等离子材料表面处理的时效性

等离子体指的是一种电离气体，它是电子、离子、原子、分子或自由基等粒子的集合。根据等离子体的粒子温度，可分为高温等离子体和低温等离子体，低温等离子体用于材料表面改性领域。高能粒子在低温等离子体中的能量一般在几到几个电子伏特左右，大于高分子材料分子的键能（几到几十个电子伏特），可以完全断裂有机大分子链。

利用等离子体与高分子材料表面相互作用，在表面形成新的官能团并改变高分子链结构，提高亲水性、粘附性、表面电性能、光学性能和生物相容性等，从而达到表面改性的目的。

等离子体表面处理可以赋予材料新的表面性能，这些性能随着时间的推移逐渐衰减的特性被称为时效性。

一般认为，等离子体表面处理对材料的影响包括表面活化、交联和表面刻蚀等复杂过程。表面活化赋予材料表面的自由基和极性基团以改善润湿性，而交联和蚀刻则减少了材料表面的活性物质，影响润湿性的改善。等离子体表面处理对材料表面的影响主要是活化作用。随着处理时间的增加，交联和蚀刻作用增强，影响了润湿性的进一步提高。

等离子体表面处理的时效性越长，改性效果越稳定。与周围环境中的某些物质反应也会减少活化赋予材料的极性基团和自由基。

影响时效性的主要因素

1. 材料的种类和特性

高分子材料的结晶度对等离子体处理的时效性有显著影响。高分子材料内部无定形区的分子结构比较松散，分子间的距离比较大。在结晶区，一些分子排列紧密而有序，分子间的距离很小。对于结晶度高的聚合物材料，由于结晶区的相对含量比较大，等离子体处理后表面极性基团的反转和链段的移动需要克服较大的阻力，因此表面极性基团的衰减程度较小。

2. 等离子体气氛

不同的等离子体气氛对高分子材料的表面处理有不同的影响，处理后的时效性也有差异。例如，LDPE用氩和氧的混合等离子体处理。研究结果表明，等离子体处理的效果和处理后的时效性与氩氧比有关。氩气与氧气的体积比为9：1时时处理效果最好并且时效性最不显著。

3. 等离子体处理功率

由于增加等离子体处理功率将增加等离子体内部的能量密度，因此有利于增强等离子体与聚合物材料表面之间的反应，它会增加高分子材料表面的氧含量，并产生交联反应，因此等离子处理的时效性得到减缓。

4. 等离子体处理时间

等离子体处理时间的长短也会影响被处理材料表面的动态特性。等离子处理时间越短，时效性越明显。这主要是由于等离子体处理时间对聚合物材料表面氧化层厚度的影响。等离子体处理时间越短，材料表面氧化层厚度越小，时效性越显著。反之，处理时间越长，氧化层的厚度越大。老化效应越不明显。

5.等离子体处理后材料的储存环境

等离子体处理后物料存放的环境，也会影响时效性。具体来说，可以分为两个因素：存储介质和温度。

温度：在相同的存储介质中，环境温度越高，分子链获得的能量越多，分子链段的运动越强，表面极性基团的反转速度越快，时效性越显著。

存储介质：如果存储环境是亲水的，即使在较高的温度下，也能抑制高分子材料表面极性基团的损失。亲水存储介质有利于材料表面生成的极性基团留在材料表面；相反，疏水存储环境促进材料表面的极性基团翻转到基体内部。