塑料是以高分子聚合物為主要成分，添加不同輔料，如增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑及色素等的材料，滿足人們?nèi)粘Ｉ畹亩鄻踊透黝I(lǐng)域的需求。因此需要對塑料表面的性質(zhì)如親水疏水性、導(dǎo)電性以及生物相容性等進行改進，對塑料表面進行改性處理。
 

　　等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，是由克魯克斯在1879年發(fā)現(xiàn)，并在1928年由Langmuir將“plasma”一詞引入物理學(xué)中，用于表示放電管中存在的物質(zhì)。根據(jù)其溫度分布不同，等離子體通?？煞譃楦邷氐入x子體和低溫等離子體(LTP)，低溫等離子體的氣體溫度要遠遠低于電子溫度，使其在材料表面處理領(lǐng)域具有極大的競爭力。
 

　　低溫等離子體等離子體的一種，主要成分為電中性氣體分子或原子，含有高能電子、正、負離子及活性自由基等，可用于破壞化學(xué)鍵并形成新鍵，實現(xiàn)材料的改性處理。并且，其電子溫度較高，而氣體溫度則可低至室溫，在實現(xiàn)對等離子體表面處理要求的同時，不會影響材料基底的性質(zhì)，適合于要求在低溫條件下處理的生物醫(yī)用材料。低溫等離子體可在常溫常壓下產(chǎn)生，實現(xiàn)條件簡單、消耗能量小、對環(huán)境和儀器系統(tǒng)要求低，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。低溫等離子體技術(shù)是一種安全、綠色、環(huán)保的技術(shù)，可滿足當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的要求。
 

　　低溫等離子體表面處理改性的原理
 

　　低溫等離子體在對材料表面處理過程中，材料表面會暴露在由等離子體形成的活性環(huán)境中，其中包含大量的活性粒子如高能電子、處于激發(fā)態(tài)的原子、分子及活性自由基等。圖1為低溫等離子體在聚合物材料表面改性中的應(yīng)用原理。
 

　　低溫等離子體在塑料聚合物材料表面改性中的應(yīng)用原理
 

　　低溫等離子體對聚合物材料的處理主要包括沉積、刻蝕、表面功能化及交聯(lián)聚合等?；钚粤Ｗ雍筒牧媳砻娴南嗷プ饔脹Q定了材料的物理和化學(xué)表面改性功能。
 

　　當(dāng)?shù)入x子體或材料表面含有揮發(fā)性的單體分子時，就會在材料表面產(chǎn)生聚合反應(yīng)。而等離子體氣體為空氣、氧氣、水蒸氣、惰性氣體及二氧化碳等不可產(chǎn)生聚合物單體分子的氣體時，則主要發(fā)生對材料表面的官能團引入，使表面具有不同的性質(zhì)。采用較高功率或等離子體具有的高能粒子數(shù)量較多時，這些粒子及等離子體中的紫外射線會對材料表面產(chǎn)生轟擊作用，進而實現(xiàn)材料表面的刻蝕、交聯(lián)及表面活化等。當(dāng)來自聚合物表面一個鏈的自由基與來自另一個鏈的自由基結(jié)合形成鍵時，就會在聚合物表面發(fā)生交聯(lián)。表面活化作用涉及表面自由基與原子或化學(xué)官能團的重組，形成與材料表面官能團不同的基團，進而獲得具有不同性質(zhì)的表面，實現(xiàn)表面改性。等離子體誘導(dǎo)的材料表面功能化可以為表面改性和后續(xù)處理過程提供基礎(chǔ)，如嫁接、黏接以及其他的生物應(yīng)用等，以獲得具有不同特殊性能的材料表面。
 

　　目前，常用的低溫等離子體進行塑料表面改性的方法主要有極性基團的引入、等離子體引發(fā)的表面聚合反應(yīng)和接枝反應(yīng)，主要目的為改善塑料表面的親水性、提高難黏塑料的黏合度、提高塑料的生物相容性、改善塑料表面的導(dǎo)電性等。
 

　　改變塑料材料表面的親水性

　　等離子體氣體組分的不同會導(dǎo)致等離子體中含有不同的粒子種類，這些粒子與塑料材料表面產(chǎn)生改性作用，使其親水性或疏水性能發(fā)生變化。采用不同組分的氣體可以使等離子體產(chǎn)生不同的活性物種，如采用含氫、含氮或含氧組分作為等離子體氣體或?qū)⒌入x子體氣體載入飽和水蒸氣，則在空氣中對塑料材料進行處理時，就會在塑料表面產(chǎn)生大量的極性基團，如—NH2、—COOH及—OH等，進而改善塑料材料表面的親水性。
 

　　提高材料表面黏合度

　　塑料高分子材料的表面一般為非極性表面，經(jīng)等離子體處理后，可在其表面引入大量基團，從而轉(zhuǎn)化為極性表面，有利于黏結(jié)劑和材料之間的相互作用，進而提高材料的黏結(jié)度。目前，對等離子體提高塑料黏合度的機理為：(1)對等離子體處理使表面具有更高的活性和更大的表面能;(2)表面引入的極性集團可與黏合劑形成化學(xué)鍵合作用;(3)由于等離子體中高能電子的轟擊作用，材料表面的粗糙度有所增加;(4)等離子體處理可以去除表面的弱邊界層，避免黏合后形成力學(xué)性能差的弱邊界層。
 

　　提高材料的生物相容性

　　近年來，生物醫(yī)用材料如人造血管、血液透析膜等材 料的應(yīng)用越來越廣泛。生命體對醫(yī)用材料的反映主要 取決于材料表面的化學(xué)成分及其分子結(jié)構(gòu)，因此，在要求 生物醫(yī)學(xué)材料具有較好強度、柔韌性等要求的基礎(chǔ)上，還 要求其具有良好的生物相容性，如親水性、透氣性和血溶 性 。等離子體技術(shù)具有殺菌消毒、處理快速、裝置簡單 等優(yōu)勢，逐漸應(yīng)用在多種醫(yī)用材料表面改性技術(shù)中。目前， LTP 處理在生物材料中的應(yīng)用主要包括表面清潔和殺毒、 刻蝕、沉積以及聚合等。
 

　　改變材料表面的電學(xué)性質(zhì)

　　因具有優(yōu)異的電學(xué)性能和力學(xué)性能，聚合物材料已被廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備的制造業(yè)中。當(dāng)其處于電氣系統(tǒng)中時，由于表面具有微小毛刺，使其表面易形成積累電荷，也就是表面電荷。表面電荷的特性如電導(dǎo)率及衰減性能，能夠在一定程度上反映材料表面的電學(xué)性能。表面電荷的存在會影響材料的絕緣性能，可使其周圍電場發(fā)生畸變，極易導(dǎo)致高壓擊穿。表面電荷與材料表面的性質(zhì)密切相關(guān)，因此，可采用表面改性技術(shù)改變材料表面性質(zhì)，改善其電學(xué)性能。
 

　　目前，低溫等離子表面處理技術(shù)作為一種新型的表面處理方法，具有綠色、環(huán)保、快捷及高效等優(yōu)點，已在各種塑料聚合物材料的表面處理過程中得到廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了基于聚合物材料的各類特殊性能，也間接拓寬了聚合物分子的應(yīng)用范圍，具有廣闊的應(yīng)用前景。