低溫等離子體技術在表面改性中的應用；

具有工藝簡單、操作方便、加工速度快、處理效果好、環境污染小、節能等優點，在表面改性中廣泛的應用。

2.1?表面處理

通過低溫等離子體表面處理，材料表面發生多種的物理、化學變化，或產生刻蝕而粗糙，或形成致密的交聯層，或引入含氧極性基團，使親水性、粘結性、可染色性、生物相容性及電性能分別得到改善。用幾種常用的等離子體對硅橡膠進行表面處理，結果表明N2、Ar、O2、CH4-O2及Ar-CH4-O2等離子體均能改善硅橡膠的親水性，其中CH4-O2和Ar-CH4-O2的效果更佳，且不隨時間發生退化［6］。英國派克制筆公司將等離子體技術用于控制墨水流量塑料元件的改性工藝中，提高了塑料的潤濕率。

文獻［7～9］表明，用低溫等離子體在適宜的工藝條件下處理PE、PP、PVF2、LDPE等材料，材料的表面形態發生的顯著變化，引入了多種含氧基團，使表面由非極性、難粘性轉為有一定極性、易粘性和親水性，有利于粘結、涂覆和印刷。

塑料、橡膠、纖維等高分子材料在成形過程中加入的增塑劑、引發劑及殘留單體和降解物等低分子物質很容易析出而匯集于材料表面，形成無定形層，使潤濕性等性能變差。尤其對醫用材料，低分子物滲出會影響到生物機體的正常功能。低溫等離子體技術可在高分子材料表面形成交聯層，成為低分子物滲出的屏障。李瑛等［10］采用不同等離子體改性PI、PET、PP薄膜，發現經處理的薄膜表面電阻降低了2～4個數量級，材料的介電損耗和介電常數也發生了變化。將該技術運用于微電子技術領域，可使電子元件的連接線路體積大為縮小，運行可靠性明顯提高。

2.2?表面聚合

大多數有機物氣體在低溫等離子體作用下，聚合并沉積在固體表面形成連續、均勻、無針孔的超薄膜，可用作材料的防護層、絕緣層、氣體和液體分離膜以及激光光導向膜等，應用于光學、電子學、醫學等許多領域。

以聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯塑料均可制成價廉且易于加工的光學透鏡，但其表面硬度太低，易產生劃痕。采用有機氟或有機硅單體，采用低溫等離子體聚合技術在透鏡表面沉積出10nm的薄層，可改善其抗劃痕性和反射指數［6］。國外還有等離子體化學氣相沉積技術應用于塑料窗用玻璃、汽車百葉窗和氖燈、鹵天燈的反光鏡的報道。

等離子體聚合膜具有多種性能，可使同樣的基材應用于很多領域。在金屬和塑料上涂類金剛石碳耐磨涂料的化學氣相沉積技術是把含碳氣體導入等離子體中，該涂層耐化學藥品、無針孔、不滲透，能防止各種化學藥品侵蝕基材。同樣還可將減摩涂料涂于擋風玻璃雨刮器上，或將低摩涂層涂于計算機磁盤上以降低磁頭磁撞。

等離子聚乙烯膜沉積于硅橡膠表面后，硅橡膠對氧氣的透過系數明顯降低。由含氮單體制備反滲透膜，最高可阻出98%的食鹽。生物體內的緩釋藥物一般采用高分子微囊，亦可采用等離子體聚合技術在微囊表面形成反滲透膜層。

等離子體聚合物膜在傳感元件上的應用研究表明，放電功率等因素對膜電阻值有較大影響。用各種乙烯基單體和Ar輝光放電處理織物，其疏水性及染色性能在極短時間里便有改善。

2.3?表面接枝

以等離子體接枝聚合進行材料表面改性，接枝層同表面分子以共價鍵結合，可獲得優良、耐久的改性效果。美國曾將聚酯纖維進行輝光放電等離子體處理與丙烯酸接枝聚合，改性后纖維吸水性大幅度提高，同時抗靜電性能也有改善。白敏冬等［5］用Ar等離子體處理尼龍綢表面，引入丙烯酸，接枝聚合使尼龍綢抗靜電性增強。低溫等離子體接枝改性毛織物原料及成品，可改善毛絨表面性能、增強著色性、軟化織物、降低縮水率，且毛織物本體不受影響［11］。滌綸纖維堅固耐穿，但其結構緊密、吸水性差、難染色，王雪燕［12］等用低溫氮等離子體引發丙烯酰胺對滌綸織物進行接枝改性，接枝后滌綸織物的上染百分率、染色深度及親水性都有明顯提高。

低溫等離子體對醫用材料表面處理，可引入氨基、羰基等基團，生物活性物質與這些基團接枝反應可固定于材料表面。用等離子體處理聚丙烯膜，引入氨基，再通過共價鍵接枝，固定上葡萄糖氧化酶，經測定，接枝率分別達52μg/cm2和34μg/cm2

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2 低溫等離子體在對聚合物材料的表面改性中的應用

聚合物材料由于具有良好的性能而廣泛地應用于包裝、航空、印刷、生醫、微電子、汽車、紡織等行業.但日益增長的工業發展水平對聚合物材料的表面性能如粘附性、浸潤性、阻燃性、電學性能等提出了更高的要求,利用等離子體對其進行表面改性已經引起研究人員的廣泛興趣.聚合物材料的浸潤性與許多領域有關,如印刷、噴涂和染色等.但由于聚合物材料表面自由能低,故而導致浸潤性能不好.用化學的方法來改善其特性不但會損壞聚合物基質,而且還會放出大量有毒性的水,同時還需消耗大量的能量,成本高;而用低溫等離子體處理克服了這些缺點,即省水省電又不污染環境.

超高系數聚乙烯纖維(UHMPE)由于具有密度低、張力模量高等很好的紡織特性且對沖撞能量有吸收能力,故被廣泛應用于許多合成材料中.但其有表面惰性,在合成材料中吸附能力差.低溫等離子體可以提高UHMPE纖維化合物的粘附性.用氧氣、氮氣、氦氣、氬氣、氫氣和甲烷等離子體來處理聚乙烯對苯二甲酸脂即PET,結果表明,PET膜的浸潤性可以得到提高,其改善程度取決于氣體種類.

在金屬表面上聚合有機物或使聚合物的表面金屬化都涉及到聚合物與金屬之間的粘附性問題.如具有好的熱穩定性,低介電常數的氟塑料聚合物的表面金屬化在微電子工業領域中有很好的應用潛力.但由于大多數氟聚合物的物理和化學上的惰性,使得金屬在其上的粘附能力很低。

采用機械粗糙法,氧氣、氮氣、氬氣低壓等離子體和產生中間層法對聚丙烯進行處理,研究金屬在其上的粘附特性,結果是機械粗糙法在提高聚丙烯與銅之間的粘附力方面有效,但等離子處理會導致更好的結果,尤其是Ar等離子體.用等離子體聚合丙烯酸中間層含有C―O鍵表現出非常強的粘附性.

聚合物膜可分為極性聚合膜和非極性聚合膜.非極性聚合膜的電介體在生物和醫藥領域作用很大,但其電核存儲能力和存儲穩定性并不令人滿意,而極性聚合膜的電介特性很好,但價格昂貴,因此從實用出發,如何提高非極性膜的電特性是很有價值的研究工作.用SF6,O2和Air等離子體對聚丙烯膜表面處理?,由于改性過程中有隧道效應,增加了表面阱密度,尤其是C―F,?C?C?,?C?O鍵的引入,就像一個深阱一樣可以使得存儲電核的能力和穩定性提高了50%.

聚合物廣泛應用于建筑材料、交通和電子工程中,但由于其獨特的化學組成而易于燃燒,故阻燃性成為很重要的需求.在聚酰氨6聚合物表面上用等離子體聚合法形成1層50μm厚的聚硅氧烷,使熱傳導率下降30%,且產生了許多不完全阻燃反應.

3 低溫等離子體在醫用功能材料的表面改性中的應用

由于低溫等離子體的獨特特性,最近幾年在生物醫藥領域中已經引起人們越來越多的注意和興趣.如用等離子體殺菌;分離薄膜的等離子體改性,用于降低蛋白質的吸附解決薄膜的污染問題;在玻璃基片上用等離子體噴涂,或將粒子束輔助沉積與物理氣相沉積中離子注入相結合;在鈦金屬上形成含羥基的磷灰石來研究骨移植;研究可用做生物材料的有機化合物、金屬、聚合物等材料的生物相容性.

利用聚合物、金屬材料制成的生物功能材料已廣泛應用于人造器官、組織移植、血管手術等方面.由于血液對異體材料非常敏感,故材料的血液相容性在生物相容性中非常重要,這直接關系到臨床使用的安全性和有效性.研究表明血液相容性與材料基片的表面特性如表面親水性、表面的化學組成有關.?經過二氧化硫等離子體處理后,纖維蛋白的吸附由原先的95%下降到54%,血小板的吸附也大大下降,材料的血液相容性得到提高.又如,有一些研究小組在材料中引入某些功能團如磷,可以提高生物環境與功能材料間的血液相容性。

最近,等離子體技術在生物醫藥領域中又有一個新的應用趨勢,即等離子體化學微圖形技術.用于移植、組織培養或其他用途的人造生物材料必須與所處的生物環境有生物相容性.提高聚合物材料生物相容性的早期方法是準備含與細胞外介質(ECM)相似的氮和氧的功能團的基片.目前,在發展需粘附細胞的生物相容性表面時,集中在固定ECM蛋白質于基片表面上.對于那些不需要粘附細胞,如血細胞的材料表面改性所使用的技術是產生具有高度惰性的表面,如氟化的碳氫化合物,或具有生物活性的分子禁止細胞固著,或產生具有高度親水性的基團等.如果對于整個微圖形表面生物相容性或生物惰性都能得到保證,那么微圖形細胞培養可以在生物工程中發揮極大的作用.

可以咨詢等離子清洗機的廠家詢問，國內啟天做得不錯。

標簽：等離子體聚合物改性