低溫等離子體技術(shù)在表面改性中的應(yīng)用；

具有工藝簡單、操作方便、加工速度快、處理效果好、環(huán)境污染小、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在表面改性中廣泛的應(yīng)用。

2.1?表面處理

通過低溫等離子體表面處理，材料表面發(fā)生多種的物理、化學(xué)變化，或產(chǎn)生刻蝕而粗糙，或形成致密的交聯(lián)層，或引入含氧極性基團(tuán)，使親水性、粘結(jié)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(jìn)行表面處理，結(jié)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(shí)間發(fā)生退化［6］。英國派克制筆公司將等離子體技術(shù)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(xiàn)［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(tài)發(fā)生的顯著變化，引入了多種含氧基團(tuán)，使表面由非極性、難粘性轉(zhuǎn)為有一定極性、易粘性和親水性，有利于粘結(jié)、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(fā)劑及殘留單體和降解物等低分子物質(zhì)很容易析出而匯集于材料表面，形成無定形層，使?jié)櫇裥缘刃阅茏儾睢Ｓ绕鋵︶t(yī)用材料，低分子物滲出會影響到生物機(jī)體的正常功能。低溫等離子體技術(shù)可在高分子材料表面形成交聯(lián)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(fā)現(xiàn)經(jīng)處理的薄膜表面電阻降低了2～4個(gè)數(shù)量級，材料的介電損耗和介電常數(shù)也發(fā)生了變化。將該技術(shù)運(yùn)用于微電子技術(shù)領(lǐng)域，可使電子元件的連接線路體積大為縮小，運(yùn)行可靠性明顯提高。

2.2?表面聚合

大多數(shù)有機(jī)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(xù)、均勻、無針孔的超薄膜，可用作材料的防護(hù)層、絕緣層、氣體和液體分離膜以及激光光導(dǎo)向膜等，應(yīng)用于光學(xué)、電子學(xué)、醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域。

以聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯塑料均可制成價(jià)廉且易于加工的光學(xué)透鏡，但其表面硬度太低，易產(chǎn)生劃痕。采用有機(jī)氟或有機(jī)硅單體，采用低溫等離子體聚合技術(shù)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(shù)［6］。國外還有等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)應(yīng)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(bào)道。

等離子體聚合膜具有多種性能，可使同樣的基材應(yīng)用于很多領(lǐng)域。在金屬和塑料上涂類金剛石碳耐磨涂料的化學(xué)氣相沉積技術(shù)是把含碳?xì)怏w導(dǎo)入等離子體中，該涂層耐化學(xué)藥品、無針孔、不滲透，能防止各種化學(xué)藥品侵蝕基材。同樣還可將減摩涂料涂于擋風(fēng)玻璃雨刮器上，或?qū)⒌湍ν繉油坑谟?jì)算機(jī)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(shù)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(nèi)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(shù)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(yīng)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(shí)間里便有改善。

2.3?表面接枝

以等離子體接枝聚合進(jìn)行材料表面改性，接枝層同表面分子以共價(jià)鍵結(jié)合，可獲得優(yōu)良、耐久的改性效果。美國曾將聚酯纖維進(jìn)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(shí)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(qiáng)。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(qiáng)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(jiān)固耐穿，但其結(jié)構(gòu)緊密、吸水性差、難染色，王雪燕［12］等用低溫氮等離子體引發(fā)丙烯酰胺對滌綸織物進(jìn)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(yī)用材料表面處理，可引入氨基、羰基等基團(tuán)，生物活性物質(zhì)與這些基團(tuán)接枝反應(yīng)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(jià)鍵接枝，固定上葡萄糖氧化酶，經(jīng)測定，接枝率分別達(dá)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(yīng)用

聚合物材料由于具有良好的性能而廣泛地應(yīng)用于包裝、航空、印刷、生醫(yī)、微電子、汽車、紡織等行業(yè).但日益增長的工業(yè)發(fā)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(xué)性能等提出了更高的要求,利用等離子體對其進(jìn)行表面改性已經(jīng)引起研究人員的廣泛興趣.聚合物材料的浸潤性與許多領(lǐng)域有關(guān),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(dǎo)致浸潤性能不好.用化學(xué)的方法來改善其特性不但會損壞聚合物基質(zhì),而且還會放出大量有毒性的水,同時(shí)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(diǎn),即省水省電又不污染環(huán)境.

超高系數(shù)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(yīng)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?dú)狻⒑狻鍤狻錃夂图淄榈入x子體來處理聚乙烯對苯二甲酸脂即PET,結(jié)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(jī)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(wěn)定性,低介電常數(shù)的氟塑料聚合物的表面金屬化在微電子工業(yè)領(lǐng)域中有很好的應(yīng)用潛力.但由于大多數(shù)氟聚合物的物理和化學(xué)上的惰性,使得金屬在其上的粘附能力很低。

采用機(jī)械粗糙法,氧氣、氮?dú)狻鍤獾蛪旱入x子體和產(chǎn)生中間層法對聚丙烯進(jìn)行處理,研究金屬在其上的粘附特性,結(jié)果是機(jī)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(dǎo)致更好的結(jié)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(xiàn)出非常強(qiáng)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(yī)藥領(lǐng)域作用很大,但其電核存儲能力和存儲穩(wěn)定性并不令人滿意,而極性聚合膜的電介特性很好,但價(jià)格昂貴,因此從實(shí)用出發(fā),如何提高非極性膜的電特性是很有價(jià)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(yīng),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(gè)深阱一樣可以使得存儲電核的能力和穩(wěn)定性提高了50%.

聚合物廣泛應(yīng)用于建筑材料、交通和電子工程中,但由于其獨(dú)特的化學(xué)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(dǎo)率下降30%,且產(chǎn)生了許多不完全阻燃反應(yīng).

3 低溫等離子體在醫(yī)用功能材料的表面改性中的應(yīng)用

由于低溫等離子體的獨(dú)特特性,最近幾年在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中已經(jīng)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(zhì)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?qū)⒘Ｗ邮o助沉積與物理氣相沉積中離子注入相結(jié)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(jī)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(yīng)用于人造器官、組織移植、血管手術(shù)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(guān)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(xué)組成有關(guān).?經(jīng)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(tuán)如磷,可以提高生物環(huán)境與功能材料間的血液相容性。

最近,等離子體技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中又有一個(gè)新的應(yīng)用趨勢,即等離子體化學(xué)微圖形技術(shù).用于移植、組織培養(yǎng)或其他用途的人造生物材料必須與所處的生物環(huán)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(zhǔn)備含與細(xì)胞外介質(zhì)(ECM)相似的氮和氧的功能團(tuán)的基片.目前,在發(fā)展需粘附細(xì)胞的生物相容性表面時(shí),集中在固定ECM蛋白質(zhì)于基片表面上.對于那些不需要粘附細(xì)胞,如血細(xì)胞的材料表面改性所使用的技術(shù)是產(chǎn)生具有高度惰性的表面,如氟化的碳?xì)浠衔?或具有生物活性的分子禁止細(xì)胞固著,或產(chǎn)生具有高度親水性的基團(tuán)等.如果對于整個(gè)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(xì)胞培養(yǎng)可以在生物工程中發(fā)揮極大的作用.

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標(biāo)簽：等離子體聚合物改性