专利名称：一种远程等离子表面改性的方法
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 X 10_2 5 X IO-2Pa0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IOW 100W，所述的电场作用的时间为5 120s。如上所述的一种远程等离子表面改性的方法，所述的改性气体与载流气体气体同时引入到等离子体中的压强为5 lOOPa。有益效果本发明的一种远程等离子表面改性的方法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。针对各种聚合物各自的结构和性能特性，特别是对各种材料的使用要求及由于存在的问题，可以通过选择合理的气体组成、等离子处理工艺条件等参数的确定， 通过经远程等离子处理后，待处理材料表面发生化学反应而达到改性目的，可以改变待处理材料表面的亲水性/憎水性、粘接性、吸湿性、反应性及生物相容性，从而拓展材料的应用领域。
附图是本发明的一种远程等离子表面改性的方法处理示意图其中1是改性气体与载流气体2是放电区3是放置距离4是排气抽真空5是待处理样品6是电源
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。如附图所示，本发明所述的一种远程等离子表面改性的方法，先将待处理样品5 放置于等离子设备中，放置位置为顺气流方向距放电区2某一放置距离3处，然后将等离子设备排气抽真空4后，将改性气体与载流气体1按合理的体积比例同时引入到等离子体设备中，在电源6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已失活，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IX 10_2 5X 10_2Pa。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IOW 100W，所述的电场作用的时间为5 120s。如上所述的一种远程等离子表面改性的方法，所述的改性气体与载流气体气体同时引入到等离子体中的压强为5 lOOPa。实施例1将规格为73dtex/192f的圆形截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区5cm处，将等离子抽至真空度为1 X 10 ,以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为10%，气体压强为 5Pa，放电功率为1001，经&放电处理后得到改性纤维；处理后材料的回潮率为1. 1%。实施例2将规格为73dtex/192f的圆形截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区60cm处，将等离子抽至真空度为5X10_2Pa，以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为90%，气体压强为 lOOPa，放电功率为100W，经120s放电处理后得到改性纤维；处理后材料的回潮率为4. 4% 0
实施例3将LDPE薄膜放置于顺气流方向下游距等离子放电区20cm处，将等离子抽至真空度为1 X IO-2Pa,以氧气为载流气体，硫化氢气体为改性气体，将氧气/硫化氢作为混合气体通入等离子中，硫化氢体积含量为60%，气体压强为50Pa，放电功率为70W，经50s放电处理后得到改性薄膜；处理后材料的接触角由105°减少至30°。实施例4将LDPE薄膜放置于顺气流方向下游距等离子放电区20cm处，将等离子抽至真空度为1 X IO-2Pa,以氢气为载流气体，氨气为改性气体，将氢气/氨气作为混合气体通入等离子中，氨气体积含量为70%，气体压强为80Pa，放电功率为80W，经IOOs放电处理后得到改性薄膜；处理后材料的接触角由105°减少至20°。实施例5将PVA薄膜放置于顺气流方向下游距等离子放电区30cm处，将等离子抽至真空度为1 X IO-2Pa,以氢气为载流气体，三氯氢硅为改性气体，将氢气/三氯氢硅作为混合气体通入等离子中，三氯氢硅体积含量为40 %，气体压强为60 ，放电功率为60W，经50s放电处理后得到改性薄膜；处理后材料的接触角由15°增加至70°。实施例6将PVA薄膜放置于顺气流方向下游距等离子放电区40cm处，将等离子抽至真空度为IX 10_2Pa，以氢气为载流气体，四氯化硅为改性气体，将氢气/四氯化硅作为混合气体通入等离子中，四氯化硅体积含量为60%，气体压强为lOOPa，放电功率为80W，经70s放电处理后得到改性薄膜；处理后材料的接触角由15°增加至85°。实施例7将PVA薄膜放置于顺气流方向下游距等离子放电区50cm处，将等离子抽至真空度为IX 10_2Pa，以氢气为载流气体，六甲基硅烷为改性气体，将氢气/六甲基硅烷作为混合气体通入等离子中，六甲基硅烷体积含量为80%，气体压强为90Pa，放电功率为100W，经75s 放电处理后得到改性薄膜；处理后材料的接触角由15°增加至95°。
权利要求
1.一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，对等离子设备抽真空，然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，在电场作用下放电产生等离子，所产生的等离子在待改性材料表面进行反应而达到改性作用，其特征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放置距离；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1X10—2 5X10_2Pa。
2.根据权利要求1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。
3.根据权利要求1所述的一种远程等离子表面改性的方法，其特征在于，所述的载流气体为氧气、空气、氮气或氢气。
4.根据权利要求1所述的一种远程等离子表面改性的方法，其特征在于，所述电场的放电功率为low 100W，所述的电场作用的时间为5 120s。
5.根据权利要求1所述的一种远程等离子表面改性的方法，其特征在于，所述的改性气体与载流气体气体同时引入到等离子体中的压强为5 lOOPa。
全文摘要
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，即待处理材料不直接放置于等离子放电区，而是放置于顺气流方向的下游，距等离子放电区某一放置距离，先将待处理样品放置于等离子设备，对等离子设备抽真空，然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，在电场作用下放电产生等离子，所产生的等离子在待改性材料表面进行反应而达到改性作用，其特征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放置距离。本发明的一种材料表面改性的方法，经过远程等离子处理，材料的表面发生的显著改变，而其力学性能基本保持稳定。
文档编号D06M10/06GK102409526SQ201110258879
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者丁建中, 汤方明, 沈风雷, 王丽丽, 陈国强 申请人:江苏恒力化纤股份有限公司