂，使其具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性，可以使得表面自由價電子與液體分子結(jié)合， 從而提高材料表面的粘合性、親附性等。
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