聚合物的等離子表面改性工藝介紹

等離子體對聚合物、含氟聚合物和其他物料材質的表面改性，可以通過以下四種途徑實現，這四種途徑是消融、交聯、活化和沉積。

消融是由于高能粒子轟擊聚合物表面使弱共價鍵斷裂的過程。這個過程只會影響暴露在等離子體中的襯底表面最外面的分子層，這些外面的分子層與等離子體反應生成氣化產物后被抽走。一般情況下，表面的化學污染物通常都是由弱C—H鍵組成，所以等離子體處理可以去除這些污染物。例如，油膜或注塑添加劑等有機物形成均勻潔凈并具活性的聚合物表面。

交聯是在聚合物分子鏈之間建立了化學鏈接。惰性氣體等離子體可用來交聯聚合物，形成耐磨損或耐化學腐蝕性的更堅固表面。醫療設備包括醫用導管、臨床儀器和隱形眼鏡等，都得益于等離子體引發的交聯反應。這種化學反應也可以用氟或氧原子代替聚合物表面部分的氫原子。氬氣或氦氣等惰性氣體，由于其化學性質為惰性，所以它們不會與表面結合或發生表面化學反應，相反，他們會通過傳遞能量打斷聚合物鏈中的化學鍵，被打斷的聚合物鏈生成了能與其活性部分重組的“懸空鍵”，從而形成明顯的分子重組和交聯。聚合物表面生成的“懸空鍵”很容易發生嫁接反應，這種技術工藝已經應用到了生物醫學技術中。

激活是等離子體化學基團替換表面聚合物基團的過程。等離子體把聚合物中的弱鍵打斷，并用等離子體中高活性羰基、羧基、和羥基將其替換；此外，等離子體還可以用氨基或其他功能基團來激活，結合到表面內的化學基團的類型將決定基底材料性能的最終變化，而表面上的活性基團改變表面性質，如潤濕性、黏著性等。

等離子體聚合是一個把許多稱為單體的可交聯小分子結合成大分子的過程。聚合過程涵蓋了許多種氣體參與的反應，形成揮發性的聚合物薄膜。在氣相中或材料表面上的單體會被分解和激活并形成新的分子活性基團遷移到表面，在那里吸附并脫離氣相。每個吸附都代表了一個沉積的過程。被吸附的分子隨后在表面進行離子或自由基聚合交聯，形成一層薄膜。在薄膜形成的過程中，新形成的表面原子和分子會受到來自氣相基團的轟擊和等離子體中的電磁輻射。經典的聚合物具有活性結構，如允許互相鍵合的雙鍵等。甲基丙烯酸甲酯的雙鍵為聚甲基丙烯酸甲酯的形成提供了位點，這是在等離子體處理條件下可聚合分子形成聚合物的一個眾所周知的例子。

等離子體技術手段也可以使采用傳統化學方法通常不能聚合的材料形成聚合物。等離子體能夠將缺乏鍵合位點的氣體分子分解成新的、具有活性的組分，這些組分隨后就可能發生聚合。脂肪質和芳族聚合物在等離子體中沉積形成薄膜時，所有飽和或不飽和的單體，甚至常規聚合技術中抗聚合的單體，都能被聚合。由于等離子體聚合過程是一個復雜的物理和化學過程，它對等離子體過程參數有較強的依賴性，因此在沉積過程中可以通過控制等離子體參數實現對生成薄膜性質的控制，使之具有不同特征。例如，在基底表面生成黏附性很好的薄膜或得到很好的薄膜表面強度。