第七章等离子体聚合总结.ppt

第七章 等离子体聚合 7.1 概述 1 等离子体的产生 2 等离子体在高分子聚合中的应用 表面刻蚀 表面层交联 表面化学修饰 接枝聚合 等离子体聚合涂层 7.2 低温等离子体聚合 7.2.1 等离子体的概念： 在一个辉光放电管中，对压力为0.133Pa左右的低压气体施加一电场进行辉光放电，气体中的少量自由电子将沿着电场的方向被加速。当压力低、距离长时，电子的运动趋向极高的速度，因而获得极大的动能。这种高能电子与分子或原子相碰撞时，会使之激发、离解或化学键的断裂，形成各种激发态的分子、原子、自由基及电子，整个气体处于电离状态。其中，正离子和电子所带电荷相等，表面上呈中性，因而称为等离子体。 通过放电产生等离子体的方法： 11 7.2.2 等离子体聚合的方法和装置 1 辉光放电法及其装置 钟罩型和圆柱流通型 2 电晕放电法及其装置 3 溅射法及其装置 4 离子镀敷法及其装置 5 等离子体CVD法及其装置 7.2.3 等离子体聚合反应特征 1 所有的有机化合物或有机金属化合物都可以进行聚合：带双键的或其他官能团的单体、甲烷、乙烷、苯、甲苯、氟代烷、烷基硅烷等饱和烷烃类化合物； 2 等离子体聚合可以由输入能量、单体加入速度及真空度 进行控制，不同条件下可以得到粉末、油状或薄膜等不同性状的聚合物，产物结构复杂。支链很多； 3 由于多种活性粒子在气相中同时引发聚合反应，聚合产物在器壁或底层沉积，因此等离子体聚合的机理和过程极其复杂。 由等离子体聚合得到的聚合物膜的特征 可容易获得无针孔的薄膜 可制得具有新型结构和性能的聚合物 可形成三维网状结构，具有优良的耐药品性、耐热性和力学性能 合成工艺简单、清洁 可对各种形状物体进行涂层处理 等离子体聚合的不足之处： 等离子体聚合的基本反应极其复杂，聚合机理不清楚，难以定量控制 等离子体聚合膜的结构十分复杂 等离子体反应装置不同，很难得到再现性的结果 很难做成较大厚度的膜 烃类化合物进行等离子体聚合反应： 7.2.4 等离子体聚合的机理 1 等离子体聚合的引发中心 正离子引发机理 自由基引发机理 2 单体的电离 四种产生活性种的途径： 3 等离子体聚合的链增长机理 快速逐步增长过程 双循环快速逐步聚合机理 7.2.5 等离子体聚合中聚合物的沉积 7.2.6 碳氢化合物的等离子体聚合 其机理与通常的烃类单体自由基聚合有较大的差异： 单体可以是不饱和的碳氢化合物也可以是饱和的碳氢化合物 得到的聚合物的组成与单体通常有很大的差异 等离子体聚合产物的结构、性质与聚合条件有十分敏感的关系：通常，当单体流量大并且操作压力高时，生成油状物质；相反，生成粉末状聚合物或薄膜。 7.2.7 碳氟化合物的等离子聚合 在等离子体场中，碳氟化合物的分解反应趋势大于聚合反应。 7.2.3 机硅化合物的等离子体聚合 7.3 等离子体引发聚合 7.3.1 等离子体引发聚合的概念与特征 等离子体引发聚合是利用单体蒸气激发产生等离子体，使等离子体活性基团与单体液面或固体表面接触实现聚合制备高分子的方法。 以上方法具有两个显著特征： （1）聚合的引发反应是在气相中进行的 （2）链增长及终止反应是在凝聚相中进行的 7.3.2 等离子体引发聚合的机理 7.3.2.1 双自由基机理 7.3.2.2 位阻排斥引发机理 其中，I为自由基，R·为初级自由基，M为单体，Mn ·和Mm ·为增长链，Pn和Pm为失去活性的大分子链。 7.3.2.3 瞬时引发-活性自由基机理 7.3.2.4 溶剂化活性种引发机理 7.3.3 乙烯基单体的等离子体引发聚合 1 超高分子量和聚合物的合成 2 乳化聚合和共聚反应 等离子体引发的共聚合反应因单体活性不同，一般出现以下两种情况： （1）两种聚合活性相近的单体组合时，无论单体组合比如 何变化，都能有效地聚合 （2）若一方为非活性的单体的组合，那么随体系中非活性单体比例的增大，聚合效率急剧下降。 嵌段共聚物的合成 AAM－MMA、AMPS-HEMA、AMPS-AAM等 4 固相开环聚合 等离子引发聚合可以实现环状化合物的固相开环聚合，主要有以下三种环状单体的等离子体引发聚合： （1）环醚的固相开环聚合 （2）无机环状化合物的固相开环聚合 （3）环状有机硅化合物的开环聚合 5 生物医用材料 6 分离膜的制备 7.4 非聚合性等离子体反应 7.4.1 非聚合性等离子体反应的概念 非聚合性等离子的特点是气体本身在过程中不发生聚合反应，但它可引起其他物质的化学反应，故对高分子材料的表面改性具有十分重要的作