以PET材料為例，探究等離子表面處理后多久有效
文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-08-25
等離子表面處理是一種新型的高分子材料處理技術。等離子體中含有大量的離子、電子、分子、激發態原子以及自由基等活性粒子，經其處理的材料表面會發生例如刻蝕、交聯等復雜的物理或者化學變化，從而增加材料的親水性，粘結性能等。等離子表面處理多久有效這是一個很難回答的問題，每個客戶的工藝不一樣，對有效的定義也就不一樣，如果只是親水性改變的話，一般材料經過等離子處理后，即使過一段時間，表面接觸角也不會恢復到最開始的狀況，從這個意義上來說，等離子表面處理一直都有效果。但是實際生產中，客戶對于處理后水滴角的要求不一樣，也就導致有效的定義很難界定。下面通過實驗分析來說明等離子表面處理多久有效的問題。
下面以PET材料為例，探究等離子表面處理后多久有效
等離子體表面處理雖然可以對材料表面進行良好的改性，大大提高材料表面的親水性。但是其對材料表面的處理效果并不是穩定的，一般而言，表面處理效果是會隨著其暴露在空氣中的時間而逐漸消退。不同學者對低溫等離子處理的機理做出過分析，其中最為廣泛的理論為高分子材料表面基團等動態重組。對于高分子材料而言，由于表面缺少與周圍原子、基團等作用，其表面的穩定性不如其內部，所以高分子材料表面具有一定的表面能。當PET薄膜經過等離子體處理后，其表面將會引入一些基團例如：-OH、-COOH、-NH2等來提高材料表面的浸潤性。這些基團的引入使得材料表面更加不穩定，其表面能也會相應增大。由于所有物質都會降低自身的能量來保持一個穩定狀態，所以為了保證材料本身的穩定性，經過等離子體處理過的材料表面所引入的基團會翻轉進入材料內部。相應地，材料內部的原子重新翻上表面直至材料表面和內部的原子、基團達成了動態平衡。經過O2等離子體處理PET材料的表面效果的消退機理如圖1.1所示。
圖1.1 O2等離子體處理后的PET薄膜的表面變化
為了探究改性后的PET薄膜的最佳處理時間段，分別將等離子處理30s后的PET薄膜放置在空氣中6h、5h、4h、3h、2h、1h，然后觀察其接觸角的變化，結果如圖1.2所示。等離子處理后的1h和2h內接觸角相差不大，相較于PET表面處理結束時的接觸角18.68°略高，都保持在22°左右。但是隨著放置在空氣的時間延長至3h至4h，接觸角開始了較大幅度的變化，接觸角在35°左右。時間繼續延長至6h，PET表面的接觸角恢復至最開始的表面未處理時的54°左右，親水性差，結果符合等離子表面處理具有時效性的理論。
圖1.2 等離子處理后 PET 表面的接觸角隨放置時長的變化
從以上實驗結果可以分析出，PET材料經過等離子表面處理后的一兩個小時效果都是比較好的，隨著時間的推移，等離子處理效果逐漸減退。
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