等離子清洗機(jī)的等離子體體表面處理是指非聚合性氣體對(duì)高分子材料表面作用所發(fā)生的物理和化學(xué)過程。非聚合性氣體包括反應(yīng)性氣體和非反性氣體,等離子清洗機(jī)選用的氣體分類的不同對(duì)高分子材料表面作用的機(jī)理也不相同。
1、等離子清洗機(jī)選用反應(yīng)性氣體的作用機(jī)理
選用反應(yīng)性氣體(常見的反應(yīng)性氣體是O2、N2)時(shí),高分子材料在反應(yīng)性氣體的等離子體作用下,材料表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化;而且由于O2,N2的化學(xué)活性,可直接結(jié)合到大分子鏈上,從而改變了高分子材料表面的化學(xué)組分,如高分子材料在含氧等離子體基團(tuán)作用下發(fā)生氧化反應(yīng)。
發(fā)生的表面氧化反應(yīng)與通常的熱氧化反應(yīng)不同,它在反應(yīng)過程中生成大量的自由基,并借助于自由基進(jìn)行連鎖反應(yīng)。不僅引入了大量的含氧基團(tuán),如羧基(COOH),羰基(C=O),羥基(OH)等;而且由于氧對(duì)材料表面的氧化分解,還產(chǎn)生刻蝕作用,親水性明顯增強(qiáng)。對(duì)于不同的材料所引入的基團(tuán)的數(shù)目和形式也不同。
此外 CO2,CO,H2O及空氣中一些含氧的氣體在等離子體狀態(tài)下也可分解為原子氧,同樣具有氧等離子體的作用。N等離子體中有N,N+,N-,NM(亞穩(wěn)態(tài)),N*,N等活性粒于參與反應(yīng),一部分活性N使大分子解體形成HCN,NH3以及其他低分子物質(zhì),另一部分則與材料表面形成自由基或不飽和基反應(yīng),并結(jié)合到大分子鏈上;同樣NO,NO2和N有類似作用。除O2,N2外,F(xiàn)等離子體也具有較高的反應(yīng)性,可以迅速地使聚烯烴表面氟化,降低表面自由能。
2、等離子清洗機(jī)選用非反應(yīng)性氣體的作用機(jī)理
等離子清洗機(jī)使用的工藝氣體如Ar,He,H2等是非反應(yīng)性氣體。這些氣體原子不直接進(jìn)入到高分子材料表面的大分子鏈中,但由于這些非反應(yīng)性氣體等離子中的高能粒子對(duì)材料表面的轟擊,進(jìn)行能量傳遞,產(chǎn)生大量的自由基,借助于這些自由基在材料表面形成雙鍵和交聯(lián)的結(jié)構(gòu),所以非反應(yīng)性氣體等離子體在材料表面形成薄薄的致密的交聯(lián)層,不僅改變了材料表面的自由能,而且還可以減少高分子內(nèi)部低分子物質(zhì)(增塑劑、抗氧劑等)的滲出。氫等離子體放電
當(dāng)選用惰性氣體進(jìn)行等離子表面處理時(shí),如果被處理的高分子材料本身含有氧,則會(huì)因大分子斷裂分解而形成大分子碎片進(jìn)入等離子體內(nèi),向等離子體系統(tǒng)提供了氧,也將產(chǎn)生氧等離子體的效果。如果材料本身不含氧,用惰性等離子體處理之后新生的自由基(半衰期可達(dá)2~3天)和空氣中的氧作用也會(huì)導(dǎo)致氧結(jié)合到大分子鏈上,所以惰性氣體等離子體處理含氧的高分子材料時(shí),將出現(xiàn)交聯(lián)刻蝕,引入極性基團(tuán)三者的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),對(duì)于不含氧的高分子材料,只是處理后與空氣中的氧作用而引進(jìn)含氧基團(tuán)。