膜表面等离子改性原理

在外加电场的作用下,气体分子被离解成电子、离子、自由基以及激发态的原子和分子等活性粒子。这些活性粒子可与材料表面相互作用使材料表面的基团被激发或者电离生成自由基,这些自由基与气体所产生的活性粒子反应生成亲水性活性基团,对膜进行了表面改性。同时,活性粒子也会撞击膜的表面,使膜表面高分子的共价键(C-C)断开转化为小分子量的聚合物。低温等离子体改性的原理可以分为刻蚀、活化和交联等。

(1) 刻蚀

低温等离子体的刻蚀作用是指利用低温等离子体中的活性粒子与材料表面相互作用,使其表面发生物理或化学变化,从而实现对材料表面的刻蚀。低温等离子体的刻蚀作用有两种类型,一种是物理溅射,即通过高速运动的活性粒子轰击材料表面使得高分子之间的化学键断裂生成小分子从材料表面脱离;另一种是化学刻蚀,主要通过活性粒子与材料表面的活性基团发生化学反应生成气态挥发物,使材料表面分子降解。

(2) 活化

氧气、氮气等气体在外加的电场下生成含氧、含氮等活性粒子,这些活性粒子进一步与材料表面已被活性粒子活化成的自由基发生反应,而在材料的高分子链中植入羟基(-OH)、羧基(-COOH)、氨基(-NH2)、羰基(C=O)等具有稳定的亲水功能基团。除此以外,低温等离子体还会使聚合物表面出现部分活性原子、自由基和不饱和键。这些活性位点能够与等离子体中的活性粒子进一步发生反应,生成新的活性基团,不断增加材料表面的活性。

（3）交联

高分子材料经过低温等离子体处理后使材料表面分子链发生断裂产生新的活性自由基,将带有活性自由基的材料放置在功能性单体中能够引发单体在材料表面进行接枝聚合反应。通过等离子体在材料表面进行接枝聚合的材料具有交联度高的结构,提升了材料的力学强度。