材料表面的特殊性使材料表面性能的研究和改善成为当今材料科学与工程领域内一个极富活力、充满希望的领域。材料表面改性后,由于表面发生变化,其吸附、润湿、分散等一系列性质都将发生变化,在涂料中,对确定的基料来说,分散体系的稳定性(包括光化学稳定性等)直接由分散粒子的表面性质决定。在复合材料中,材料的复合是通过界面直接接触实现的,因此,截面的微观结构和性质将直接影响其结合力性质、粘结强度和复合材料的力学性能以及物理功能。对材料表面改性的研究不仅具有学术意义,更有重要的使用价值。

高分子表面的基本性能包括表面极性、润湿性和摩擦特性等。这些基本的物理化学性质与材料表面的应用特性如粘接性、印刷性、染色性、抗静电性、防雾性、表面防护性等有密切关系。

等离子体法表面改性

等离子体是高度电离的气体,它是由电子、离子、原子及分子组成混合气体,整个体系的正负电荷相等而呈中性,具有与一般气体不相同的性质,其内部的电子、离子、甚至中性粒子一般都具有较高的能量。所进行的各种化学反应,都是在激发态下进行,完全不同于经典的化学反应。这样使等离子体内的原子或分子的本性通常都发生改变,如惰性气体也会变得化学活泼性很强。

等离子体对材料表面的作用大致可分为4种情况:表面杂质清除;表面刻蚀;表面交联和形成具有新化学将结构表面。

表面杂质清除:

许多有机材料在生产加工过程中往往需要加入一定量的填充或助剂,这些物质聚集于材料表面形成杂质表面层。等离子体被视为有效的“干式”除杂方法,无废水、废物和环境污染。等离子体法已在金属、无机材料上应用多年。目前在有机材料和高分子材料上的应用也日趋增多。

表面刻蚀:

刻蚀是更大程度上的等离子作用,往往将材料表面弱边界大片除去,使材料表面产生起伏,变粗糙,并有键的断裂,形成自由基。刻蚀对提高粘附性、吸湿性等作用均有明显作用。但作用时间过长,会损伤材料基体的力学性能。

表面交联:

一般认为,等离子体处理材料时,交联主要发生在氦气、氩气作为工作气体时。等离子体中的高能粒子包括电子、激发态粒子、自由基等通过轰击或化学反应,使材料表面的C-H、C-C等键断裂,形成自由基。在无其它反应物质的情况下,自由基之间会重新结合,在材料表面形成网状结构,使材料的力学性质、表面性能得到改善。

等离子体技术是一门新兴的高新技术,它涉及新能源、新工艺、新材料、环保、国防、生物医学以及其它领域。等离子体处理能够改善高分子材料的表面性能,包括润湿性、染色性、印刷性、粘合性、防静电性、表面固化等。