[发明专利]一种远程等离子表面改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料表面改性的方法，特别是涉及一种远程等离子表面改性的方法。

背景技术

等离子体是物质的第四态，是由大量电子、阳离子、自由基组成，这些具有高活性及高能量的微观粒子可以与材料表面发生作用，从而在不改变材料本体性能的基础上，赋予材料以新的特性，如粘接性、反应性、生物相容性、吸水性等，从而大幅度拓展材料的使用领域。目前在材料改性领域中较为常用的是低温等离子改性，通常在真空条件下，利用电容或电感激发产生等离子，从而对放置于等离子放电区中的材料表面进行改性。但在利用这些常规等离子处理材料时，由于等离子条件受到电场强度、压力变化等显著影响，在等离子体中电子能量具有较宽的分布，含有部分高能粒子，因此会造成等离子解离，使材料性能发生劣化。

发明内容

本发明采用远程等离子来进行材料表面处理即可有效地解决现有技术存在的问题。远程等离子是指将待处理的材料不直接放置在等离子放电区，而是放置于沿气流方向等离子放电区下游某一距离处，由此，在产生的等离子中的各种活性粒子、高能粒子并不直接与待处理的材料表面接触，这些活性粒子、高能粒子可能随处理气体一起运动，由于高能粒子的寿命较短，而活性粒子的寿命较长，因此，在这些粒子随着处理气体的运动过程中，只有活性粒子可以到达待处理材料表面，由此，既可以避免由于高能粒子的轰击、刻蚀所造成的材料性能的劣化，同时又能使材料表面进行相应的改性，因此远程等离子表面改性对聚合物特别适宜。相对于金属和陶瓷材料而言，聚合物材料中原子间作用力相对较弱且存在部分易反应官能团，聚合物材料的这些特点决定了一方面聚合物材料易在高能粒子和活性粒子的作用下，表面发生一系列的反应而赋予材料表面与本体完全不同的性质，从而拓展材料的用途；另一方面，也造成材料易受到高能粒子的作用，使材料表面出现缺陷，对材料的性能，如力学性能、老化性能、热稳定性造成明显损伤，特别是对一维材料如纤维、二维材料如薄膜等的影响更为显著，因此限制了常规等离子处理在这些材料表面改性的应用。远程等离子正是能克服这些缺点，主要是通过活性粒子赋予材料表面的反应活性，而避免了高能粒子对材料表面的轰击而造成材料其它性能的影响。针对具体的材料和使用要求，可以选择合适的载流气体和反应气体，确定相应的工艺条件，达到相应的改性要求，通过在远程等离子中通入二氧化硫、硫化氢和氧气或空气，可以在材料表面引入磺酸基极性基团，通过在远程等离子中通入氨气和氢气或氮气，可以在材料表面引入氨基极性基团，从而可以增加材料表面的亲水性；在远程等离子中引入三氯氢硅、四氯化硅或六甲基硅烷等含硅气体和氢气，可以在材料表面引入含硅层，从而改变材料表面的亲水性及透湿性和透气性。因此，采用远程等离子，通过改变合适的工作条件，可以将亲水性表面改性成憎水性表面或将憎水性表面改性成亲水性表面、可以在材料表面反应而生成保护膜以改变材料表面的生物相容性、可以改变材料的透湿性及透气性等。

本发明的一种远程等离子表面改性的方法，先将待处理样品放置于等离子设备中，放置位置为顺气流方向距放电区某一放置距离处，然后将等离子设备抽至一定的真空后，将改性气体与载流气体按合理的体积比例同时引入到等离子体设备中，在电源引发的电场作用下放电产生等离子，所产生的高能粒子等微观粒子可随着改性气体向下游运动，由于高能粒子寿命较短而活性粒子寿命较长，在选择合适的放置距离后，活性粒子可以到达待改性材料表面进行反应而达到改性作用，高能粒子在到达等改性材料表面之前即己失活，对材料表面不产生刻蚀等不利影响；由此，通过本发明所述的远程等离体表面改性方法，可以达到利用等离子优点在材料表面进行改性的目的，同时又克服了传统等离子体会对材料表面进行刻蚀的不利作用，从而扩大了等离子在材料表面改性领域的应用；本发明所述的一种远程等离子表面改性的方法，是将待改性物体放置于顺气流方向下游距离等离子放电区一定距离；

所述的一定距离为5～60cm；

所述的合理的体积比例为改性气体的体积占改性气体与载流气体总体积的10％～90％；

所述的真空是指真空度为1×10^-2～5×10^-2Pa。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种远程等离子表面改性的方法，其特征在于，所述的改性气体为二氧化硫、硫化氢、氨气、三氯氢硅、四氯化硅或六甲基硅烷。

如上所述的一种远程等离子表面改性的方法，所述的载流气体为氧气、空气、氮气或氢气。

如上所述的一种远程等离子表面改性的方法，所述电场的放电功率为10W～100W，所述的电场作用的时间为5～120s。