Jan. 21, 2026
等離子體指的是被電離的氣體,是由電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體。低溫等離子體是指溫度在數十電子伏以下的電離氣體。低溫等離子體中粒子的能量一般約為幾個至幾十電子伏特,大于聚合物材料的結合鍵能(幾個至十幾電子伏特),完全可以破裂有機大分子的化學鍵而形成新鍵;只涉及材料表面而且可以在各種形狀的材料的表面進行處理,不會影響基體材料的性質。因此低溫等離子體具有環保、反應溫度低、速度快、粒子能量高的特點?,F在工業方面已經展開廣泛的應用。
等離子處理可以活化聚乙烯(PE)表面,從而提高聚乙烯表面的親水性。不同等離子體處理時間與接觸角的關系如圖1所示,未經處理的樣品表面的接觸角為100.7°。在短時間內,隨著處理時間的增加,接觸角急劇下降,10s時接觸角下降到66.3°,等離子體活化時間為180s時,接觸角下降到49.4°。這是因為當聚合物表面短時間進行等離子體處理時,表面主要形成氫過氧化物;隨著處理時間的增加,這些氫過氧化物進一步分解形成高反應性羥基自由基和烷烴;最后,由于聚合物分子鏈上的抽氫作用在聚合物表面形成了各種極性基團,如羰基(C=O)、羧基(-COOH)、羥基(-OH)等,使表面越來越親水。在120s~600s的處理時間內接觸角并沒有發生顯著的變化,其值在51°~58°之間,這可能是因為處理時間大于120s后在聚合物表面所產生的自由基與所消耗的自由基達到了一個相對的平衡狀態。

圖1 a)等離子體活化示意圖;b)等離子體處理時間與接觸角的關系;c)等離子體活化后接觸角隨時間 的變化
為了探究等離子體處理方法自身的穩定性,實驗考察了等離子體處理后接觸角隨時間的變化。由于對材料表面進行等離子體處理的深度只能達到距離材料表面幾納米到幾百納米的范圍,這種改性方法不能獲得穩定的改性表面,而且在材料表面產生的極性基團數量也較多。從圖1可以看出,隨著時間的推移,接觸角逐漸增大,改性效果會部分喪失。這種現象的主要原因是:(1)被處理材料表面由于電子碰撞和能量積累仍處于高能亞穩態。這種不穩定的高能狀態,勢必會導致能量的釋放,導致自然的恢復;(2)等離子活化處理后的材料表面暴露在空氣中,由于空氣中小分子的吸附,表面能降低;(3)引入大分子鏈的極性基團隨著大分子鏈的自由旋轉從表面旋轉潛入體內,即被修飾表面被掩埋。
Jan. 21, 2026
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Jan. 10, 2026
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