实验室等离子清洗机是一种利用等离子体技术进行表面处理的设备,通过高频电场或射频电源将工作气体(如氩气、氧气等)电离为等离子体,其中包含高能电子、离子、自由基等活性粒子。
实验室等离子清洗机的冷等离子体改性可使用反应性气体,如O2、N2、CO2等,也可使用惰性气体,如 Ar、He等,亦可将不同气体混合起来使用,还可分多步使用不同气体处理,具体实施工艺方法多变,可操作性强总的来说冷等离子体改性过程有多个共同之处,如溅射、自由基的产生、极性基团的引入等,但不同性质的气体对聚合物表面的改性机理并不相同。
使用反应性气体时,以氧气为例,氧气被电离后产生电子、离子、自由基和激 发态分子等多种粒子。其中的高能粒子和紫外光破坏聚合物表面化学键后产生大量自由基,由于自由基很活泼,和氧之间容易发生化学反应,使表面生成含氧极性基团;如果 自由基的浓度很大,彼此之间也会发生交联反应,在表面形成交联层;同时强烈的溅射 和刻蚀作用也会使聚合物表面形貌发生变化。以上这些作用会显著增大聚合物表面的极性和浸润性,增强与基体间的化学键合和机械嵌合作用,改善界面粘结性能。
使用非反应性气体时,例如氩气,电离后产生的高能粒子撞击到聚合物表面会 带来能量转移和溅射效果,由此改变其表面形貌的同时也会激发或破坏高分子链中的化 学键。当表面化学键断裂后,会生成大量自由基,但气氛中的氯自由基、离子和激发态 原子等却不能和聚合物表面原子结合形成共价键。自由基的稳定化主要通过三种途径来 实现:一是电子、原子或基团迁移,会造成分子结构重排;二是自由基之间结合形成共价键,能在聚合物表面生成交联层;三是和等离子体气氛中残余的氧、氮原子结合或是 暴露在空气中时和氧气、水蒸气作用生成活性和极性基团。因此,非反应性气体等离子 体也会带来表面改性效果。