專利名稱：一種遠程等離子表面改性的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種材料表面改性的方法，特別是涉及一種遠程等離子表面改性的方法。
背景技術：
等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，是由大量電子、陽離子、自由基組成，這些具有高活性及高能量的微觀粒子可以與材料表面發(fā)生作用，從而在不改變材料本體性能的基礎上，賦予材料以新的特性，如粘接性、反應性、生物相容性、吸水性等，從而大幅度拓展材料的使用領域。目前在材料改性領域中較為常用的是低溫等離子改性，通常在真空條件下，利用電容或電感激發(fā)產(chǎn)生等離子，從而對放置于等離子放電區(qū)中的材料表面進行改性。但在利用這些常規(guī)等離子處理材料時，由于等離子條件受到電場強度、壓力變化等顯著影響，在等離子體中電子能量具有較寬的分布，含有部分高能粒子，因此會造成等離子解離，使材料性能發(fā)生劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用遠程等離子來進行材料表面處理即可有效地解決現(xiàn)有技術存在的問題。遠程等離子是指將待處理的材料不直接放置在等離子放電區(qū)，而是放置于沿氣流方向等離子放電區(qū)下游某一距離處，由此，在產(chǎn)生的等離子中的各種活性粒子、高能粒子并不直接與待處理的材料表面接觸，這些活性粒子、高能粒子可能隨處理氣體一起運動，由于高能粒子的壽命較短，而活性粒子的壽命較長，因此，在這些粒子隨著處理氣體的運動過程中， 只有活性粒子可以到達待處理材料表面，由此，既可以避免由于高能粒子的轟擊、刻蝕所造成的材料性能的劣化，同時又能使材料表面進行相應的改性，因此遠程等離子表面改性對聚合物特別適宜。相對于金屬和陶瓷材料而言，聚合物材料中原子間作用力相對較弱且存在部分易反應官能團，聚合物材料的這些特點決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，表面發(fā)生一系列的反應而賦予材料表面與本體完全不同的性質(zhì)，從而拓展材料的用途；另一方面，也造成材料易受到高能粒子的作用，使材料表面出現(xiàn)缺陷，對材料的性能，如力學性能、老化性能、熱穩(wěn)定性造成明顯損傷，特別是對一維材料如纖維、二維材料如薄膜等的影響更為顯著，因此限制了常規(guī)等離子處理在這些材料表面改性的應用。 遠程等離子正是能克服這些缺點，主要是通過活性粒子賦予材料表面的反應活性，而避免了高能粒子對材料表面的轟擊而造成材料其它性能的影響。針對具體的材料和使用要求， 可以選擇合適的載流氣體和反應氣體，確定相應的工藝條件，達到相應的改性要求，通過在遠程等離子中通入二氧化硫、硫化氫和氧氣或空氣，可以在材料表面引入磺酸基極性基團， 通過在遠程等離子中通入氨氣和氫氣或氮氣，可以在材料表面引入氨基極性基團，從而可以增加材料表面的親水性；在遠程等離子中引入三氯氫硅、四氯化硅或六甲基硅烷等含硅氣體和氫氣，可以在材料表面引入含硅層，從而改變材料表面的親水性及透濕性和透氣性。 因此，采用遠程等離子，通過改變合適的工作條件，可以將親水性表面改性成憎水性表面或?qū)⒃魉员砻娓男猿捎H水性表面、可以在材料表面反應而生成保護膜以改變材料表面的生物相容性、可以改變材料的透濕性及透氣性等。本發(fā)明的一種遠程等離子表面改性的方法，先將待處理樣品放置于等離子設備中，放置位置為順氣流方向距放電區(qū)某一放置距離處，然后將等離子設備抽至一定的真空后，將改性氣體與載流氣體按合理的體積比例同時引入到等離子體設備中，在電源引發(fā)的電場作用下放電產(chǎn)生等離子，所產(chǎn)生的高能粒子等微觀粒子可隨著改性氣體向下游運動， 由于高能粒子壽命較短而活性粒子壽命較長，在選擇合適的放置距離后，活性粒子可以到達待改性材料表面進行反應而達到改性作用，高能粒子在到達等改性材料表面之前即己失活，對材料表面不產(chǎn)生刻蝕等不利影響；由此，通過本發(fā)明所述的遠程等離體表面改性方法，可以達到利用等離子優(yōu)點在材料表面進行改性的目的，同時又克服了傳統(tǒng)等離子體會對材料表面進行刻蝕的不利作用，從而擴大了等離子在材料表面改性領域的應用；本發(fā)明所述的一種遠程等離子表面改性的方法，是將待改性物體放置于順氣流方向下游距離等離子放電區(qū)一定距離；所述的一定距離為5 60cm ；所述的合理的體積比例為改性氣體的體積占改性氣體與載流氣體總體積的 10% 90% ；所述的真空是指真空度為1 X 10_2 5 X IO-2Pa0作為優(yōu)選的技術方案如上所述的一種遠程等離子表面改性的方法，其特征在于，所述的改性氣體為二氧化硫、硫化氫、氨氣、三氯氫硅、四氯化硅或六甲基硅烷。如上所述的一種遠程等離子表面改性的方法，所述的載流氣體為氧氣、空氣、氮氣或氫氣。如上所述的一種遠程等離子表面改性的方法，所述電場的放電功率為IOW 100W，所述的電場作用的時間為5 120s。如上所述的一種遠程等離子表面改性的方法，所述的改性氣體與載流氣體氣體同時引入到等離子體中的壓強為5 lOOPa。有益效果本發(fā)明的一種遠程等離子表面改性的方法可以避免由于高能粒子的轟擊、刻蝕所造成的材料性能的劣化，同時又能使材料表面進行相應的改性，因此遠程等離子表面改性對聚合物特別適宜。針對各種聚合物各自的結(jié)構(gòu)和性能特性，特別是對各種材料的使用要求及由于存在的問題，可以通過選擇合理的氣體組成、等離子處理工藝條件等參數(shù)的確定， 通過經(jīng)遠程等離子處理后，待處理材料表面發(fā)生化學反應而達到改性目的，可以改變待處理材料表面的親水性/憎水性、粘接性、吸濕性、反應性及生物相容性，從而拓展材料的應用領域。


附圖是本發(fā)明的一種遠程等離子表面改性的方法處理示意圖其中1是改性氣體與載流氣體2是放電區(qū)3是放置距離4是排氣抽真空5是待處理樣品6是電源
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如附圖所示，本發(fā)明所述的一種遠程等離子表面改性的方法，先將待處理樣品5 放置于等離子設備中，放置位置為順氣流方向距放電區(qū)2某一放置距離3處，然后將等離子設備排氣抽真空4后，將改性氣體與載流氣體1按合理的體積比例同時引入到等離子體設備中，在電源6引發(fā)的電場作用下放電產(chǎn)生等離子，所產(chǎn)生的高能粒子等微觀粒子可隨著改性氣體向下游運動，由于高能粒子壽命較短而活性粒子壽命較長，在選擇合適的放置距離后，活性粒子可以到達待改性材料表面進行反應而達到改性作用，高能粒子在到達等改性材料表面之前即已失活，對材料表面不產(chǎn)生刻蝕等不利影響；由此，通過本發(fā)明所述的遠程等離體表面改性方法，可以達到利用等離子優(yōu)點在材料表面進行改性的目的，同時又克服了傳統(tǒng)等離子體會對材料表面進行刻蝕的不利作用，從而擴大了等離子在材料表面改性領域的應用；本發(fā)明所述的一種遠程等離子表面改性的方法，是將待改性物體放置于順氣流方向下游距離等離子放電區(qū)一定距離；所述的一定距離為5 60cm ；所述的合理的體積比例為改性氣體的體積占改性氣體與載流氣體總體積的 10% 90% ；所述的真空是指真空度為IX 10_2 5X 10_2Pa。如上所述的一種遠程等離子表面改性的方法，其特征在于，所述的改性氣體為二氧化硫、硫化氫、氨氣、三氯氫硅、四氯化硅或六甲基硅烷。如上所述的一種遠程等離子表面改性的方法，所述的載流氣體為氧氣、空氣、氮氣或氫氣。如上所述的一種遠程等離子表面改性的方法，所述電場的放電功率為IOW 100W，所述的電場作用的時間為5 120s。如上所述的一種遠程等離子表面改性的方法，所述的改性氣體與載流氣體氣體同時引入到等離子體中的壓強為5 lOOPa。實施例1將規(guī)格為73dtex/192f的圓形截面聚酯FDY纖維放置于順氣流方向下游距等離子放電區(qū)5cm處，將等離子抽至真空度為1 X 10 ,以氧氣為載流氣體，二氧化硫為改性氣體，將氧氣/ 二氧化硫作為混合氣體通入等離子中，二氧化硫體積含量為10%，氣體壓強為 5Pa，放電功率為1001，經(jīng)&放電處理后得到改性纖維；處理后材料的回潮率為1. 1%。實施例2將規(guī)格為73dtex/192f的圓形截面聚酯FDY纖維放置于順氣流方向下游距等離子放電區(qū)60cm處，將等離子抽至真空度為5X10_2Pa，以氧氣為載流氣體，二氧化硫為改性氣體，將氧氣/ 二氧化硫作為混合氣體通入等離子中，二氧化硫體積含量為90%，氣體壓強為 lOOPa，放電功率為100W，經(jīng)120s放電處理后得到改性纖維；處理后材料的回潮率為4. 4% 0
實施例3將LDPE薄膜放置于順氣流方向下游距等離子放電區(qū)20cm處，將等離子抽至真空度為1 X IO-2Pa,以氧氣為載流氣體，硫化氫氣體為改性氣體，將氧氣/硫化氫作為混合氣體通入等離子中，硫化氫體積含量為60%，氣體壓強為50Pa，放電功率為70W，經(jīng)50s放電處理后得到改性薄膜；處理后材料的接觸角由105°減少至30°。實施例4將LDPE薄膜放置于順氣流方向下游距等離子放電區(qū)20cm處，將等離子抽至真空度為1 X IO-2Pa,以氫氣為載流氣體，氨氣為改性氣體，將氫氣/氨氣作為混合氣體通入等離子中，氨氣體積含量為70%，氣體壓強為80Pa，放電功率為80W，經(jīng)IOOs放電處理后得到改性薄膜；處理后材料的接觸角由105°減少至20°。實施例5將PVA薄膜放置于順氣流方向下游距等離子放電區(qū)30cm處，將等離子抽至真空度為1 X IO-2Pa,以氫氣為載流氣體，三氯氫硅為改性氣體，將氫氣/三氯氫硅作為混合氣體通入等離子中，三氯氫硅體積含量為40 %，氣體壓強為60 ，放電功率為60W，經(jīng)50s放電處理后得到改性薄膜；處理后材料的接觸角由15°增加至70°。實施例6將PVA薄膜放置于順氣流方向下游距等離子放電區(qū)40cm處，將等離子抽至真空度為IX 10_2Pa，以氫氣為載流氣體，四氯化硅為改性氣體，將氫氣/四氯化硅作為混合氣體通入等離子中，四氯化硅體積含量為60%，氣體壓強為lOOPa，放電功率為80W，經(jīng)70s放電處理后得到改性薄膜；處理后材料的接觸角由15°增加至85°。實施例7將PVA薄膜放置于順氣流方向下游距等離子放電區(qū)50cm處，將等離子抽至真空度為IX 10_2Pa，以氫氣為載流氣體，六甲基硅烷為改性氣體，將氫氣/六甲基硅烷作為混合氣體通入等離子中，六甲基硅烷體積含量為80%，氣體壓強為90Pa，放電功率為100W，經(jīng)75s 放電處理后得到改性薄膜；處理后材料的接觸角由15°增加至95°。
權(quán)利要求
1.一種遠程等離子表面改性的方法，先將待處理樣品放置于等離子設備，對等離子設備抽真空，然后將改性氣體與載流氣體按合理的體積比例同時引入到等離子體設備中，在電場作用下放電產(chǎn)生等離子，所產(chǎn)生的等離子在待改性材料表面進行反應而達到改性作用，其特征是將待改性物體放置于順氣流方向下游距離等離子放電區(qū)一定放置距離；所述的一定距離為5 60cm ；所述的合理的體積比例為改性氣體的體積占改性氣體與載流氣體總體積的10% 90% ；所述的真空是指真空度為1X10—2 5X10_2Pa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠程等離子表面改性的方法，其特征在于，所述的改性氣體為二氧化硫、硫化氫、氨氣、三氯氫硅、四氯化硅或六甲基硅烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠程等離子表面改性的方法，其特征在于，所述的載流氣體為氧氣、空氣、氮氣或氫氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠程等離子表面改性的方法，其特征在于，所述電場的放電功率為low 100W，所述的電場作用的時間為5 120s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠程等離子表面改性的方法，其特征在于，所述的改性氣體與載流氣體氣體同時引入到等離子體中的壓強為5 lOOPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種材料表面改性的方法，特別是涉及一種遠程等離子表面改性的方法，即待處理材料不直接放置于等離子放電區(qū)，而是放置于順氣流方向的下游，距等離子放電區(qū)某一放置距離，先將待處理樣品放置于等離子設備，對等離子設備抽真空，然后將改性氣體與載流氣體按合理的體積比例同時引入到等離子體設備中，在電場作用下放電產(chǎn)生等離子，所產(chǎn)生的等離子在待改性材料表面進行反應而達到改性作用，其特征是將待改性物體放置于順氣流方向下游距離等離子放電區(qū)一定放置距離。本發(fā)明的一種材料表面改性的方法，經(jīng)過遠程等離子處理，材料的表面發(fā)生的顯著改變，而其力學性能基本保持穩(wěn)定。
文檔編號D06M10/06GK102409526SQ201110258879
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者丁建中, 湯方明, 沈風雷, 王麗麗, 陳國強 申請人:江蘇恒力化纖股份有限公司