等離子清洗機對材料改性具有工藝簡單、操作方便、加工速度快、處理效果好、環境污染小、節能的優點，并可以得到傳統化學方法難以達到的處理效果。下面小編介紹等離子體清洗機在無機粉體表面改性方面的應用。

一(yi)、等離(li)子(zi)體改性概述

目前，在(zai)無機粉體(ti)(ti)(ti)(ti)改性領(ling)域應用較多的是低溫等離(li)子(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)。低溫等離(li)子(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)對無機粉體(ti)(ti)(ti)(ti)表(biao)面改性方法通(tong)常有等離(li)子(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)處理(li)、等離(li)子(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)輔助化學氣相沉(chen)積(ji)和等離(li)子(zi)體(ti)(ti)(ti)(ti)引發的接枝聚(ju)合(he)等。

1、等離子體處理

等離子體(ti)處(chu)理是指非(fei)聚合性氣(qi)(qi)體(ti)（非(fei)反應(ying)性氣(qi)(qi)體(ti)如He、Ar等和反(fan)應性氣體如O₂、CO₂、NH₃等(deng)(deng)）的(de)等(deng)(deng)離子(zi)(zi)(zi)體(ti)對粉體(ti)顆粒(li)表(biao)面(mian)的(de)物理(li)的(de)或(huo)化學的(de)作(zuo)用過(guo)程。處理(li)中，等(deng)(deng)離子(zi)(zi)(zi)體(ti)中的(de)自由基、電子(zi)(zi)(zi)等(deng)(deng)高能態粒(li)子(zi)(zi)(zi)與粉體(ti)顆粒(li)的(de)表(biao)面(mian)作(zuo)用，通過(guo)刻蝕(shi)與沉積作(zuo)用發生降解和(he)交聯等(deng)(deng)反(fan)應(ying)，在粉體(ti)顆粒(li)表(biao)面(mian)產生極性(xing)基團(tuan)、自由基等(deng)(deng)活性(xing)基團(tuan)，從(cong)而可實現其親水(shui)化等(deng)(deng)處理(li)。

2、等離子體輔助(zhu)化(hua)學(xue)氣相沉積(ji)

等離(li)子體輔助化學氣相沉積是(shi)指首(shou)先通(tong)過等離(li)子體表面活(huo)(huo)化引入活(huo)(huo)性基(ji)團，然后在粉(fen)體顆粒表面構建新的(de)表層或形成(cheng)薄膜。

3、等離子體(ti)接(jie)枝(zhi)聚合

等(deng)離(li)子體(ti)(ti)接枝(zhi)(zhi)聚合(he)是先對(dui)粉體(ti)(ti)顆粒進行等(deng)離(li)子體(ti)(ti)處理，利用表面產生的(de)活性自由(you)基引發(fa)烯類(lei)單體(ti)(ti)在材(cai)料表面進行接枝(zhi)(zhi)聚合(he)。相比材(cai)料表面引入的(de)單官(guan)能團，接枝(zhi)(zhi)鏈(lian)化學性質穩定，可使材(cai)料表面具有長久性的(de)親(qin)水性。接枝(zhi)(zhi)速率與(yu)等(deng)離(li)子體(ti)(ti)處理功率、處理時間、單體(ti)(ti)濃度(du)、接枝(zhi)(zhi)時間、溶劑性質等(deng)因素有關。

圖2  等離子體接枝(zhi)聚(ju)合處理(li)示意圖

二、等離子體改性(xing)無機粉體的應用(yong)

隨著(zhu)無機粉體(ti)應用領(ling)域的拓寬，對(dui)其(qi)(qi)性(xing)(xing)能(neng)的要求越(yue)來越(yue)高(gao)，各種改性(xing)(xing)技(ji)術(shu)應運而(er)生，以(yi)求改善其(qi)(qi)表(biao)面化學(xue)性(xing)(xing)質，如改變粉體(ti)表(biao)面結構、改善粉體(ti)的分散性(xing)(xing)和(he)潤濕性(xing)(xing)、親水性(xing)(xing)、表(biao)面能(neng)等，提高(gao)其(qi)(qi)工作性(xing)(xing)能(neng)和(he)效率。

1、改變粉體表面結構

等離子體清洗(xi)機處(chu)理粉體表(biao)面后，使(shi)其結(jie)構會發生明顯(xian)變(bian)化。研究者采用(yong)放電氣壓 16Pa、放電功(gong)率 55W 的(de)條(tiao)件下(xia)，用丙烯酸等離子體對TiO₂納米顆(ke)粒表面處(chu)理2h，通過(guo)透射電鏡(jing)對處理前后(hou)的TiO₂納米顆粒進行分析時發現，經改(gai)性處理的 TiO₂粉體表面生成(cheng)了(le)一層結(jie)合(he)緊(jin)密的有機物，其厚(hou)度為3～5nm，表明通(tong)過等離(li)子體聚合在 TiO₂粉體的(de)表面沉積(ji)了丙烯酸(suan)薄膜。

圖3  丙烯酸等離子體清洗機處理后TiO₂納米顆粒應用于光(guang)催(cui)化

研究(jiu)者(zhe)利用吡咯等(deng)離(li)子體在放(fang)電氣壓 25Pa、放電功率(lv) 10W 的(de)條件下，對Al₂O₃納米顆(ke)粒處理24min。從 HRTEM 照片中能夠(gou)清晰地看(kan)到，在不同尺寸Al₂O₃納(na)米顆粒(li)上的超薄吡(bi)咯薄膜，其厚(hou)度大約為 2nm，均(jun)勻并具有典型的非晶結構。

2、等(deng)離(li)子處(chu)理設備改善(shan)粉體表面(mian)潤濕性(xing)

無(wu)機(ji)(ji)粉(fen)體表面通常含有親水性(xing)較強的羥基，呈現較強的堿性(xing)。其親水疏油(you)的性(xing)質使粉(fen)體與有機(ji)(ji)基體的親和性(xing)差。為了改善(shan)二者之間的相容性(xing)，可對(dui)粉(fen)體進行表面改性(xing)。 粉體經等離子(zi)體處(chu)理后，其表面將生(sheng)成(cheng)一層有機包覆層，導(dao)致表面潤濕性發生(sheng)變化。

例如(ru)經過等(deng)離子體(ti)清洗機處理后的碳酸(suan)鈣粉體(ti)表(biao)面(mian)接觸角明顯增(zeng)大，改性后的碳酸(suan)鈣粉體(ti)表(biao)面(mian)性質(zhi)由親(qin)水性向親(qin)油(you)性轉變(bian)。采用不同的等(deng)離子體(ti)（甲基丙烯酸(suan)酯、丙烯胺、環乙胺、苯乙烯）處理的碳(tan)酸鈣(gai)粉體(ti)接(jie)觸角(jiao)有較大差別(bie)，如下表所示(shi)：

在(zai)絲網印刷(shua)技術中(zhong)，制備電子漿料采用的(de)(de)超細粉(fen)(fen)體(ti)一般(ban)是(shi)無(wu)機粉(fen)(fen)體(ti)，其表(biao)(biao)(biao)面積大，極易發生(sheng)團聚(ju)形成(cheng)大的(de)(de)二(er)次顆粒(li)，在(zai)有機載體(ti)中(zhong)難于分散。這將(jiang)對(dui)漿料的(de)(de)印刷(shua)性能(neng)以及制備的(de)(de)電子元器(qi)件性能(neng)產生(sheng)不(bu)利影響。采用六甲(jia)基二(er)硅(gui)氧烷作為(wei)等離子聚(ju)合(he)(he)單體(ti)對(dui)玻(bo)璃粉(fen)(fen)體(ti)進行表(biao)(biao)(biao)面改性，在(zai)粉(fen)(fen)體(ti)表(biao)(biao)(biao)面聚(ju)合(he)(he)形成(cheng)了低表(biao)(biao)(biao)面能(neng)的(de)(de)聚(ju)合(he)(he)物，使表(biao)(biao)(biao)面疏水性增強。當形成(cheng)的(de)(de)聚(ju)合(he)(he)物完(wan)全覆(fu)蓋粉(fen)(fen)體(ti)表(biao)(biao)(biao)面時，接觸角達到*大，通過改變粉(fen)(fen)體(ti)表(biao)(biao)(biao)面包(bao)覆(fu)的(de)(de)聚(ju)合(he)(he)物的(de)(de)數量，改變或(huo)控制粉(fen)(fen)體(ti)的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面能(neng)，改善其在(zai)有機載體(ti)中(zhong)的(de)(de)分散性能(neng)。

3、等離子處理設備(bei)改(gai)善粉體分散(san)性

采用低溫(wen)等離子體清洗機(ji)對無機(ji)粉體進行表面改性, 通過反應(ying)在其(qi)表面(mian)形(xing)成(cheng)聚(ju)合物層，這樣(yang)可(ke)以(yi)降(jiang)低粉(fen)(fen)體的表面(mian)能，減小(xiao)團聚(ju)生成(cheng)的傾向。同時聚(ju)合物層還可(ke)以(yi)增加粉(fen)(fen)體與有機高聚(ju)物的相(xiang)容性，從(cong)而改(gai)善(shan)了粉(fen)(fen)體在其(qi)中的分散性能。

 例如制備氧化(hua)鋯陶(tao)瓷(ci)工(gong)藝工(gong)程中，對超細ZrO₂粉體進(jin)行低溫等(deng)離子體改性處理，使ZrO₂粉體表面聚合了聚乙(yi)烯(xi)、聚苯乙(yi)烯(xi)以及聚甲基丙烯(xi)酸(suan)甲酯等(deng)不(bu)同的(de)聚合物層，該聚合物膜的(de)形(xing)成能夠顯(xian)著改(gai)善 ZrO₂粉(fen)體的分散性。