利用等離子清洗機(jī)活化改性是近年來發(fā)展比較快的一種新型材料表面改性技術(shù)。經(jīng)過低溫等離子體改性的材料不會(huì)改變其本體性能，只是改變了其表面性能。在輝光放電條件下進(jìn)行低溫等離子體活化處理，根據(jù)選擇工作氣氛的不同，還可以對(duì)材料表面的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行目的性的改性。等離子清洗機(jī)之所以可以用于高分子材料的表面活化改性主要是因?yàn)榈入x子體中含有大量的活性粒子。這些活性粒子主要包括電子、離子、亞穩(wěn)態(tài)粒子（激發(fā)態(tài)分子和原子、游離的自由基）以及紫外光子等。等離子體中的活性粒子通過撞擊、輻射等方式作用在材料表面，引起材料表面的物理特性和化學(xué)特性變化。
等離子清洗機(jī)活化改性高分子材料原理
等離子體中活性粒子的形成過程如圖1所示，空間中的自由電子在等離子清洗機(jī)內(nèi)的電極之間的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域中獲得大量能量，轉(zhuǎn)化為高能電子，高能電子在定向運(yùn)動(dòng)過程中，會(huì)撞擊到放電空間中的其他粒子，這其中就包括氣體分子以及材料表面的大分子物質(zhì)。氣體分子在被撞擊過程中，有的就會(huì)躍遷到激發(fā)態(tài)，轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)分子或原子，獲得更高的活性，參與材料表面的化學(xué)反應(yīng)。材料表面的大分子物質(zhì)，因?yàn)楦吣茈娮拥拿土肄Z擊，分子間連接的化學(xué)鍵或者共價(jià)鍵斷裂，形成游離的自由基。
圖一 活性粒子形成過程等離子清洗機(jī)中的高活性粒子對(duì)高分子材料進(jìn)行活化改性時(shí)，主要有以下幾方面效果：
（1）刻蝕作用
在等離子體改性過程中，被處理材料放置在等離子體環(huán)境中的，與等離子體直接接觸。等離子體中的活性粒子會(huì)高速撞擊到材料的表面，并造成刻蝕作用，使材料表面變得凹凸不平，增加材料表面的粗糙度，進(jìn)而改性材料的諸多表面性能，比如親水性、潤濕性、染色性，抗靜電性等。
等離子體可以在材料的表面形成刻蝕，主要是由于兩方面的原因：一方面，高分子材料是多聚體有機(jī)化合物，由很多單體聚合而成，高能粒子在轟擊材料表面的過程中，會(huì)打斷單體之間連接的化學(xué)鍵，導(dǎo)致單體脫落，形成自由基，單體脫落后形成了許多凹陷。另一方面，高分子材料的表面會(huì)因?yàn)槠涔逃械氖杷蔁o序性而出現(xiàn)強(qiáng)度不均勻，在等離子體中處理過程中，強(qiáng)度較弱的部分會(huì)在高能粒子的撞擊下形成凹坑。
（2）聚合作用和官能團(tuán)引入
低溫等離子體中的活性粒子的能量范圍和高分子材料中常見的化學(xué)鍵能如表2-1和表2-2所示。可以看到，常見的有機(jī)高分子材料鍵能多為幾個(gè)電子伏特，而在等離子體中，諸如電子、光子、離子這些活性粒子的能量均已超過其結(jié)合能的大小。等離子體中的這些高能粒子會(huì)作用在材料表面后，可以將材料表面的C-C、C-H、C=O等化學(xué)鍵打斷，為接枝其他官能團(tuán)、單體做好準(zhǔn)備。而且，由于高能粒子的轟擊，會(huì)形成許多有力的自由基，這些自由基也會(huì)參與到下一步的反應(yīng)中。1）等離子體將材料表面的低能級(jí)化學(xué)鍵打斷后，可以在材料表面引入各種極性基團(tuán)，改變其表面的化學(xué)組成，從而改善材料表面的性能。如前文所述，因?yàn)榈入x子體生成環(huán)境的不同，會(huì)形成不同的激發(fā)態(tài)物質(zhì)。在等離子體處理過程中，這些激發(fā)態(tài)的分子/原子會(huì)被引入到材料表面，改變材料的表面性能。以O(shè)2等離子體為例，氧氣分子在等離子體作用下可以轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的氧會(huì)與材料表面的大分子物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。經(jīng)過反應(yīng)，在材料表面會(huì)引入大量含氧基團(tuán)，比如-COOH、C-O、-OH等，這些基團(tuán)可以有效地改變材料的表面親水性、粘結(jié)性。
2）除了引入新的官能團(tuán)以外，游離的自由基之間也會(huì)重新鍵合。環(huán)境中的自由基鍵合后會(huì)沉積到材料表面，在被處理材料的表面形成致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在一定程度上可以改善材料的力學(xué)性能，并且增加了比表面積，有助于改善表面特性。如聚乙烯、聚丙烯等高分子聚合物在Ar等離子體中進(jìn)行處理時(shí)，可發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)過程如圖2所示。24681