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第七章 聚合物的电晕放电处理方法

1、引言:
a.一般物质存在三态,固态、液态和气态。等离子体状态时物质的第四态,等离子体是1928年由Langmuir命名的,它由几乎相同的电子密度的带正电荷的颗粒和带负电荷的电子组成,整体式电中性的,获得等离子体状态的最简单方式是在气体状态下诱导放电;
b.电晕放电处理是一种等离子体处理,等离子体可大致分为两大类:平衡和非平衡的等离子体,这些非平衡等离子体常用于化学应用,又称为低温等离子体或冷等离子体,它又可以分为两类:常规低压低温等离子体和大气压下电晕放电,其中前者广泛应用于材料表面的化学改性,特别是在半导体工业和聚合物上;
c.流动放电时最广泛制备低温等离子体的应用技术,这种方法的典型实例为CASING(用惰性气体的活性种交联)技术,放电产生的活性气体物质与待处理的聚合物表面反应并诱发交联,如果样品放置在电极之间,样品的表面将受到高温电子的轰击和活性气体的攻击,采用的电极类型可分为容量型(电容器)和诱导型(电感线圈),与使用的各种电源(直流电、商用交流电及高频率)对应;

2、试验结果:
a.电晕放电处理的主要优点是不需要真空系统,设备投资比常规低温等离子体装置低很多,因而电晕处理在早期用作改善聚合物表面的润湿和印刷性能;
b.电晕放电处理主要用于聚烯烃的表面处理,如改善聚乙烯的自粘性,此外,在氧或含氧气体的电晕处理中发现形态的变化,表面粗糙度和树枝的大小随处理时间增加,粘接前木材表面经过电晕处理后与聚乙烯或聚苯乙烯的热粘接性能得到改善;
c. 电晕放电处理时,要掌握最佳处理程度,过犹不及,另外冷却速率也会影响电晕放电处理的效果;

3、电晕处理机理:为解释电晕放电处理效果已经提出了两种理论:驻极体形成理论和化学变化理论:
a.电中性的分子在同一分子中具有正电荷和负电荷,所有分子由于外部影响在材料的表面产生取向,表面存在正电荷或负电荷,这种状态称为驻极体,这种驻极体通过电场力产生的自粘接组成了驻极体形成理论;
b.随着新的表面分析技术的发展,表面化学变化的理论开始越来越被接受,但是由于还未弄清电晕放电处理产生真实影响的实质,两种理论还在互相竞争。
c.核磁共振NMR广泛应用于测定有机化合物的化学结构,但对等离子体处理材料的表面分析没有价值,表面处理的分析方法是接触角的测量、染料的吸附、红外光谱、X射线光电谱XPS、高分辨率电子能损耗光谱HREELS、显微镜观察器(原子作用显微镜AFM、扫描电镜SEM等);

4、最近的发展趋势:
a.最近电晕放电处理的研究与应用发生了很大的变化,关于聚烯烃处理的报告已经大量发表,但报告的研究数量已经减少,研究了电晕放电处理对于氟聚合物、热塑性纤维和织物的影响,许多关于常规低温等离子体的论文目前正在出版;
b.电晕放电处理应用的报道比常规的低温等离子体应用少,原因是常规低温处理等离子体处理效果的多样性比电晕处理要多得多;
c.电路技术的发展使控制电流的波形成为可能,高压多脉冲电源现已获应用,因此大家期望产生一些新的应用;
d.电晕放电处理在气体选择方面的研究正在进行,如用乙炔气或氢气在大气压力下的化学气相沉积CVD,但它们的工业应用的可能性还不明朗。(Anndi注: 好像CVD此方法目前在半导体工业的前端及相关领域有着广泛的应用,此书著于九十年代,故有此说法)

5、结论:电晕放电处理在大气条件进行,并且通过氧化反应用于聚合物表面改性,由于常规低温等离子体的发展,电晕处理的研究报告已经减少,现在因电子线路技术的进步,控制电流的波形已经成为可能,电晕处理可以转变成在大气压力下使用选择气体的低温等离子体处理,这种等离子体技术不仅对聚合物表面处理,而且对化学气相沉积都是有用的,电晕处理的主要优点是系统不需要真空处理。

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