PMMA氧等离子亲水处理

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种透明、无色、耐候性好的聚合物材料,在可见光波段下,PMMA的透过率高达92%,广泛应用于透明塑料板、光导纤维、光学器件等领域。

PMMA表面由于低表面能和化学惰性，材料常常呈现出表面惰性和憎水性，难以润湿和粘合，所以需要对聚甲基丙烯酸甲酯进行等离子表面处理，以此来改变其表面化学组成，增加其表面能，提高其表面润湿性。

等离子体(Plasma)是指由部分的原子被电离所产生的电子和离子组成的离子化气体状的物质,它是除固体、液体、气体之外,物质存在的第四种状态。等离子体处理技术是指利用低温等离子体中的活性粒子来轰击高分子材料的表面,使材料表面分子的化学键被拆开,并与等离子体中的氮、氧等自由基结合,在材料表面形成大量如羧基、羟基等亲水基团,显著地提高材料表面的亲水性和生物匹配性。

氧气等离子处理PMMA

氧气等离子体粒子产生的能量可引起聚合物内的各种化学键（C-H；C-N；C=O；C-C；C=C；C≡C发生断裂或重新组合，致使大分子降解，PMMA材料表面和氧气在等离子体作用下发生反应，形成C-O结构。氧气为反应性等离子体，参与表面化学反应，在PMMA材料表面引入含氧活性基团，并生成大量自由基，如图1所示。

图1 PMMA氧气等离子处理示意图

PMMA氧气等离子处理前后水滴角对比

液体在固体表面上形成液滴，当液滴达到平衡时，在气、液、固三相交界处，气－液界面和固－液界面之间的夹角称为接触角，用θ表示。接触角越小，润湿性越好。润湿是粘附的必要条件，PMMA材料表面经等离子体处理后水滴角如图2所示，由于亲水性含氧基团的存在，导致PMMA材料表面润湿性明显改善，有利于后续粘合，键合等工艺。

图2 左边等离子处理前 右边等离子处理后

PMMA等离子体表面亲水改性技术是一种干法化学改性技术，处理过程中不需要水，只涉及气固两相。发生反应时，粒子轰击基体，可有效改变材料表面自由能、润湿性等性能。等离子体处理工艺是发生在材料表面的，深度在几至几百纳米之间，因此并不会改变材料基体性能；改性使用的气体一般是氧气、氩气等，也不会产生有害气体。