高分子化学chap9等离子体聚合浅析.ppt

3. 1 等离子体引发（诱导）聚合 值得提出的是，与离子有关的还有一类聚合，称为等离子体引发聚合（plasma-initiated polymerization） 激发单体蒸气，产生等离子体，使等离子活性基团与单体液面或固体表面接触，实现活性聚合而合成高分子。 单体必须有能聚合的结构 单体 在等离子体中先形成活性中心（引发） 然后在常态下进行聚合 等离子体引发聚合的链引发、增长、转移、终止、再引发的全过程与等离子体聚合完全不同 引发反应 增长反应 终止反应 在气相中 在凝聚相内 通常，在进行此类聚合时，用等离子体照射数秒至数分钟 在适当温度下进行聚合反应 聚合过程 类似于自由基 聚合中的 热引发和光引发 聚合产物 与等离子体聚合不同，等离子体引发聚合可以不破坏单体的结构，合成直链超高分子量聚合物或结晶性聚合物 从高分子合成化学的角度来看，其实质是利用非平衡等离子体作为引发聚合反应的能源，尽可能保持起始单体的化学结构而使之聚合 等离子体作为一种特殊的引发方式，其聚合反应可以在合成新的功能性高分子方面发挥作用 * * * * * */38 * 第九章 等离子体聚合 高分子化学之 南京大学高分子系 王 昭 群 1. 引 言 1. 1 等离子体在高分子化学上的应用 等离子体的作用 通过适当选择等离子体的气体种类和等离子体化条件，能够对高分子表面层的化学结构或物理结构进行目的性改性 聚合 表面处理 等离子体聚合 等离子体引发聚合 利用等离子体中的电子、离子、自由基及激发态分子等各种活性粒子使单体聚合的方法 等离子体的作用仅仅在极浅表面层（10 nm）而不会对高分子主体的性质产生本质的影响 上世纪80年代以来，通过等离子体聚合方法制得的有机高分子薄膜与LB（Langmuir-Blodgett）法、电解聚合法所制得的薄膜一样，因可作为电阻或绝缘膜等电子材料、光学材料、分离膜材料等功能性膜而十分引人注目 湿润性 粘接性 耐磨损性 防水性 抗静电性 生物相容性 光学特性 ? ? ? ? ? ? 应用广泛 表面刻蚀 表面层交联 表面化学修饰 接枝聚合 等离子体聚合涂层 ? ? ? ? ? ? 1. 2 等离子体相关概念 随着外界供给物质的能量的增加，物质的状态将发生由固体到液体再到气体的转变 如进一步给气体以能量，则气体原子中的价电子可以脱离原子而成为自由电子，原子成为正离子 电子 正离子 原子 受激原子 混合体 中性粒子 等离子体 如气体中有较多的原子被电离，则原来是单一原子的气体变为含有电子、正离子和中性粒子的混合体 表面呈中性 正离子与电子所带电荷相等 （1）等离子体 粒子动能 温度 固体 液体 气体 等离子体 等离子体的能量最高，被看作物质的 第四种状态 （2）低温等离子体 等离子体中的电子具有很大的动能，故电子温度极高（温度与动能成正比），可达104~105K Te Tg 相当 Te Tg 电子温度 气体温度 平衡等离子体 或高温等离子体 非平衡等离子体 或低温等离子体 高分子化合物在此温度下都会发生热分解，不适用于高分子化学 高分子化学领域所利用的即为低温等离子体 1. 3 低温等离子体的作用及实验装置 （1）作用原理 如果将等离子体中的能量与分子中典型的键能及中性原子和分子的离子化能相比较，它们有良好的对应。如，辉光放电生成的电子能量约为5 eV，而有机化合物的各种键能约在4 eV左右。因此，当分子暴露于等离子体的环境中时，处于等离子态的各种活性中的能量足以引起共价键的断裂 电子能量 有机化合物的各种键能 实现等离子体聚合的基础 利用等离子体中的电子、离子、自由基及激发态分子等各种活性粒子使单体聚合 低温等离子体具有与高分子化学反应 相匹配的能量水平 等离子体聚合 等离子体主要通过很多种放电的方法产生 （2）装置 放电等离子体 低温等离子体 高温等离子体 辉光放电 电晕放电 直流放电 高频放电 微波放电 等离子体聚合的实验装置一般由反应部、电源部、匹配网络、真空系统、气体控制系统组成。大体上是将一真空器（1mmHg）置于高频电场中，电极放在容器中或容器外，向容器中通入单体，在几百至几千伏的电极间气体被等离子化，从而发生聚合反应 Fig 管式反应器示意图 单体M 真空泵P S 电源 基体 生成的聚合物逐渐沉积于预先放置的基体上 具体的反应器一般有钟罩型和管式两种 2. 聚合机理及其总体特征 2. 1 聚合过程及特征 等离子体聚合是一般通过辉光放电造成低温等离子状态，