利用氬氣/空氣混合氣體輝光放電對(duì)聚乙烯( PE) 材料表面改性。主要研究了單一氣體等離子體和混合氣體等離子體對(duì)PE 膜表面改性的影響，通過(guò)蒸餾水的接觸角測(cè)量和二碘甲烷的接觸角測(cè)量對(duì)處理前后的PE 膜表面性質(zhì)進(jìn)行表征，對(duì)PE 膜表面能的變化進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)輝光放電等離子體處理過(guò)的PE 膜表面的液體接觸角顯著下降，固體表面能有明顯提高，在固定的電壓和氣壓下，PE 膜表面水接觸角隨著氬氣/空氣混合比例的增大而先減小后增大，說(shuō)明輝光放電比絲狀放電在提高聚乙烯材料潤(rùn)濕性方面效果要好。處理后的樣品放置在空氣當(dāng)中后，樣品表面水接觸角有所增大，但始終小于處理前的接觸角。

　　聚乙烯(PE) 薄膜是一種無(wú)色，無(wú)味、無(wú)臭、半透明的、無(wú)毒性的絕緣材料，大量用作包裝袋，食品袋，還可制作各種容器。但由于聚乙烯鏈中無(wú)極性基團(tuán)的存在，其表面潤(rùn)濕性差，成為一類(lèi)典型的難粘材料，必須經(jīng)處理后，才能印出比較好的效果，這大大限制了其在醫(yī)療、衛(wèi)生等工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。要改善這些難粘材料的粘接性，必須對(duì)其進(jìn)行表面改性處理。

　　近幾年，國(guó)內(nèi)外圍繞PE 材料的表面改性進(jìn)行了大量的研究，對(duì)其表面改性方法主要有化學(xué)方法如: 化學(xué)氧化法、熱處理法、偶聯(lián)劑改性等，物理方法如: 噴砂、拋光、噴丸、填充、共混處理等，還有其它混合方法如: 功能化處理、共混改性、激光處理、等離子體改性處理等。低溫等離子體技術(shù)作為一種清潔的干式工藝，因其具有特定的環(huán)境、成本等優(yōu)勢(shì)，成為一種常用的材料表面改性方法，具有極大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展前景。經(jīng)低溫等離子體處理時(shí)，高分子疏水性材料會(huì)產(chǎn)生侵蝕作用，材料表面粗糙度會(huì)有所增加，有利于提高親水性。同時(shí)，處理后的高分子疏水性材料表面會(huì)導(dǎo)入極性基團(tuán)，從而可以提高材料的表面能，消除制品表面的弱界面層。

　　目前，已經(jīng)有許多研究工作者利用電暈放電或低壓高頻的射頻和微波電子回旋共振產(chǎn)生的等離子體對(duì)聚合物進(jìn)行表面改性。但電暈放電不均勻，在對(duì)聚合物表面改性時(shí)容易損傷基質(zhì)，導(dǎo)致被處理材料表面凹痕或針眼。而輝光放電模式下，放電氣體的氣壓和放電間隙的乘積p·d 值較低，能夠形成均勻、穩(wěn)定的等離子體。因此，輝光放電模式對(duì)高分子材料表面改性得到了越來(lái)越多的重視和研究。

　　在對(duì)輝光放電等離子體對(duì)材料表面改性的研究過(guò)程中，往往采用單一氣體進(jìn)行電離。而事實(shí)上，混合氣體，以及混合氣體的比例對(duì)等離子體材料表面改性效果是有影響的。本文把聚合物中具有代表性的PE 膜作為研究對(duì)象，通過(guò)空氣等離子體、氬氣等離子體、以及氬氣/空氣混合氣體等離子體對(duì)PE 膜表面改性效果的分析，給出了材料表面改性效果與處理時(shí)間、氣體壓強(qiáng)、放電功率等參數(shù)的關(guān)系，同時(shí)，在固定的放電功率和氣體氣壓下，研究了氣體混合比例對(duì)PE 膜表面處理效果的影響。

1、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法

　　1.1、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　本文所用輝光放電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1 所示。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配備兩套電源，高壓交流電源的輸出電壓峰值為0 ～30 kV，頻率為1 ～100 kHz，功率為0 ～500 W。真空室連接兩級(jí)抽真空系統(tǒng)，樣品放在真空室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。放電電壓和放電電流波形圖由數(shù)字示波器Tektronix TDS 1012C-EDU 測(cè)量，放電氣體為空氣和99.99% 的氬氣混合氣體，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中兩種氣體的混合比例通過(guò)流量計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。照片由數(shù)碼相機(jī)(型號(hào): Canon MF4400) 獲得，測(cè)試樣品表面接觸角采用接觸角測(cè)試儀(型號(hào): JGW-360A) 進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試液體為蒸餾水和二碘甲烷。

圖1 輝光放電改性實(shí)驗(yàn)裝置

　　1.2、實(shí)驗(yàn)方法

　　將PE 薄膜制成40 mm × 30 mm 的長(zhǎng)方片狀，再將其置于丙酮溶液中清洗12 h，然后用酒精沖洗干凈，最后放入烘箱中烘干。將清洗、烘干后的PE 薄膜放入真空室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，真空室內(nèi)的壓強(qiáng)抽到0.1 Pa 以下后，把純度為99.99% 的氬氣和空氣按比例通入反映腔體，達(dá)到所需氣壓后停止通氣。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)整不同的放電參數(shù)對(duì)PE 薄膜進(jìn)行放電處理，記錄相應(yīng)的放電參數(shù)、放電時(shí)電壓電流波形等。放電結(jié)束后取出樣品，利用接觸角測(cè)試儀對(duì)處理過(guò)的樣品進(jìn)行接觸角測(cè)試，測(cè)試液體為蒸餾水，每次測(cè)量樣品的3 個(gè)不同的位置，然后對(duì)測(cè)量數(shù)值加權(quán)平均。同時(shí)，利用二碘甲烷作為第二測(cè)試液體，對(duì)樣品表面能進(jìn)行表征，表征過(guò)程中，所采用的蒸餾水的色散力和極性力分別為52 和20.9，二碘甲烷的色散力和極性力分別為2.5 和46.9。

3、總結(jié)

　　本文運(yùn)用氬氣/空氣混合氣體輝光放電，對(duì)PE高分子材料表面改性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在整個(gè)真空室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了大尺度均勻輝光放電，比較了單一氣體等離子體和混合氣體等離子體對(duì)PE 膜表面改性的效果，通過(guò)蒸餾水的接觸角測(cè)量對(duì)處理前后的PE膜表面性質(zhì)進(jìn)行表征，同時(shí)利用蒸餾水和二碘甲烷的接觸角測(cè)量對(duì)PE 膜表面能的變化進(jìn)行了分析。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)輝光放電等離子體處理過(guò)的PE膜表面的液體接觸角顯著下降，表面能有明顯提高，在固定的電壓和氣壓下，PE 膜表面的處理效果隨著氣體混合比例的變化而變化，經(jīng)輝光放電等離子體處理后的樣品放置在空氣中后，親水性會(huì)逐漸變?nèi)�，但其親水性能都好于處理前的樣品。