等离子清洗机是如何对高分子材料表面进行改性的？（上）

真空（低压）等离子清洗机和大气（常压）等离子清洗机，因其不同机制和条件下产生的等离子体，其能量密度、气体温度、粒子组成、电离度等性质的差异，对高分子材料表面作用的机理和效果就会有所区别。但无论何种等离子清洗机产生的等离子体，对高分子材料表面的改性一般都可包括两个方面:等离子体聚合和等离子体表面处理。首先我们了解一下等离子体聚合：

一、等离子体聚合定义
等离子体的聚合是聚合性气体（单体）在等离子体状态下形成一些化学活性基团，这些基团中的活性粒子在高分子材料表面发生等离子体聚合反应。（所谓聚合性气体是指能参与聚合反应的含双键、三键或环状结构的单体）

二、原子聚合作用
传统意义上会认为聚合是分子单元（单体）由聚合过程连在一起，聚合物的化学结构可由单体的化学结构所决定。等离子体聚合性气体在辉光放电的等离子体状态下发生聚合的反应，它不是分子聚合作用，而是原子聚合。

等离子清洗机工作过程中由于是原子聚合，单体中的一些元素和碎片虽然没有进到沉积下的聚合物中；但在维持形成聚合物的等离子体辉光放电中起着重要的作用。等离子体聚合的结果在材料表面生成一层薄膜，这种以等离子体聚合方式生成的薄膜具有坚实、均匀、薄（几十纳米）、致密、无针孔等特点，在结构上是高度交联的无定形态，与基体附着力强，具有优异的机械、电气、光学、化学特性，有广泛的用途。

三、辉光放电聚合作用
辉光放电中聚合物形成过程非常复杂，是销蚀和聚合相互竞争的机理，称之为 CAP 机理(Competitive Ablation and Polymerization Mechanisms)，如图1所示：

图1 辉光放电聚合作用CAP示意图

等离子清洗机在辉光放电条件下有机分子的聚合有两种形态，第一种是等离子体诱导（引发）PIP（Plasma Induced Polymerization）；第二种是等离子体态聚合PSP（Plasma state Polymerization）。

等离子体诱导聚合是在辉光放电条件下产生的活化粒子诱导的通常的（分子）聚合作用，在材料表面产生目由基，然后与单体结合，结合方式有分子链发生交联或侧链上接枝、官能团置换及嵌段聚合等等。要用等离子体诱导聚合作用形成聚合物，单体必须含有聚合能力的结构，如烯烃的双键、三键或环状结构。等离子体态聚合（PSP）是通过等离子体活化粒子的再聚合而沉积到材料表面，这种聚合作用是该过程在等离子体中产生的原子的过程。

在辉光放电条件下是PIP主导还是PSP起主导作用，不仅取决于单体的化学结构，也取决于放电条件，包括但不限于放电频率、放电功率、气体种类、气体流量、放电类型、电极结构等。水冷式水平电极等离子清洗机如图2：