大气压聚合SiOx薄膜用于印刷板材研究(上)

2007/8/10 15:04:24

[摘要] 以六甲基二硅氧烷(HMDSO)为单体，采用DBD等离子体枪在大气环境下进行聚合物合成，对2种不同进样方式的放电特性、聚合效果作了比较，发现2种进样方式的放电特性相同，唯一不同在于等离子体区下游进样放电等离子体炬长在低流量时先增大后减小，而等离子体区直接进样方式放电炬长直接达到起弧最大值。FTIR显示单体不同的输入方式对聚合膜结构影响不大，但对聚合膜的沉积速度有明显的影响，单体输入到等离子体区下游成膜速度明显快于单体直接进入等离子体区。扫描电子显微镜(SEM)给出了聚合膜的表面形态，表面能测试显示其接触角可达ll0度，推墨实验表明等离子体下游区进样聚合膜斥墨性好，可做无水胶印板材。关键词：等离子体化学；聚合；进样方式；SiOx薄膜；DBD等离子体枪包装印刷材料应用广泛，市场庞大，各种技术都有发挥的空间。等离子体技术作为一种新兴的技术在包装行业大有可为，应用等离子体聚合技术合成SiOx薄膜不但在阻隔包装中应用广泛，更由于其较低的表面能，可应用于新型无水胶印版材。等离子体聚合是利用等离子体手段产生电子、离子、活性基团，在气态或基体表面进行化学反应，以薄膜或粉末的形式沉积于基材表面，是等离子体化学的一个重要研究方向。其应用范围日益扩大，如纺织_2]、纳米材料的制备口、医用高分子材料、功能薄膜刮等。传统的非平衡等离子体(或称冷等离子体)是在1氏气压下产生的，设备投资大，生产规模有限，限制了等离子体聚合在工业中的应用，因此采用大气下非平衡等离子体化学聚合，已经成为特殊用途的聚合反应的发展方向。1998年，美国加利福尼亚大学的s．E．Babayany等人就发表了在大气压下用等离子体枪聚合沉积SiOx薄膜的论文，但其放电方式为两电极间辉光放电，放电均匀性限制这种等离子体枪的应用。大气下DBD放电，在距电离区15cm处仍可测得离子数密度达10 -9／cm3 量级的等离子体。因此采用高频介质阻挡放电等离子体枪，在大气下等离子体聚合具有不受真空条件限制、放电更趋均匀的优点。用空心铜管做内电极，进行大气下等离子体枪聚合。可以采用2种不同的进样方式，即等离子体区直接进样和等离子体区下游进样，它们的装置结构、聚合原理均不相同。为了了解不同进样方式对聚合成膜的影响，对2种进样方式的等离子体枪的放电特性，聚合膜FYIR进行了比较研究，并给出了聚合膜表面型貌。1 试验装置及样品准备采用本实验室自制的DBD等离子枪，该枪由3部分组成：单体输入系统，DBD等离子枪体及电源系统。单体输入系统由气源和气阀、流量计和导管组成。枪体是由内、外电极和作为介质层的石英玻璃组成。电源采用输出电压0～12000V可调变压电源，频率为16kHz功能膜聚合在20～IOOW 之间，工作气体是氩气，单体是六甲基二硅氧烷。当9bJ30电压形成的电场强度高于气体击穿所需场强时，便发生放电并在腔中形成等离子体。有气体从入口处吹入时，从枪口吹出等离子体并形成等离子体炬。等离子体枪放电腔的横截面积组成见图1。在单体直接输入等离子体区的输入方式中，输入单体通过内电极与玻璃管之间由载气带入到达等离子体区。而单体输入等离子体下游区的方式，是把氩气分为两路，一路在内电极和介质之间电离形成等离子体，另一路作载气，携带单体经空心内电极到达等离子体区下游，由电离氩气产生的等离子体作用，发生聚合反应。其反应机理及其装置结构图分别如下：等离子体区直接进样：(待续)

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