关于等离子清洗时效性的机理及影响时效性的因素说明

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-06-22

从低温等离子体对材料表面的处理结果来看，主要是在材料表面通过引入各种极性官能团从而增加材料的表面能。但是这种利用引入官能团来增加表面能的方式并不是一种稳定的方式，它会随着时间的延长而使获得的亲水基团逐渐减少，进而造成亲水性的损失。

低温等离子清洗时效性的机理

很多学者对低温等离子清洗的时效性有不同的理解，而其中最为广泛接受的是高分子材料表面基团、基体的动态重组过程理论。材料的表面与其内部的化学组成均不相同，由于材料内部的原子和基团同周围其他原子或基团之间存在相互作用，这种作用可以使得材料内部与表面性质均衡，因此材料可表现出稳定的性能。高分子材料表面的稳定性不及内部，由于缺少与周围原子或基团间作用力，因此具有一定的表面能。而采用低温等离子体处理后，高分子材料表面上所引入的新基团，其会变得更不稳定，表面能会得到一定程度的增加，材料处于一种高能的不稳定状态。由于所有物质都会自发降低能量来增加自身稳定性，经低温等离子体处理所引入的基团将会翻转进入高分子材料内部，而部分内部原子将会转移进入材料表面，直至高分子材料表面和内部原子、基团达成动态平衡。

影响低温等离子清洗时效性的主要因素

高分子材料的结晶度

低温等离子处理高分子材料的时效性受高分子材料自身性质的影响，其中尤其以结晶度的影响最为明显。

高分子材料内部的无定形区的分子大多结构松散，分子间距离较大，相互作用力较小，而结晶区分子排列紧密有序，分子间距离小，作用力较大。因此结晶度较高的高分子材料中结晶分子含量较高，在经低温等离子体处理后表面增加基团的翻转等运动需要克服更大的阻力，表面极性基团数量以及表面能的减小趋势也就相对较弱。

低温等离子体气氛

类型不同以及组成不同的低温等离子气氛对于高分子材料表面处理的效果是截然不同的，处理后的时效性也存在明显差异。

由于Ar是惰性气体，容易被激发至亚稳态，而O2可在放电条件下电离，由这两种气体所形成的低温等离子体可使高分子材料表面上产生了较多自由基,而这些自由基相互作用，在材料表面上生成交联层，这种结构有助于抵抗极性基团的向内部翻转，从而使材料表面保持着较高的表面能，由此可以维持由于等离子体处理所引入的新表面特性，如亲水性等。

低温等离子清洗后材料的存储环境

不仅等离子体处理时周围气体氛围和材料本身性质会对处理的时效性有影响，材料存放环境同样也会对时效性有较大影响。一般来说，存储介质和温度两个因素的影响最为明显。在相同存储介质中，其环境温度越高，材料表面分子获得能量的越多，表面分子热运动也就越强，材料表面增加基团的向内翻转趋势也越显著,时效性亦更明显。但是也存在例外情况。如果高分子材料存储环境是具亲水性，即便温度再高，高分子材料表面新增的基团和原子也难以向内翻转。因此亲水性存储介质有利于延长低温等离子体处理的材料表面寿命。反之，疏水性存储环境会加速材料表面极性基团翻转进入基体内部，增强材料表面的时效性。

等离子体作为物质存在的第四态，用来进行表面处理具有简捷、高效、环保等特点，可以广泛地应用于各类高分子材料。但由于等离子清洗技术具有时效性和损蚀性，因此，探索各种因素对于低温等离子体对高分子材料表面改性的影响具有很强的现实意义。