粉體粉末等離子體處理原理及其應(yīng)用
文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-08-04
低溫等離子體表面改性發(fā)展于20世紀(jì)60年代,現(xiàn)今已得到廣泛的研究和應(yīng)用。低溫等離子體材料表面改性可使材料表面產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)變化,從而提高材料的表面性能,而材料的基體性能幾乎不受影響。相對(duì)于其他方法,低溫等離子體技術(shù)還具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、加工速度快、處理效果好、環(huán)境污染小、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),并可以得到傳統(tǒng)化學(xué)方法難以達(dá)到的處理效果。近年來(lái)的相關(guān)研究表明,利用低溫等離子體技術(shù)對(duì)無(wú)機(jī)粉體進(jìn)行處理可在無(wú)機(jī)粉體表面引入活性基團(tuán)或聚合一層有機(jī)膜,提高粉體與聚合物基體的相容性,從而改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。
等離子體處理無(wú)機(jī)粉體的原理
低溫等離子體是一種非熱平衡等離子體,其粒子能量的參數(shù)范圍如下:電子(0～20eV),亞穩(wěn)態(tài)粒子(0～20eV),離子(0～2eV),光子(3～40eV)。材料的表面改性需要通過(guò)斷開(kāi)或激活材料表面的化學(xué)鍵并形成新的化學(xué)鍵才能實(shí)現(xiàn),這就首先需要低溫等離子體中的各類(lèi)粒子能夠具有足夠的能量以斷開(kāi)材料表面的化學(xué)鍵。表1為各類(lèi)材料中一些代表性化學(xué)鍵的鍵能,將兩者對(duì)比可以看出,除離子外,低溫等離子體中大多數(shù)粒子的能量均高于這些化學(xué)鍵的鍵能,這表明:利用低溫等離子體完全可以破壞材料表面的化學(xué)鍵而形成新鍵,從而賦予材料表面新的特性。
表 1 一些代表性化學(xué)鍵的鍵能
由于等離子體的能量特點(diǎn),等離子體處理后粉體的表面形態(tài)以及表面結(jié)構(gòu)都發(fā)生了明顯的變化。對(duì)粉體表面形態(tài)及結(jié)構(gòu)的影響與等離子體處理所用的氣體(聚合性氣體、非聚合性氣體)的特性有關(guān)。用非聚合性氣體的等離子體對(duì)粉體表面處理時(shí),主要是利用等離子體中高能粒子轟擊,使材料表面產(chǎn)生大量自由基,這些自由基與空氣中含氧和含氮成分作用,從而改變材料表面化學(xué)結(jié)構(gòu);而用聚合性氣體的等離子體對(duì)粉體表面處理時(shí),則在其表面形成聚合物膜并與粉體形成牢固的化學(xué)鍵。
等離子體改性無(wú)機(jī)粉體的應(yīng)用
等離子體改性對(duì)粉體潤(rùn)濕性的影響
無(wú)機(jī)粉體表面通常含有親水性較強(qiáng)的羥基,呈現(xiàn)較強(qiáng)的堿性。其親水疏油的性質(zhì)使粉體與有機(jī)基體的親和性差。為了改善二者之間的相容性,可對(duì)粉體進(jìn)行表面改性。粉體經(jīng)等離子體處理后,其表面將生成一層有機(jī)包覆層,導(dǎo)致表面潤(rùn)濕性發(fā)生變化。
等離子體改性對(duì)粉體分散性的影響
在制備復(fù)合材料時(shí),常將無(wú)機(jī)粉體作為填料加入到有機(jī)高聚物中,由于粉體粒徑小、表面能高,容易形成團(tuán)聚體,造成在高聚物內(nèi)部分散不均勻,從而易在兩材料間界面處產(chǎn)生缺陷,導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。為此,可采用低溫等離子體對(duì)無(wú)機(jī)粉體進(jìn)行表面改性,通過(guò)反應(yīng)在其表面形成聚合物層,這樣可以降低粉體的表面能,從而減小團(tuán)聚生成的傾向。同時(shí)聚合物層還可以增加粉體與有機(jī)高聚物的相容性,從而改善了粉體在其中的分散性能。
低溫等離子體聚合是對(duì)無(wú)機(jī)粉體表面進(jìn)行改性的一種行之有效的方法,它可以在無(wú)機(jī)粉體表面生成納米級(jí)聚合物膜,由此降低粉體的表面能,改善其在有機(jī)載體中的分散性,有助于提高粉體與聚合物基體的結(jié)合強(qiáng)度,從而改善其復(fù)合材料的力學(xué)性能。
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