大气压DBD等离子体炬的放电机制及其对PET织物的聚合改性研究

【摘要】大气压低温等离子体技术无需外加高温，能在较低的温度下引发化学反应，在高分子材料表面改性及生物材料制备等领域显示出巨大的应用前景。在本论文中，我们研究了自建的液体电极大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体炬装置的放电机制，并且对Ar和He两种不同气氛的等离子体炬的聚合特性进行了对比研究，最后我们创新性地利用基于该等离子体炬技术的两步法来对PET织物进行表面功能化改性。当输入功率低于50W时，Ar和He等离子体炬的温度均低于310K，与室温接近，因此该等离子体炬非常适合用来对有机材料进行表面改性或引发高分子聚合反应。等离子体炬的放电电流随着输入功率的升高而增大，在相同的输入功率条件下，Ar等离子体炬的放电电流要高于He等离子体炬。当在等离子体炬中加入O2或者丙烯酸单体时，放电电流强度出现了明显的减弱趋势。此外通过发射光谱(OES)分析，在Ar和He等离子体炬中均检测到了O+2、OH、O等活性粒子，它们在等离子体聚合过程中起了十分重要的作用。Ar和He等离子体炬沉积的丙烯酸聚合物薄膜表面分布着大量基底半径约为300nm的纳米锥，其中He等离子体炬沉积的薄膜表面纳米锥的密度和规整度要高于Ar等离子体炬。当惰性气体流量为0.4m3·h-1、O2气体流量为0.1m3·h-1时，Ar等离子体炬的聚合速率约为50nm·min-1，而He等离子体炬的聚合速率约为15nm·min-1，同时，He等离子体炬沉积的丙烯酸聚合物薄膜的耐水性要优于Ar等离子体炬。由X射线光电子能谱(XPS)分析发现，相同输入功率条件下，He等离子体炬在蚕丝蛋白膜表面引入的COOH/R基团的含量比Ar等离子体炬高出80.93%。经过两步法改性后的PET织物表面引入了许多含氮的极性基团，当输入功率为50W时，PET织物表面的O=C-NH基团含量是输入功率为30W条件下的4倍。改性后的PET织物接触角从原始的90°左右降到0°，且该接触角不会随着存放时间的推移而变化，克服了通常等离子体处理技术存在的处理效果老化问题。最后经活性染料在常压条件下染色发现，等离子体聚合改性后的PET织物的染色深度(K/S值)达到了2.01。
【作者】郑旭；
【导师】陈光良；
【作者基本信息】浙江理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】大气压DBD等离子体炬；放电机制；聚合特性；等离子体聚合改性；PET织物；染色性能；

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