等离子体聚合(1).ppt

The Modern Methods and Technology of Polymer Synthesis 高分子现代合成方法与技术 第6章 等离子体聚合（4学时） 6.5.6 改善材料表面亲水性 等离子体引发亲水性单体接枝改性后的聚合物表面有两大优点：一是对亲水性的改善程 度更大，二是改性的结果不随时间衰减。由于高分子链的运动，采用一般等离子体处理中表面 引入的极性基因会随之转移到聚合物本体中，导致被改善的表面亲水性随时间衰减。而利用 等离子体引发接枝聚合反应，引入较长的亲水性高分子链，则能“固定”所需的亲水性能。 6.6 等离子体聚合膜 6.6.1 保护膜 6.6.2 导电膜 6.6.3 分离膜 等离子体聚合膜不仅本身机械性能好，而且与基体的粘接性也好。因此，可用于太阳能发 电的集光反射镜、电视唱盘的保护膜以及金属的防护。 高分子现代合成方法与技术 高分子现代合成方法与技术 教材： 王国建 同济大学 高分子现代合成方法与技术 Plasma Polymerization 6.1 概述 进一步给气态以能量，则气态原子中的价电子可以脱离原 子而成为自由电子，原子则变成正离子。如果气体中有较多的原子被电离，则原来由单一原子 组成的气态变为含有电子、正离子和中性粒子（原子及受激原子）的混合体。这种混合体中的 电子和正离子的数量是相等的，宏观上呈电中性状态，因此将其称之为等离子体。至今，物理 学上已经将等离子态定义为物质的第四种状态。 在高分子化学领域所利用的等离子体是通过辉光放电或电晕放电方式生成的低温等离子 体。低温等离子体聚合大致可分为等离子体聚合、等离子体引发聚合和等离子体表面处理三大类。 通过低温等离子体引发高分子表面改性的特征是不会对高分子主体的性质产生本质性的 影响，仅仅是极表面层(10nm)的改性。而同样作为高分子表面改性手法的放射线或电子束等高能射线则会深及高分子内部，使高分子内部也发生与表面同样的变化。 ①表面刻蚀; ②表面层交联； ③表面化学修饰; ④接枝聚合; ⑤等离子体聚合涂层等。 6.2 低温等离子体聚合 在一个辉光放电管中，对压力为0. 133Pa左右的低压气体施加一电场进行辉光放电，气体中的少量自由电子将沿电场方向被加速。当压力低、距离长时，电子的运动趋向极高的速 度，因而获得极大的动能。这种高能电子与分子或原子相碰撞时，会使之激发、离解或化学键 的断裂，形成各种激发态的分子、原子、自由基及电子，整个气体处于电离状态。其中，正离子 和电子所带的电荷相等，表面上呈中性，因而称之为等离子体。 6.2.1 等离子体的概念 辉光放电所产生的低温等离子体中由于电子与气体之间不存在热平衡，这就意味着电子 可以拥有使化学键断裂的足够能量，而气体温度又可以保持与环境温度相近。这一点对于不 能耐受高温的有机化合物和高分子化合物具有特别重要的意义。高温等离子体不适用于高分子化学合成，因为在5000度高温下，任何有机化合物都会发生分解。 但在高分子化学领域中，经常采用的是频率为13. 56MHz的射频低气压辉光放电。 辉光放电产生的电子能量约为5eV,足以引起分子中共价键的断裂。 利用等离子体中的电子、粒子、自由基以及其他激发态分子等活性粒子使单体聚合的方法 称为等离子体聚合。 6.2.2 等离子体聚合方法和装置 辉光放电法 电晕放电法 溅射法 CVD 6.2.3 等离子体聚合反应特征 (1)几乎所有的有机化合物或有机金属化合物都可以进行聚合，除带双键的或其他官能 团的单体外，像甲烷、乙烷、苯、甲苯、氟代烷、烷基硅烷等饱和烷烃类化合物都可进行聚合而得 到不同的聚合物。 (2)等离子体聚合可以由输入能量、单体加入速度及真空度进行控制，不同条件下可以得 到粉末、油状或薄膜状等不同性状的聚合物，产物结构复杂，通常支链很多。 (3)由于多种活性粒子在气相中同时引发聚合反应，聚合产物则在器壁和底层沉积，因此 等离子体聚合的机理和过程极其复杂。 等离子体聚合得到的聚合物膜具有以下特征： （1）可容易获得无针孔的薄膜(通常厚度为1um以下）； （2）由于从理论上讲无论何种有机化合物都可能使之聚合，因此可制得具有新型结构与 性能的聚合物； （3）可形成三维网状结构，因此具有优良的耐药品性、耐热性和机械性能； （4）合成工艺简单、清洁； （5）可对各种形状物体进行涂层处理。 等离子体聚合的不足之处： (1)等离子体聚合的基本反应极其复杂，聚合机理不清楚，目前难以定量控制； (2)等离子体聚合膜的结构十分复杂； (3)若等离子体反应装置不同，则很难得到再现性的结果； (4)很难做成有较大厚度的膜。 6.2.4