[发明专利]一种基于二氧化碳等离子体的疏水性聚合物材料表面亲水改性方法

说明书

本发明公开了一种基于二氧化碳等离子体的疏水性聚合物材料表面亲水改性方法，该方法包括：步骤一：采用高压空气等离子体喷枪将等离子体射流喷射于疏水性聚合物材料表面，得到清洗后的疏水性聚合物材料；步骤二：将清洗后的疏水性聚合物材料置于等离子体处理装置中，将等离子体处理装置抽真空，然后通入第一混合气体，控制气体流量，调节等离子体处理装置内的气压，当等离子体处理装置内的气压稳定后，启动电源，对聚合物材料表面进行等离子体改性处理，得到预改性材料；步骤三：关闭等离子体处理装置的电源，将预改性材料在等离子体处理装置中静置，即得。该发明的方法处理后的聚合物材料表面具有良好的亲水性，还能实现二氧化碳的活化再利用。

技术领域

本发明涉及材料改性技术领域，具体涉及一种基于二氧化碳等离子体的疏水性聚合物材料表面亲水改性方法。

背景技术

等离子体表面处理技术是通过一定能量激发气体分子，使气体离解成电子、离子、自由基和其他亚稳态都等激发态，与材料表面发生碰撞，破坏共价键，产生自由基，活化材料表面。而活化的材料表面可与激发气体相结合，在表面产生化学活性基团。目前等离子体表面处理技术广泛用于电镀、涂层、油墨行业，增加与基材之间的结合力。一些研究者利用等离子体对竹材表面进行了等离子体改性，发现等离子体处理可以有效降低竹材表面对水的接触角，但是随着时间的延长，接触角表面会慢慢恢复。申请者也对等离子体技术封装做过研究，发现等离子体可以活化任何物质表面，但是活化基团会随着时间推移发生湮灭。因此，为了得到亲水性较好的材料表面，一些研究者采用等离子体接枝技术，将亲水单体或聚合物在经过等离子体活化后的疏水表面进行接枝聚合，得到的材料表面具有较低的接触角。Han等用常压氦气等离子体电离二甲基丙烯酸三甘醇酯后产生的蒸汽处理长石质陶瓷，结果显示经等离子体射流处理后的陶瓷表面含羟基自由基，亲水性得到了提高。

二氧化碳是一种非常稳定的分子，比较难进行激发后再反应。以二氧化碳为主的温室气体排放导致的全球气候变暖，正严重威胁着人类的生存和可持续发展，是当前人类面临的重大全球性挑战之一。与此同时，我国现阶段改善环境质量的任务依然严峻，近些年已经有很多研究专注于二氧化碳的吸附和能源化再生利用。其中，以等离子体技术催化分解二氧化碳的研究成为二氧化碳能源化研究的热点之一，但是目前得到一氧化碳或甲烷转化率均不理想，二氧化碳的利用率不高。研究发现，二氧化碳是作为电子受体被活化，将二氧化碳与氧气或氩气等稀有气体共混可以一定程度提高二氧化碳的分解效率。聚合物材料受到离子轰击后会失去电子，产生一些活化基团，也会在加速二氧化碳分解的同时，有利于活化后的二氧化碳与材料表面发生共价键合，从而在材料表面形成永久性的亲水基团。本申请旨在将二氧化碳活化再利用，在材料表面产生更多亲水基团，从而减少二氧化碳在环境中的排放。

发明内容

本发明的目的在于提出一种二氧化碳气氛的真空等离子体表面亲水改性技术，利用高频电将二氧化碳电离，既能实现疏水性聚合物薄膜表面亲水改性，又实现二氧化碳的再利用，减少二氧化碳的排放。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种基于二氧化碳等离子体的疏水性聚合物材料表面亲水改性方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：采用高压空气等离子体喷枪将等离子体射流喷射于疏水性聚合物材料表面，得到清洗后的疏水性聚合物材料；

步骤二：将清洗后的疏水性聚合物材料置于等离子体处理装置中，将等离子体处理装置抽真空，然后通入第一混合气体，控制气体流量，调节等离子体处理装置内的气压，当等离子体处理装置内的气压稳定后，启动电源，对聚合物材料表面进行等离子体改性处理，得到预改性材料；

步骤三：关闭等离子体处理装置的电源，将预改性材料在等离子体处理装置中静置，即得。

进一步地，所述步骤二中，第一混合气体包括二氧化碳与第二混合气体，第二混合气体与二氧化碳的体积比为（0-5）：（95-100）。

进一步地，第二混合气体为氧气或稀有气体。