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PMMA氧等離子親水處理

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聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一種透明、無色、耐候性好的聚合物材料,在可見光波段下,PMMA的透過率高達92%,廣泛應用于透明塑料板、光導纖維、光學器件等領(lǐng)域。

PMMA表面由于低表面能和化學惰性,材料常常呈現(xiàn)出表面惰性和憎水性,難以潤濕和粘合,所以需要對聚甲基丙烯酸甲酯進行等離子表面處理,以此來改變其表面化學組成,增加其表面能,提高其表面潤濕性。

等離子體(Plasma)是指由部分的原子被電離所產(chǎn)生的電子和離子組成的離子化氣體狀的物質(zhì),它是除固體、液體、氣體之外,物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)。等離子體處理技術(shù)是指利用低溫等離子體中的活性粒子來轟擊高分子材料的表面,使材料表面分子的化學鍵被拆開,并與等離子體中的氮、氧等自由基結(jié)合,在材料表面形成大量如羧基、羥基等親水基團,顯著地提高材料表面的親水性和生物匹配性。

氧氣等離子處理PMMA

氧氣等離子體粒子產(chǎn)生的能量可引起聚合物內(nèi)的各種化學鍵(C-HC-NC=OC-CC=CCC發(fā)生斷裂或重新組合,致使大分子降解,PMMA材料表面和氧氣在等離子體作用下發(fā)生反應,形成C-O結(jié)構(gòu)。氧氣為反應性等離子體,參與表面化學反應,在PMMA材料表面引入含氧活性基團,并生成大量自由基,如圖1所示。

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圖1 PMMA氧氣等離子處理示意圖

PMMA氧氣等離子處理前后水滴角對比

液體在固體表面上形成液滴,當液滴達到平衡時,在氣、液、固三相交界處,氣-液界面和固-液界面之間的夾角稱為接觸角,用θ表示。接觸角越小,潤濕性越好。潤濕是粘附的必要條件,PMMA材料表面經(jīng)等離子體處理后水滴角如圖2所示,由于親水性含氧基團的存在,導致PMMA材料表面潤濕性明顯改善,有利于后續(xù)粘合,鍵合等工藝。

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圖2 左邊等離子處理前 右邊等離子處理后

PMMA等離子體表面親水改性技術(shù)是一種干法化學改性技術(shù),處理過程中不需要水,只涉及氣固兩相。發(fā)生反應時,粒子轟擊基體,可有效改變材料表面自由能、潤濕性等性能。等離子體處理工藝是發(fā)生在材料表面的,深度在幾至幾百納米之間,因此并不會改變材料基體性能;改性使用的氣體一般是氧氣、氬氣等,也不會產(chǎn)生有害氣體。

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