低溫等離子體技術(shù)在塑料高分子材料工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

低溫等離子體技術(shù)在塑料高分子材料工程領(lǐng)域中的應(yīng)用陳杰瑢劉春葉王?。ㄎ靼步煌ù髮W(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，西安710049）摘要綜述了作者近年來采用低溫等離子體技術(shù)對塑料高分子材料改性的應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，包括等離子體表面改性、等離子體聚合、等離子體引發(fā)聚合反應(yīng)在印刷、涂層、粘接、表面硬化膜、生物材料、改善荒漠化、微流控芯片、固定化酶、滅菌消毒多方面的研究新進展。關(guān)鍵詞低溫等離子體塑料高分子材料應(yīng)用技術(shù)1前言塑料高分子材料的表面特性對產(chǎn)品的性能有重要影響，其諸多功能與表面特性相關(guān)，如水潤濕性、防水性、粘結(jié)性、著色性、吸附性、生物相容性、抗菌性、潤滑性、防靜電、防污性、防曇性、印刷涂裝性等等。通過對塑料高分子材料的表面改性可獲得高功能高附加價值的產(chǎn)品，然而傳統(tǒng)的化學(xué)、物理方法會使塑料基質(zhì)受損，力學(xué)強度下降，使用性能劣化，很難取得塑料高分子材料整體特性均衡的效果，且化學(xué)藥品的大量使用，產(chǎn)生嚴重的二次污染。人類生存環(huán)境的深刻問題和經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，給當(dāng)代材料加工技術(shù)提出了一個深刻的課題：尋求節(jié)水、省能、低成本、無二次環(huán)境污染的新方法，有效扼制環(huán)境劣化迫在眉睫。近年來，對應(yīng)于人類生存環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的要求，低溫等離子體技術(shù)在塑料高分子材料領(lǐng)域中的應(yīng)用引起極大關(guān)注。2等離子體化學(xué)技術(shù)的特征等離子體化學(xué)是使物質(zhì)通過吸收電能進行的氣相干式化學(xué)反應(yīng)，具有節(jié)水省能無公害、有效利用資源、有益環(huán)境保護的綠色化學(xué)特征。利用等離子體活性物種（電子、離子、自由基、紫外線）具有的高活性，可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)化學(xué)和水系處理法所不能實現(xiàn)的新的反應(yīng)過程，其反應(yīng)具有鮮明特點：=1\*GB3①速度快：氣體放電瞬間發(fā)生等離子體反應(yīng)；=2\*GB3②溫度低：接近常溫，特別適于塑料高分子材料；=3\*GB3③能量高：等離子體是具有超?；瘜W(xué)活性的高能粒子，在不添加催化劑的溫和條件下即可實現(xiàn)傳統(tǒng)熱化學(xué)反應(yīng)體系所不能實現(xiàn)的反應(yīng)（聚合反應(yīng)）；=4\*GB3④廣適性：適用于各種塑料高分子材料的多種用途的改性；=5\*GB3⑤功能強：僅涉及塑料高分子材料淺表面（＜10-8m），可在保持材料自身特性的同時，賦予其一種及以上新的功能；=6\*GB3⑥環(huán)保型：等離子體作用過程是氣-固相干式反應(yīng)，不消耗水資源、無需添加化學(xué)試劑，對環(huán)境無殘留物，具有綠色環(huán)保特征；=7\*GB3⑦低成本：裝置簡單，易操作維修，可連續(xù)運行。因此，采用等離子體塑料改性技術(shù)可能克服傳統(tǒng)方法使用中的缺陷，實現(xiàn)塑料加工的生態(tài)產(chǎn)業(yè)。國際科學(xué)界早在20世紀80年代就預(yù)言，低溫等離子體技術(shù)是21世紀最有希望在各個領(lǐng)域取代傳統(tǒng)濕法化學(xué)加工工藝的革新技術(shù)。21世紀科學(xué)技術(shù)飛躍發(fā)展的事實表明，等離子體科學(xué)技術(shù)已在材料、能源、信息、化工、物理、醫(yī)學(xué)、軍工、航天等領(lǐng)域顯示了強大的生命力，在塑料高分子材料領(lǐng)域適用的主要是低溫等離子體。在常規(guī)塑料高分子材料后加工中等離子體的應(yīng)用可能性國內(nèi)外已有許多報導(dǎo)，各種塑材的高功能化高附加價值化加工、醫(yī)用材料的生體適應(yīng)性、制劑的緩釋控釋、材料表面涂層、反滲透膜與氣體分離膜的制備、超高分子量化合物的合成、低溫灰化分析技術(shù)等等。但是，這些研究目前仍然處于零星、分散的實驗階段，且已有的研究所討論的都是等離子體中各種活性物種（電子、離子、自由基等）混合存在，同時作用于塑料高分子表面的綜合效應(yīng)。如何強化等離子體對塑料高分子表面功能化改性有效的主反應(yīng)？作為工業(yè)化應(yīng)用強調(diào)技術(shù)的穩(wěn)定性。因此，如何實現(xiàn)電子、離子與自由基分離的狀態(tài)，建立可選擇性等離子體處理方法？探索在等離子體氛圍中材料表面特性變化規(guī)律與機理，開拓塑料高分子材料后加工技術(shù)的新途徑是一個亟待解決的技術(shù)內(nèi)涵十分豐富的嶄新課題。在塑料替代各種工業(yè)材料迅速發(fā)展的今天，這一領(lǐng)域的研究必將更加活躍。本文論述了等離子體技術(shù)在塑料高分子材料改性方面作者的最新研究進展。3低溫等離子體技術(shù)在塑料高分子材料領(lǐng)域中的應(yīng)用3.1印刷、涂層、粘接加工的應(yīng)用[1]低溫等離子體處理塑料高分子材料可顯著改善材料表面自由能，使材料表面潤濕性發(fā)生變化。材料表面潤濕性與粘接、印刷、涂飾的難易有密切的關(guān)系。表1是O2、Ar、NH3、He、CH4、H2等離子體處理的聚四氟乙烯（PTFE）高分子材料表面自由能變化結(jié)果。Table1SurfaceTensionofPTFEFilmTreatedWithLowTemperaturePlasmaa詞Pl旁as圍ma姜骨Tr罷ea爪tm離en按t箱Su輛rf價ac單e洞Te區(qū)ns屯io死n盞(域mN豎/m互)愧Zi著sm賀an燦P從lo時t客Ex屯te難nd嘗ed待F承ow窄ke梯s車Eq隆ua絕ti吵on蝶γ僻c亞(Z頁is祥ma喘n)虹γ思c窗(m賤ax曬)年γ萍s皮(C攔)婦γ忘s志a隆γ粒s昂b幣γ噴s喘c尖Un習(xí)tr摟ea士te脫d繞20餓.0皇20虎.0咐20鵲.4就20少.0叮0.孕4踩0.招0躁O買2央20堤.0榴20終.0脈20寸.1坊19媽.8拔0.龜3棕0.完0露Ar他22睛.0箭28放.0莫28關(guān).1形19礦.7耳5.酸9亂2.腔5全夜N式H茄3牙31式.0嬌31棵.0廳32鋪.1補23蝶.7喜5.叫8察2.勉6澤He少24沈.0右32撫.5華32咐.7籠23康.8塵6.式1蓬2.的8編CH雁4鈴30蝶.0誼35宵.5銷33魚.9網(wǎng)26為.6食5.汽4迅1.克9而H屬2路34頭.0本37憐.5噴37卷.6仔25臟.3問6.秩9踏5.醒4富a抵Pl侍as痰ma設(shè)t設(shè)re矮at謝me泡nt標烘di厭sc程ha訂ng蠟e口fo坊r叛18屈0s特.模等離扛子體晝與高喬分子配表面慎作用閉，發(fā)勺生交滅聯(lián)反扭應(yīng)和掛蝕刻執(zhí)反應(yīng)慌的同躲時，晨基材省表面鼓生成弦不飽迅和鍵搏或穴粗糙輛化烤，這脹是印爛刷性待、噴縮涂、紋粘接姜性提魄高的搞主要披原因單。低蠶溫等垂離子巧體中搶的活若性粒等子具善有的隸能量頸一般搬都接拜近或壩超過跟C汽—將C或毅其它誦含碳屋鍵的簽鍵能袍，因豬此能寺與導(dǎo)間入系汗統(tǒng)的堤氣體貼或高單分子毫固體罷表面喜發(fā)生疑化學(xué)甜或物涂理的三相互掃作用爐，引展入大叉量的爐極性駁基團獻，改檔變其劫表面擦活性濕。喬表2子是6辟種氣絹體榴等離補子體藍處理載的燃PT炒FE蘿表面援化學(xué)商組成辰的E庸SC鞏A測蘿定萬結(jié)果霞。隆Ta幅bl理e好2鄰秧ES味C弊A命Re特la欺ti斗ve拔I氏nt挖en村si店t搖y送o陡f棕Su首rf溉ac側(cè)e慕At片om權(quán)s餅of填P逢TF微E療Fi夠lm蝦s岸Tr梁ea畏te服d槳wi捕th浮L丟ow遍T童em轟pe森ra鹽tu流re元健Pl友as枕ma坡姥a露Pl冰as子ma梢沾Tr像ea露tm草en家t鐮Ch柏em努ic象al呈C敵om鴨po抹si向ti裕on晨婆of奪易Su夸rf刑ac務(wù)e弦(控%)礙C拋1s蝦F顫1s駝O梯1s哭N嚇1s劉Un洽tr務(wù)ea廢te年d頁38誰.5茫60房.5槽1.武0型0.返0奇O科2或34璃.0效65銳.5割0.以5件0.蛋0存踩元醫(yī)A包r撒38萄.2掠58炒.2謊3.燥3軟0.壁2牽煩霞雞H啊e殖40那.0昆56性.0姻3.許8親0.悉2綢叼晴像N軌H叼3辰42享.6譯55露.5崖1.竹1悉0.干8堆系近摧H食2爆52獨.8比43妖.0臂4.舒0羞0.顧2材背父漸C深H潮4鉗71積.3餃25鍋.3福2.騰6逗0.鞭9尾a縣P翻la董sm仍a汁tr物ea環(huán)tm鞭en顛t碌di爛sc叛ha勝rg堤e底fo薦r倉18猾0s毒.澆PV施C宵（聚姜氯乙互烯）友、P饒E唇、拿PP攝（更聚丙腐烯逝）可、勢PT灑FE何等聚食烯烴序或含趣氟樹疊脂因爬其性闖能優(yōu)宵良、盛成本鑰低廉使而大雄量使呢用于朝家用顫電器使、家泰具、迫汽車鄉(xiāng)車體扁。但蹤是，畝這些丟材料隆的非個極性斬表面溉噴涂曲很困創(chuàng)難，冠通常豈的涂凍料不指能直侵接使春用，弄且粘怎接性趕也欠別佳。除表扒3傾所示帽為P污VC硬用閥空氣滴電暈厚放電籍等離泄子體虹和O領(lǐng)2轉(zhuǎn)輝光博放電少等離梢子體梨處理煮后，獎表面延粘接敲性明吹顯提療高盾，后陪者優(yōu)件于前紐者。食Ta貧bl孩e巷3帆Ch企an微ge悉s仗of境P舟ee調(diào)l兔St喚re評ng華th賽o切f隙PV宵C露Fi爭lm枯s賣Tr言ea揪te朱d尖wi列th腦L喘ow聰O抗2陜Gl刃ow益P界la玉sm城a相a篇nd勉謝Ai容r塞Co流ro至na潤P壞la絲sm與a暗a泉P冶la臨sm耐a漆Tr曾ea個tm啊en出t絲Pe矩el帽S正tr寫en敬gt姜h扯(睛g/暮cm仙)辭Ce蜻ll菌op佳ha侄ne劑T聾ap幼e股of蟻R控ub崗be我r矩(C陜T)接Ac爭ry權(quán)l(xiāng)i方c燥(5天53輛H)揮Ad盛he痛si生ve飛T致im臣e浴(h曠)柳Ad早he彈si輪ve倍T華im鄙e怪(h丘)占2齒24桂2頭24涼Un宏tr產(chǎn)ea冠te第d央42業(yè)0慚49東5翠75呢0曠98著0灶A(yù)i聰r蠢Co憂ro尾na咸P們la托sm晃a傍68踢0位80績0近11虜90轎12粥60腳O宗2校G熔lo至w匯Pl脾as勾ma惕63掙0使64筍0膀方86枕0漿梁1佩30居0根a抄O詳2野gl峰ow懷p王la立sm卻a決tr頑ea鎮(zhèn)tm身en忠t替di誰sc術(shù)ha雅rg然e倍fo繳r針1潑2宮0s微.植Ai除r岡co怪ro虜na青p托l(wèi)a油sm特a張tr勉ea調(diào)tm壽en絡(luò)t往di和sc鬼ha世rg糕e偵fo石r檔1t改im更e.蜓3.慚2婦生物仔材料切的應(yīng)麗用擇[2獸、3絨]殿低溫蘭等離摟子體良技術(shù)找包括畜刻蝕豎、沉該積、載聚合渴、表章面清免洗和桐消毒泳等，敵它可康以對期材料厚表面特進行泰鍍膜挽、聚毛合、姥修飾順、改嗓性等承處理袍。這孫可以吉改善羊生物莊材料住的親義水性紐、透共氣性存、血姻溶性挪，以歐使人翠造血混管、于血液奪透析插薄膜院等生惜物醫(yī)度用材筋料得振到廣港泛應(yīng)關(guān)用。稀在外痕科手詞術(shù)中乓，P盤MM沒A作立為眼看內(n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hù)。持參考腐文獻饒[1圖]壘Ch暗en蔑J疤ie蛙-r欺on俱g片，W崇ak奉id參a返T，粗St漢ud抵ie涉s視on清t崗he拍S馳ur陪fa讀ce扇F麗re師e嚴En勿er秧gy嶺a頓nd湯S倡ur蹲fa先ce取S寨tr寶uc倚tu喬re建o棉f勤PT談FE簽F撞il籃m殊Tr雕ea京te優(yōu)d基wi卸th存L鳴ow銅T級em搞pe旗ra誠tu裹re什P猴la載sm避a，責(zé)J.址Ap敏pl票.P改ol分ym壺.S組ci剪.,藥19素97腫,6雹3:帝17危33結(jié)-1件73仗9利[2運]嶼Li票R愿u，花Li得k欄e，乎Ch蓋en繞J怖ie痛-r新on窄g，品We慌tc河he益mi脫ca賄l顆su老rf設(shè)ac襯