在薄膜、包装等行业,等离子体(plasma)处理是常见的方式,有成熟的本土的设备和工艺流程。同样常见的还有成本低一些的电晕处理,紫外处理,火焰处理等,以及更上强度的氟化处理。
等离子体处理不需要使用液体溶剂,可能环保一点,还是需要做好排风。长期接触,最先的不良症状是嗅觉下降。
我们还是先把等离子体处理和电晕处理复习一下。
二呆最先接触等离子体(plasma)处理是在一个工业展会上,用于美妆包装瓶的表面处理,简单的在线方式,就可以稳稳地贴上瓶标。
后来在光伏行业,背板膜PVDF(聚偏氟乙烯)的表面处理就用此法,以提高附着力。当时就觉得,plasma很厉害,连PVDF都可以轻松拿捏。
等离子态被称为气液固外的第四态,是一种特殊的电离气体形态,由电子和正离子构成,这些电子和离子源自中性原子或分子的转化。
等离子体处理通过利用等离子体中活跃的粒子(包括高能电子、离子和光子)与材料表面产生反应,进而对材料表面的化学组成和形态进行改变,比如引入新的官能团,如羟基(-OH)、醛基(-COH)及羧基(-COOH)等。从而,改变材料的润湿性并有利于分子的处理。同时,还会改变材料的表面形貌等。
这个深度,是材料最外层的几十到几百纳米。
电晕(Corona)是电击处理,也是介质阻挡放电。放电时产生的臭氧能使塑料分子氧化,产生极性基团,提高表面能,如非极性的BOPP膜,通过电晕处理,以提高对油墨的印刷质量。
很明显,电晕Corona比等离子plasma弱很多。Plasma能带来更多的表面功能化遐想。
我们探讨几个例子,来理解这类面子工程(Surface Engineering)。
观察点:阻燃、耐洗、无甲醛、工艺友好。
1)直接将乙烯基膦酸VPA和六甲基二硅氧烷HMDSO的混合物雾化后送入等离子体焰炬,在聚丙烯腈(PAN)纤维表面进行气相聚合,这样,可以实现最初的表层阻燃。证明这条路可能有效。
进一步,用大气压(也就是常压)等离子体技术对棉织物进行预处理。等离子体蚀刻出粗糙和起皱的表面。再用有机磷阻燃剂和 ZnO/纳米 ZnO 溶液处理织物,使其牢牢沉积在纤维表面。这样,在这些物理铆点(机械互锁)中,把无机纳米颗粒(ZnO)和有机磷酸酯强行bonding在一起。
2)利用等离子体通过活化基材、蚀刻表面和引入含氧极性官能团来增强阻燃组分与基材之间的结合力。有实验表明,plasma处理后的棉织物表面的蚀刻坑洞不仅数量多,而且带有极强的静电。这使得它们在接触蒙脱土(MMT)悬浮液时,能让更多的MMT 纳米片层精准沉降,并嵌顿在纤维表面的微孔中,使织物表现出更高的阻燃性能。
3)用等离子体引发阻燃涂层体系的聚合和接枝反应。例如,通过氩射频等离子体,在室温下将合成的磷酸酯接枝到棉织物上,形成共价键C-O-P。这样处理过的棉织物的LOI从19.0%提高到28.0%。同理,先用 O₂等离子体活化聚酯织物并接枝马来酸,随后再接枝季戊四醇脲磷酸酯。处理后,LOI 达29.3%,也部分解决了聚酯熔滴问题。
这些前辈已完成的实验很有参考意义。
等离子体处理毕竟有其机制复杂性和难以控制的表面化学变化。也有其它先天缺陷,如有限的激发官能团、活性寿命短和通用性弱等。
每种手段都有适用性与局限性,现在的努力方向是用大气压等离子体构建持久的环保阻燃涂层。
投资公司喜欢听故事,背涂,浸渍/轧干有着浓浓的乡土元素,不炫酷。而Corona,Plasma,E-beam,这些和大设备关联了,转身份成了电子材料,顺手还拿了E签,换圈层了。