專利名稱：一種材料表面低溫等離子體改性方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料表面低溫等離子體改性方法及其裝置。
背景技術(shù)：
材料表面改性處理技術(shù)是目前普遍使用的材料制備技術(shù)之一，其基本原理是在一定外界條件下，材料外部物質(zhì)與材料表面發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，從而是材料表面狀態(tài)發(fā)生變化或在材料表面生產(chǎn)新的元素和新的基團(tuán)，最終滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。目前實(shí)現(xiàn)材料表面處理的方法通常為液相反應(yīng)法，由于液相反應(yīng)法存在能耗大，對(duì)環(huán)境有污染的缺點(diǎn)，急需一種節(jié)能環(huán)保的方法來(lái)替代。低溫等離子體表面處理是在負(fù)壓(真空)下，給反應(yīng)氣體環(huán)境施加高頻電場(chǎng)，氣 體在高頻電場(chǎng)的激勵(lì)下電離，產(chǎn)生等離子體。等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，其中含有大量的電子、離子和自由基等各種活性粒子，活性粒子與材料表面發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，從而使材料表面的結(jié)構(gòu)、成分和基團(tuán)發(fā)生變化，得到滿足實(shí)際使用要求的表面。等離子體反應(yīng)速度快、處理效率高，而且改性僅發(fā)生在材料表面，對(duì)材料內(nèi)部本體材料的性能沒(méi)有影響，是理想的表面改性手段。在負(fù)壓狀態(tài)高頻電場(chǎng)激勵(lì)產(chǎn)生的等離子體的溫度接近于室溫，因此又稱低溫等離子體。由于其工作溫度低，所以可以處理包括塑料在內(nèi)的所有材料。在等離子體狀態(tài)反應(yīng)下，激發(fā)態(tài)粒子起到了十分重要的作用。首先激發(fā)態(tài)粒子奪取高分子主鏈上的氫原子形成自由基，然后主鏈自由基與其他激發(fā)態(tài)粒子或者自由基發(fā)生反應(yīng)，使得在高分子材料表面生產(chǎn)拒水或者親水基團(tuán)，從而使材料具有拒水或者親水性。通常，待處理樣品是放置于等離子體放電區(qū)內(nèi)的，此時(shí)等離子體狀態(tài)下的其它粒子(如電子、離子等)在反應(yīng)過(guò)程中不斷轟擊材料表面，在材料表面引發(fā)降解和刻蝕。結(jié)果在材料表面生成了大量低分子產(chǎn)物，而且還侵蝕了材料表面。在對(duì)材料表面粗糙度要求較高的場(chǎng)合，常規(guī)等離子體處理存在表面被刻蝕的弊端。因此，在等離子體表面改性的過(guò)程中，材料表面同時(shí)發(fā)生著引入基團(tuán)反應(yīng)和降解反應(yīng)。而降解反應(yīng)是希望盡量避免的。遠(yuǎn)程等離子體可以克服以上所述常規(guī)等離子體存在的弊端，即可以實(shí)現(xiàn)材料的表面改性又避免了對(duì)材料表面的刻蝕和降解。遠(yuǎn)程等離子體是將試樣放置在遠(yuǎn)離等離子體放電區(qū)域的位置上。等離子體中包含電子、離子和激發(fā)態(tài)粒子。這些粒子在復(fù)合的過(guò)程(電子與正離子復(fù)合、正離子和負(fù)離子復(fù)合、激發(fā)態(tài)粒子和激發(fā)態(tài)粒子復(fù)合)中消失，它們的復(fù)合速率分別是10_7、10_7、10_33cm3/S。所以，在等離子體中激發(fā)態(tài)粒子比電子和離子的壽命更長(zhǎng)。遠(yuǎn)程等離子體技術(shù)正是基于等離子體氣氛中各種活性粒子的存活壽命不同的特點(diǎn)而提出的。與常規(guī)等離子體一樣，遠(yuǎn)程等離子體區(qū)含有激發(fā)態(tài)的原子、離子、分子以及分子碎片等活性粒子，但是由于處理區(qū)域與放電區(qū)域被適當(dāng)分離，短壽命的電子、離子的濃度迅速衰減，所以長(zhǎng)壽命的亞穩(wěn)態(tài)原子、活性自由基等具有化學(xué)活性的離子的濃度較高]。同時(shí)，還將電子、離子等粒子對(duì)材料表面的有害影響盡可能的降低。國(guó)內(nèi)曾見(jiàn)有關(guān)遠(yuǎn)程等離子體進(jìn)行材料表面改性的文獻(xiàn)報(bào)道，如陳杰瑢等，但其采用的是電感耦合遠(yuǎn)程等離子體的方法，該方法明顯存在以下缺點(diǎn)由于電感耦合結(jié)構(gòu)的限制，其處理腔體的體積不能做大，無(wú)法滿足工業(yè)應(yīng)用的需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)利用遠(yuǎn)程等離子體批量處理材料表面，克服現(xiàn)有常規(guī)等離子體改性技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種即能夠?qū)崿F(xiàn)材料的表面改性又避免了對(duì)材料表面的刻蝕和降解的等離子體表面處理方法。一種材料表面低溫等離子體改性方法，所述方法為采用負(fù)壓、電容耦合等離子體放電，待處理物料放置于放電區(qū)之外，真空腔外壁接地，真空腔內(nèi)設(shè)內(nèi)電極，內(nèi)電極接高頻電源。內(nèi)電極真空腔壁形狀相同，彼此間間距在5mm---50mm之間。內(nèi)電極平面上開(kāi)孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。 一種材料表面低溫等離子體改性裝置，所述裝置包括抽氣口、腔體外壁電極、內(nèi)壁 L、腔體內(nèi)壁電極、喂氣口、處理材料以及等離子體發(fā)生電源。為了上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著特點(diǎn)I、遠(yuǎn)程區(qū)域中活性粒子的能量適中，等離子體聚合反應(yīng)溫和、副反應(yīng)少、可控性強(qiáng)；2、放電區(qū)域與處理區(qū)域相分離，減輕了因離子轟擊、紫外輻射及激發(fā)源(如微波)的電磁場(chǎng)對(duì)載體材料及沉積聚合物的損傷；3、可以在敏感載體材料表面上進(jìn)行等離子體聚合；4、由于單體可以在等離子體的下游區(qū)域引入，避免了等離子體放電區(qū)域中高能態(tài)活性粒子對(duì)單體分子的直接作用，5、沉積膜的結(jié)構(gòu)容易控制，純度較高；6、降低了單體在容器壁或內(nèi)電極表面上的聚合。


圖I為本發(fā)明的原理示意中標(biāo)號(hào)為I-抽氣口2-腔體外壁電極3-內(nèi)壁孔4-腔體內(nèi)壁電極 5-喂氣口6-處理材料7-等離子體發(fā)生電源
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。—種材料表面低溫等離子體改性方法，所述方法為采用負(fù)壓、電容耦合等離子體放電，待處理物料放置于放電區(qū)之外，真空腔壁接地，真空腔內(nèi)設(shè)內(nèi)電極，內(nèi)電極接高頻電源。內(nèi)電極真空腔壁形狀相同，彼此間間距在5mm—50mm之間。內(nèi)電極平面上開(kāi)孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。一種材料表面低溫等離子體改性裝置，所述裝置包括抽氣口 I、腔體外壁電極2、內(nèi)壁孔3、腔體內(nèi)壁電極4、喂氣口 5、處理材料6以及等離子體發(fā)生電源7。實(shí)施例I :遠(yuǎn)程低溫等離子體處理PVC薄片將PVC薄片(厚Imm,長(zhǎng)15mm,寬20mm)放置于遠(yuǎn)區(qū)等離子體區(qū)域內(nèi)(內(nèi)電極內(nèi))。對(duì)真空腔抽真空到5帕，定量喂入氧氣，維持真空腔的真空度在35帕。開(kāi)啟電源施加高頻電場(chǎng),在真空腔內(nèi)形成等離子體,維持放電功率100W，處理時(shí)間5分鐘后，停止抽真空，停止喂氣。向真空腔內(nèi)充入純凈空氣，使真空腔內(nèi)外壓力相等，此時(shí)打開(kāi)轉(zhuǎn)鼓，取出已經(jīng)處理好的物料，處理結(jié)束。實(shí)施例2 :遠(yuǎn)程低溫等離子體處理PET薄片
將PET薄片(厚Imm,長(zhǎng)15mm,寬20mm)放置于遠(yuǎn)區(qū)等離子體區(qū)域內(nèi)(內(nèi)電極內(nèi))。對(duì)真空腔抽真空到5帕，定量喂入氬氣和氧氣，氬氣和氧氣的流量比為20 80，維持真空腔的真空度在30帕。開(kāi)啟電源施加高頻電場(chǎng)，在真空腔內(nèi)形成等離子體，維持放電功率100W，處理時(shí)間5分鐘后，停止抽真空，停止喂氣。向真空腔內(nèi)充入純凈空氣，使真空腔內(nèi)外壓力相等，此時(shí)打開(kāi)轉(zhuǎn)鼓，取出已經(jīng)處理好的物料，處理結(jié)束。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種材料表面低溫等離子體改性方法，其特征在于所述方法為采用負(fù)壓、電容耦合等離子體放電，待處理物料放置于放電區(qū)之外，真空腔壁接地，真空腔內(nèi)電極接高頻電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于所述裝置包括抽氣口、腔體外壁電極、內(nèi)壁孔、腔體內(nèi)壁電極、喂氣口、處理材料以及等離子體發(fā)生電源。
3.據(jù)權(quán)利要求I所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于內(nèi)電極真空腔壁形狀相同，彼此間間距在5mm50mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種材料表面低溫等離子體改性裝置，其特征在于內(nèi)電極平面上開(kāi)孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種材料表面低溫等離子體改性方法，所述方法為采用負(fù)壓、電容耦合等離子體放電，待處理物料放置于放電區(qū)之外，真空腔壁接地，真空腔內(nèi)設(shè)內(nèi)電極，內(nèi)電極上開(kāi)孔，以利于氣體分布和各種活性粒子的流通。一種材料表面低溫等離子體改性裝置，所述裝置包括抽氣口、腔體外壁電極、內(nèi)壁孔、腔體內(nèi)壁電極、喂氣口、處理材料以及等離子體發(fā)生電源。本發(fā)明所述方法及其裝置，等離子體聚合反應(yīng)溫和、副反應(yīng)少、可控性強(qiáng)，極大地滿足了工業(yè)生產(chǎn)的需要。
文檔編號(hào)C08J7/00GK102746524SQ20111010171
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者王紅衛(wèi) 申請(qǐng)人:蘇州市奧普斯等離子體科技有限公司