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聚合物的表面改性是一種很有吸引力的方法，可以保持聚合物理想的原有特性，同時賦予它們新的界面性質(zhì)，從而擴大其可能的應用。實現(xiàn)聚合物表面改性的手段多種多樣，最常見的途徑是通過接枝新的化學官能團來增加或降低材料表面能，以增加或減少其粘附性，支化、氧化、交聯(lián)形成不飽和中心都有助于改善粘合性能。另一種途徑則是通過物理或化學研磨手段來控制聚合物的表面粗糙度，其中聚合物表層通過用濕或干磨料處理來實現(xiàn)改性。目前，常見的表面改性方法包括紫外－臭氧改性法(Ultraviolet-Ozone，UVO)、電暈法、等離子體噴涂法、電子束修飾法等。其中，UVO和等離子體處理是最常用的表面改性方法。

紫外臭氧改性

紫外線處理是一種簡單、經(jīng)濟、高效的非接觸式聚合物表面改性技術，工藝步驟較少。其改性原理是通過氣相氧化過程使高分子材料表面的分子鏈斷裂并發(fā)生氧化反應，引入了一系列極性官能團，例如羧基、羥基、羰基、醛基等，改善高分子材料表面的潤濕性，從而得到活化表面。

紫外線（UVrays）是波長范圍為10nm-400nm的一種電磁輻射。紫外線可根據(jù)波長進行分類：長波紫外線（320nm-400nm）、中波紫外線（280nm-320nm）和短波紫外線（10nm-280nm）。由于紫外線具有能量，人們利用能夠發(fā)出紫外線波長為184.9nm和253.7nm的低壓汞燈改變基體表面的物理化學性質(zhì)，可以達到材料表面清潔和活化的目的。

在輻照高分子材料時，其表面會暴露在由紫外－臭氧形成的活性環(huán)境中，環(huán)境中包含大量的活性粒子，如原子氧、處于激發(fā)態(tài)的分子氧及活性自由基等。高分子鏈段與活性粒子的反應機理如圖1中所示。

UVO與高分子鏈段反應機理

可以看出，在兩種波長的短波紫外光的照射下，臭氧會不斷的生成和分解，原子氧和分子氧的濃度就會不斷累積。其中原子氧以O(³P)和O(¹D)的形式存在，二者均為強氧化劑，但反應方式不同。O(³P)從高分子的碳鏈中提取出氫原子，產(chǎn)生碳自由基，其與空氣中存在的羥基自由基結(jié)合形成羥基;或者羥基自由基與碳自由基提取一個氫原子，在高分子鏈上留下一個烯烴單元;分子氧與碳自由基反應，形成一個過氧基團，然后從相鄰的碳鏈中提取一個氫原子，形成過氧化氫單元;羥基與過氧化氫進一步被O(3P)氧化，得到酮或酯基。如果相鄰鏈上的自由基或過氧基團發(fā)生碰撞，則會導致高分子分子鏈的交聯(lián)。與O(³P)不同，O(¹D)可插入分子鏈中的C—H或C—C鍵，形成羥基或者醚基，之后被O(1D)進一步氧化形成酮和酯。最終，高分子表面生成的眾多產(chǎn)物，統(tǒng)稱為低分子量氧化物。

等離子體處理改性

等離子體稱為物質(zhì)的“第四態(tài)”，由大量離子、電子、中性分子、亞穩(wěn)態(tài)基團、自由基、光子等組成。這些活性粒子之間的協(xié)同作用不僅能加快反應速率，而且能引發(fā)一些傳統(tǒng)化學中難以發(fā)生的反應，因而等離子體可作為一種高效的過程強化介質(zhì)。此外，等離子體本身不消耗額外的化學物質(zhì)，也不產(chǎn)生化學殘留物，為各類反應提供一個綠色高效的媒介。因此，基于等離子體技術為簡單快速、綠色高效處理聚合物表面提供了可行性。

一般而言，等離子體可根據(jù)氣體溫度分為熱等離子體和非熱等離子體兩類。對于聚合物等熱敏性材料而言，熱等離子體由于整體溫度非常高，不適合用于表面改性研究。相比之下，非熱等離子體由低溫粒子（帶正、負電荷的離子和中性的原子、分子）和相對高溫的電子組成。雖然非熱等離子體中電子的平均溫度很高（104~105K），但極低的熱容和極低的電子密度使實際氣體溫度接近室溫，因而可以處理熱敏和易碎材料的表面而不造成熱損害。而在等離子體處理過程中，使用諸如Ar、O₂、N₂、CO₂、NH₃、H₂等氣體，可形成不同種類的化學活性物種，通過進一步與聚合物表面相互作用，如蝕刻、接枝和功能化修飾。

等離子體處理可以同時改變聚合物表面的微觀形貌和化學性質(zhì)。等離子體作用于聚合物表面，打斷聚合物表面分子的化學鍵，并引發(fā)氧化、降解、交聯(lián)等反應，引入極性官能團（-COOH，C=O，-NH2，-OH），從而增大聚合物表面活性。等離子體改性方法操作簡單安全又清潔環(huán)保，而且對聚合物表面損害小，被處理的表面只在5~10nm范圍內(nèi)的薄層起物理或化學變化。

非熱等離子體作為一種新興的過程強化手段，有助于加速化學反應或促成傳統(tǒng)化學實驗難以實現(xiàn)的反應。在表面改性領域展現(xiàn)出經(jīng)濟效益高、綠色安全、簡潔高效的獨特優(yōu)勢。通過等離子體中的活性物種取代傳統(tǒng)化學改性工藝中的有毒有害試劑，使綠色改性成為可能。此外，種類眾多的活性物種和選擇廣泛的前驅(qū)體即可實現(xiàn)材料表面功能化改性，也可強化材料的原有性能。

紫外臭氧改性與等離子體處理改性法優(yōu)劣勢對比

紫外光照射和等離子體處理是最常用的聚合物表面改性方法。與等離子體處理相比，由于沒有高能動粒子的轟擊作用，紫外處理是一種相對溫和的表面改性方法，對聚合物表面?zhèn)^小。從改性效果上來說，由于能量較強，等離子改性效果會優(yōu)于紫外臭氧改性法。另外與等離子體改性處理相比，紫外臭氧改性法工藝簡單、價格也相對低廉。