聚乙烯(PE)是產量最大的塑料品種,約占塑料總產量的三分之一,因其性能優良、質輕、價廉而廣泛應用于國民經濟的各個領域。有時應用要求PE能與其它材料復合或混合,由于PE是非極性材料,表面能較低,表面呈現惰性和疏水性,一般情況下,PE是不易與其它材料相復合或相混合的,因而造成其印刷性、染色性、粘接性、抗靜電性、新水性以及與其它極性聚合物和無機填料的相容性較差,從而限制了聚乙烯的進一步應用,這就需要對PE進行改性。聚乙烯等離子表面改性的目的有:(1)在PE上導入極性基團;(2)提高材料的表面能;(3)提高制品表面的粗糙度;(4)消除制品表面的弱界面層。
低溫等離子表面處理技術
低溫等離子體技術是60年代發展興起的一門新的表面處理技術。該技術是一種干式工藝,它省去了濕法處理的烘干、處理廢水等工序,設備投資及運行費用低、防護簡便、具有操作簡便、清潔、高效、安全、無污染等優點,能滿足環境保護的要求;并且處理時間短,效率高,且等離子體表面處理的作用深度僅涉及距離表面幾納米到數百納米范圍內,使界面物性可以得到顯著改善,而材料本體不受影響,尤其適用于薄膜、結構復雜件處理,這些優點使低溫等離子體技術成為改善復合材料界面結合效果的一個重要手段。
低溫等離子體是低氣壓放電產生的電離氣體,它是物質存在的又一基本形態,由電子、離子、原子、分子或自由基等離子組成,并表現出集體行為的一種準中性氣體。為使等離子體與塑料制品表面間的作用更有效、迅速,必須使等離子體中活性粒子的平均能量與塑料制品分子的鍵能范圍大體一致。塑料制品中化學鍵能大部分在4.806×10-19～9.612×10-19J(3-6eV)[11],所以對塑料制品表面改性,等離子體中活性粒子平均能量的最佳值也應相同。低溫等離子體中的活性粒子(主要是電子)具有的能量一般都接近或超過碳碳鍵或其它含碳鍵的鍵能,因此能與導入系統的氣體或固體表面發生化學反應或物理的相互作用。若采用反應型的氧等離子體,可能與高分子表面發生化學反應,引入大量的含氧基團,改變其表面活性。即使采用非反應型Ar等離子體也可能通過表面交聯和刻蝕作用引起的表面物理變化而明顯地改善聚合物表面的接觸角和表面能。
低溫等離子體作用原理:在電場作用下,氣體中的自由電子從電場獲得能量,成為高能量電子,這些高能量電子與體氣中的分子、原子碰撞,若電子的能量大于分子或原子的激發能,就會產生激發分子或激發原子、自由基、離子和具有不同能量的輻射線。由于等離子體中絕大部分粒子的能量均高于一般聚合物中化學鍵的鍵能,完全可以破壞高分子表面的舊健而形成新鍵,從而賦予材料表面新的特性。又因其溫度僅為300～500K,接近室溫,使得改性后PE本體力學性能損失不大。經不同等離子體處理的PE表面產生羥基、羰基、氨基等極性基團,同時在表面產生了蜂窩狀凹坑結構。此法改變了PE表面的化學性質和物理形態。24806