聚合物的表面改性是一种很有吸引力的方法，可以保持聚合物理想的原有特性，同时赋予它们新的界面性质，从而扩大其可能的应用。实现聚合物表面改性的手段多种多样，最常见的途径是通过接枝新的化学官能团来增加或降低材料表面能，以增加或减少其粘附性，支化、氧化、交联形成不饱和中心都有助于改善粘合性能。另一种途径则是通过物理或化学研磨手段来控制聚合物的表面粗糙度，其中聚合物表层通过用湿或干磨料处理来实现改性。目前，常见的表面改性方法包括紫外－臭氧改性法(Ultraviolet-Ozone，UVO)、电晕法、等离子体喷涂法、电子束修饰法等。其中，UVO和等离子体处理是最常用的表面改性方法。

紫外臭氧改性

紫外线处理是一种简单、经济、高效的非接触式聚合物表面改性技术，工艺步骤较少。其改性原理是通过气相氧化过程使高分子材料表面的分子链断裂并发生氧化反应，引入了一系列极性官能团，例如羧基、羟基、羰基、醛基等，改善高分子材料表面的润湿性，从而得到活化表面。

紫外线（UVrays）是波长范围为10nm-400nm的一种电磁辐射。紫外线可根据波长进行分类：长波紫外线（320nm-400nm）、中波紫外线（280nm-320nm）和短波紫外线（10nm-280nm）。由于紫外线具有能量，人们利用能够发出紫外线波长为184.9nm和253.7nm的低压汞灯改变基体表面的物理化学性质，可以达到材料表面清洁和活化的目的。

在辐照高分子材料时，其表面会暴露在由紫外－臭氧形成的活性环境中，环境中包含大量的活性粒子，如原子氧、处于激发态的分子氧及活性自由基等。高分子链段与活性粒子的反应机理如图1中所示。

UVO与高分子链段反应机理

可以看出，在两种波长的短波紫外光的照射下，臭氧会不断的生成和分解，原子氧和分子氧的浓度就会不断累积。其中原子氧以O(³P)和O(¹D)的形式存在，二者均为强氧化剂，但反应方式不同。O(³P)从高分子的碳链中提取出氢原子，产生碳自由基，其与空气中存在的羟基自由基结合形成羟基;或者羟基自由基与碳自由基提取一个氢原子，在高分子链上留下一个烯烃单元;分子氧与碳自由基反应，形成一个过氧基团，然后从相邻的碳链中提取一个氢原子，形成过氧化氢单元;羟基与过氧化氢进一步被O(3P)氧化，得到酮或酯基。如果相邻链上的自由基或过氧基团发生碰撞，则会导致高分子分子链的交联。与O(³P)不同，O(¹D)可插入分子链中的C—H或C—C键，形成羟基或者醚基，之后被O(1D)进一步氧化形成酮和酯。最终，高分子表面生成的众多产物，统称为低分子量氧化物。

等离子体处理改性

等离子体称为物质的“第四态”，由大量离子、电子、中性分子、亚稳态基团、自由基、光子等组成。这些活性粒子之间的协同作用不仅能加快反应速率，而且能引发一些传统化学中难以发生的反应，因而等离子体可作为一种高效的过程强化介质。此外，等离子体本身不消耗额外的化学物质，也不产生化学残留物，为各类反应提供一个绿色高效的媒介。因此，基于等离子体技术为简单快速、绿色高效处理聚合物表面提供了可行性。

一般而言，等离子体可根据气体温度分为热等离子体和非热等离子体两类。对于聚合物等热敏性材料而言，热等离子体由于整体温度非常高，不适合用于表面改性研究。相比之下，非热等离子体由低温粒子（带正、负电荷的离子和中性的原子、分子）和相对高温的电子组成。虽然非热等离子体中电子的平均温度很高（104~105K），但极低的热容和极低的电子密度使实际气体温度接近室温，因而可以处理热敏和易碎材料的表面而不造成热损害。而在等离子体处理过程中，使用诸如Ar、O₂、N₂、CO₂、NH₃、H₂等气体，可形成不同种类的化学活性物种，通过进一步与聚合物表面相互作用，如蚀刻、接枝和功能化修饰。

等离子体处理可以同时改变聚合物表面的微观形貌和化学性质。等离子体作用于聚合物表面，打断聚合物表面分子的化学键，并引发氧化、降解、交联等反应，引入极性官能团（-COOH，C=O，-NH2，-OH），从而增大聚合物表面活性。等离子体改性方法操作简单安全又清洁环保，而且对聚合物表面损害小，被处理的表面只在5~10nm范围内的薄层起物理或化学变化。

非热等离子体作为一种新兴的过程强化手段，有助于加速化学反应或促成传统化学实验难以实现的反应。在表面改性领域展现出经济效益高、绿色安全、简洁高效的独特优势。通过等离子体中的活性物种取代传统化学改性工艺中的有毒有害试剂，使绿色改性成为可能。此外，种类众多的活性物种和选择广泛的前驱体即可实现材料表面功能化改性，也可强化材料的原有性能。

紫外臭氧改性与等离子体处理改性法优劣势对比

紫外光照射和等离子体处理是最常用的聚合物表面改性方法。与等离子体处理相比，由于没有高能动粒子的轰击作用，紫外处理是一种相对温和的表面改性方法，对聚合物表面伤害较小。从改性效果上来说，由于能量较强，等离子改性效果会优于紫外臭氧改性法。另外与等离子体改性处理相比，紫外臭氧改性法工艺简单、价格也相对低廉。