材料表面改性的应用低温等离子体技术

2017-03-15

随着低温等离子技术的不断成熟，近些年等离子体种子处理技术已开始应用于农业育种等方面，这在国内外尚属新的研究领域。该技术是通过利用等离子体冲刷种子表面，来增强种子的活力，从而使处理过后的农作物从萌发到成熟整个生育周期都具有更强的生长优势，达到增产、抗逆的目的。

一、研究结果表明其在育种上主要有以下功能：
1、明显提高发芽势和发芽率。等离子体处理种子后，可促进种子萌发，提前1~2d发芽。发芽势和发芽率也明显提高，特别是陈种子和发芽率低的品种发芽率可提高10％～15％；
2、减轻病虫害。在等离子体处理种子的过程中，等离子体能够很好地杀灭种子表面的病菌，从而提高种子在萌发过程中的抗病性，明显减少苗期病害的发生；
3、增强抗逆性。等离子体在处理种子过程中，会激活种子多种酶的活力，从而提高作物的耐旱性、抗盐性以及耐低温的能力。
4、生长优势明显。等离子体处理种子后，种子的活力以及多种酶的活力明显提高，对植物根系生长有明显的促进作用，根系的数量以及干物质重明显增加。表现为根部长、粗、多，生长发育快，农作物长势旺盛，植株普遍高壮；
5、促进早熟、增加产量。利用等离子体改善处理过的农作物种子，其果实会提早成熟，粮食作物平均增产8％～12％。

二、等离子表面处理 等离子体对材料表面的作用大致有4种：
2.等离子体表面处理 等离子体对材料表面的作用
清除表面杂质;表面刻蚀;表面交联和形成具有新化学结构的表面。通过低温等离子体表面处理,材料表面发生多种的物理、化学变化,或产生刻蚀而粗糙,或形成致密的交联层,或引入含氧极性基团,使亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能分别得到改善。

用几种常用的等离子体对硅橡胶进行表面处理,结果表明N2、Ar、O2、CH4-O2及Ar-CH4-O2等离子体均能改善硅橡胶的亲水性,其中CH4-O2和Ar-CH4-O2的效果更佳,且不随时间 发生退化。英国派克制笔公司将等离子体技术用于控制墨水流量塑料元件的改性工艺中,提高了塑料的润湿率。 

用低温等离子处理机在适宜的工艺条件下处理PE、PP、PVF2、LDPE等材料,材料的表面形态发 生的显著变化,引入了多种含氧基团,使表面由非极性、难粘性转为有一定极性、易粘性和亲水性,有利于粘结、涂覆和印刷。 塑料、橡胶、纤维等高分子材料在成形过程中加入的增塑剂、引发剂及残留单体和降解物等低分子物质很容易析出而汇集于材料表面,形成无定形层,使润湿性等性能变差。尤其对医用材料,低分子物渗出会影响到生物机体的正常功能。

低温等离子体技术可在高分子材料表面形成交联层,成为低分子物渗出的屏障。 采用不同等离子体改性PI、PET、PP薄膜,发现经处理的薄膜表面电阻降低了2～4个数量级,材料的介电损耗和介电常数也发生了变化。将该技术运用于微电子技术领域,可使电子元件的连接线路体积大为缩小,运行可靠性明显提高。

三、等离子体表面聚合 大多数有机物气体在低温等离子体作用下,聚合并沉积在固体表面形成连续、均匀、无针孔的 超薄膜,可用作材料的防护层、绝缘层、气体和液体分离膜以及激光光导向膜等,应用于光学、电子学、医学等许多领域。

以聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯塑料均可制成价廉且易于加工的光学透镜,但其表面硬度太低,易产生划痕。采用有机氟或有机硅单体,采用低温等离子体聚合技术在透镜表面沉积出10nm的薄层,可改善其抗划痕性和反射指数。国外还有等离子体化学气相沉积技术应用于塑料窗用玻璃、汽车百叶窗和氖灯、卤天灯的反光镜的报道。

等离子聚乙烯膜沉积于硅橡胶表面后,硅橡胶对氧气的透过系数明显降低。由含氮单体制备反渗透膜,最高可阻出98%的食盐。生物体内的缓释药物一般采用高分子微囊,亦可采用等离子体聚合技术在微囊表面形成反渗透膜层。 等离子体聚合物膜在传感元件上的应用研究表明,放电功率等因素对膜电阻值有较大影响。用各种乙烯基单体和Ar辉光放电处理织物,其疏水性及染色性能在极短时间里便有改善。

四、等离子体表面接枝 通过等离子体处理引发接枝聚合是使极性基团在材料表面固定不动的有效方法,等离子体表面处理与接枝聚合反应一体化对塑料表面改性可有效赋予塑料表面高功能化。塑料经等离子体照射,表面生成大量自由基,特别是当在等离子体发生空间有氧存在时,氧直接或与自由基生成过氧化物,过氧化物受热分解易生成自由基,从而引发聚合,进行表面接枝改性。 

以等离子体接枝聚合进行材料表面改性,接枝层同表面分子以共价键结合,可获得优良、耐久的改性效果。美国曾将聚酯纤维进行辉光放电等离子体处理与丙烯酸接枝聚合,改性后纤维吸水性大幅度提高,同时抗静电性能也有改善。用Ar等离子体处理尼龙绸表面,引入丙烯酸,接枝聚合使尼龙绸抗静电性增强。