低溫等離子體表面處理對聚乳酸（PLA）性能的影響

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-09-14

聚乳酸（PLA）也稱聚丙交酯，由乳酸通過開環(huán)聚合或直接縮聚獲得。PLA不以石油為原料，是目前世界上第二大流行的可生物降解塑料，在適當(dāng)?shù)臈l件下在環(huán)境中分解成二氧化碳和水，而且制備方法簡單。PLA因其良好的生物相容性、可生物可降解性、理化性能等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于包裝領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、紡織領(lǐng)域、餐飲領(lǐng)域等。但是PLA在應(yīng)用過程中也存在一些不足，如因韌性差、質(zhì)脆、氧氣阻隔性能比石油基塑料包裝材料差等缺點(diǎn)限制了其作為食品包裝材料的應(yīng)用，因疏水性和缺乏活性官能團(tuán)等缺點(diǎn)限制其作為組織工程支架材料的應(yīng)用等。為了解決這些問題，就需要使用不同的方法來改善它們的特性。目前改善特性和修飾聚合物表面的方法主要包括：表面交聯(lián)、紫外線照射、伽馬射線照射、離子束照射、激光處理、與其他生物聚合物混合和等離子體處理等。

等離子體表面處理：

等離子體是除固、液、氣以外的第四種物質(zhì)形態(tài)。等離子體改性技術(shù)相較于其他改性技術(shù)具有無可比擬的優(yōu)勢：如反應(yīng)時間快，改性效率高；無廢料和副產(chǎn)物產(chǎn)生，不額外產(chǎn)生污染和高通用性；只需較低的電離度，使改性只發(fā)生在納米和微米尺度的材料表面，不會破壞基材的整體性質(zhì)；是提高不同類型材料表面能、極性、滲透性、潤濕性和粘附性的有效技術(shù)。目前等離子體技術(shù)已廣泛應(yīng)用于材料改性、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、垃圾處理等方面，在對PLA材料的改性上運(yùn)用也越來越廣泛。

低溫等離子體表面處理對PLA性能的影響

等離子體中存在具有一定能量分布的電子、離子和中性粒子，在與材料表面撞擊時會將自己的能量傳遞給材料表面的分子和原子，產(chǎn)生一系列物理和化學(xué)過程。根據(jù)處理條件和等離子體種類不同，聚合物的表面性能，如形貌，疏／親水性和粘附性等均會發(fā)生改變。圖１反應(yīng)了低溫等離子體改性對PLA表面的主要影響。等離子體放電會產(chǎn)生電子、離子、自由基等活性粒子，其中電子、離子主要對PLA表面起著刻蝕作用，而自由基主要起著官能團(tuán)引入的作用。

圖一低溫等離子體處理對PLA表面的主要影響

表面粗糙度

經(jīng)過等離子體表面處理改性后，PLA膜表面的粗糙程度都有不同程度的增加，這是由于在改性過程中電子、離子、自由基等轟擊材料表面，發(fā)生許多鏈斷裂，導(dǎo)致低聚物的形成和揮發(fā)性產(chǎn)物從膜表面脫附，即所謂的聚合物刻蝕過程。PLA表面粗糙程度的增加是低溫等離子體改性后最顯著的物理變化之一。

親水性能

為了使PLA材料能廣泛運(yùn)用在包裝領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域中，親水性是其必須具備的性質(zhì)，因此改善PLA材料親水性越來越受到重視。經(jīng)過傅里葉變換紅外吸收光譜儀（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）表征，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過等離子改性后親水性極性官能團(tuán)的數(shù)量明顯增加，這些基團(tuán)與水分子相互作用強(qiáng)烈，從而增加了PLA的表面潤濕性和表面能，降低了接觸角。

以上資料由國產(chǎn)等離子表面處理設(shè)備廠家納恩科技整理編輯。PLA材料是一種多用途的聚合物，具有許多優(yōu)異的物理和生物性能，但是當(dāng)PLA材料用于包裝和醫(yī)療領(lǐng)域時，材料本身的一些缺點(diǎn)限制了其在包裝和醫(yī)療領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。等離子改性技術(shù)在改善聚合物表面性能方面具有廣闊的前景。在大多數(shù)等離子改性情況下可以增加引入材料表面含氧基團(tuán)的含量，改善材料表面的親水性，增加表面自由能，增加材料表面的粗糙程度。在包裝領(lǐng)域中，通過等離子改性引發(fā)后續(xù)接枝反應(yīng)中所需的自由基的形成，并且可以將額外的官能團(tuán)共價結(jié)合到處理過的表面上。

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