一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置的制造方法
【專利摘要】一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，屬于等離子體技術(shù)領(lǐng)域，用于在基材表面制備聚合物涂層。其特征是，用金屬柵網(wǎng)將真空室分隔為放電腔和處理室兩部分；金屬柵網(wǎng)與真空室絕緣；載體氣體和單體蒸汽經(jīng)不同管路分別送入放電腔和處理室內(nèi)；待處理的基材放在處理室內(nèi)；在放電腔內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)放電的等離子體，在金屬柵網(wǎng)上施加脈沖正偏壓釋放等離子體進(jìn)入處理室以引發(fā)單體聚合。本實(shí)用新型具有電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、調(diào)試容易，等離子體穩(wěn)定，等離子體作用時(shí)間可以縮短到微秒級(jí)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于等離子體技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種用于在基材表面制備聚合物涂層的柵控等離子體引發(fā)聚合表面涂層的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體聚合是利用放電把有機(jī)類氣態(tài)單體等離子體化，使其產(chǎn)生各類活性種，由這些活性種之間或活性種與單體之間進(jìn)行加成反應(yīng)形成聚合物的方法。等離子體聚合可分為等離子體態(tài)聚合和等離子體引發(fā)聚合兩種形式，它們的區(qū)別是:等離子體態(tài)聚合整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中單體完全暴露于等離子體環(huán)境，而等離子體引發(fā)聚合中氣體只在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)輝光放電形成的等離子體，使單體蒸氣發(fā)生氣相反應(yīng)生成活性中心，引發(fā)單體蒸氣在長(zhǎng)時(shí)間無(wú)等離子體的后續(xù)過(guò)程中進(jìn)行聚合反應(yīng)。與等離子體態(tài)聚合產(chǎn)物存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，反應(yīng)重現(xiàn)性差，處理效果隨時(shí)間衰減的問(wèn)題相比，等離子體引發(fā)聚合方式可以較少破壞單體的結(jié)構(gòu)，保留單體優(yōu)良性能，使聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)較為單一，易于形成線性大分子產(chǎn)物;另一方面，通過(guò)與材料表面發(fā)生接枝反應(yīng)，能夠增強(qiáng)表面的附著力，使涂層效果不隨時(shí)間衰減。
[0003]現(xiàn)有的等離子體引發(fā)聚合技術(shù)是通過(guò)脈沖調(diào)制高頻輝光放電實(shí)現(xiàn)的。例如文獻(xiàn)《表面涂層》(CN 1190545C)公開(kāi)了一種疏水和/或疏油基材，其中包括利用脈沖調(diào)制高頻輝光放電制備聚合物涂層的方法；文獻(xiàn)《通過(guò)低壓等離子體工藝施加保形納米涂層的方法》(CN201180015332.1)也涉及利用脈沖調(diào)制高頻輝光放電制備聚合物涂層的方法。這些現(xiàn)有技術(shù)均采用脈沖調(diào)制高頻輝光放電，是因?yàn)椴捎酶哳l放電能夠避免由于電極被聚合產(chǎn)物絕緣所造成的放電終止(高頻放電即使電極被聚合產(chǎn)物絕緣情況下也可以維持)，而采用脈沖調(diào)制使高頻放電周期性開(kāi)啟/關(guān)斷是為了滿足等離子體引發(fā)聚合所需要的短時(shí)間放電和長(zhǎng)時(shí)間無(wú)放電聚合，其中為了盡可能減少脈沖放電開(kāi)啟階段等離子體作用于單體而產(chǎn)生的單體碎片，應(yīng)盡可能縮短脈沖放電開(kāi)啟階段時(shí)間(現(xiàn)有技術(shù)已將等離子體作用時(shí)間縮短到幾十微秒)。然而，現(xiàn)有技術(shù)所采用的脈沖調(diào)制高頻輝光放電的方法需要使用具有脈沖調(diào)制功能的高頻電源，其缺點(diǎn)是:脈沖調(diào)制高頻電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、不易調(diào)試;等離子體不穩(wěn)定；由于等離子體起輝到維持至少需要幾十微秒的時(shí)間，等離子體作用時(shí)間不能進(jìn)一步縮短。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、不易調(diào)試;等離子體不穩(wěn)定;等離子體作用時(shí)間不能短于幾十微秒的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，其特征在于:金屬柵網(wǎng)將真空室分隔為放電腔和處理室兩部分;金屬柵網(wǎng)連接脈沖偏壓電源，金屬柵網(wǎng)與真空室絕緣;放電腔分別連接載體氣體管道與燈絲電極，燈絲電極連接電源;可放置待處理基材的處理室的遠(yuǎn)離放電腔的一側(cè)連接排氣管的一端，排氣管的另一端與真空栗相連，處理室的靠近放電腔的一側(cè)連接單體蒸汽管道，處理室與真空排氣孔連通。
[0006]所述金屬柵網(wǎng)由普通鋼絲，不銹鋼絲，鎳絲，銅絲中的一種編織制成，金屬柵網(wǎng)的網(wǎng)絲直徑為0.02-0.5mm，網(wǎng)孔尺寸為0.1-lmm。
[0007]所述金屬柵網(wǎng)由普通鋼薄片，不銹鋼薄片，鎳薄片，銅薄片的一種打孔制成，網(wǎng)孔尺寸為0.1-lmm。
[0008]所述脈沖偏壓電源所產(chǎn)生的脈沖正偏壓幅度為10-150V，寬度為10-100ys。
[0009]所述待處理基材是塑料，橡膠，環(huán)氧玻纖板，聚合物涂層，金屬，紙材，木材，玻璃，織物中的一種或多種組合，且待處理基材的表面可以有化學(xué)涂層。
[0010]所述化學(xué)涂層為丙烯酸樹(shù)脂涂層，醇酸樹(shù)脂涂層，聚氨酯涂層中的一種。
[0011]本實(shí)用新型用金屬柵網(wǎng)將真空室分隔為放電腔和處理室兩部分，金屬柵網(wǎng)與真空室絕緣，載體氣體和單體蒸汽經(jīng)不同管路分別送入放電腔和處理室內(nèi)，待處理的基材放在處理室內(nèi)，在放電腔內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)放電的等離子體，通過(guò)在金屬柵網(wǎng)上施加脈沖正偏壓釋放等離子體進(jìn)入處理室以引發(fā)處理室內(nèi)的單體蒸汽發(fā)生聚合并沉積在基材表面形成聚合物涂層。本實(shí)用新型電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、調(diào)試容易；等離子體穩(wěn)定;等離子體作用時(shí)間可以縮短到微秒級(jí)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中:1、金屬柵網(wǎng)，2、放電腔，3、處理室，4、載體氣體管道，5、單體蒸汽管道，6、排氣管，7、真空栗，8、電源，9、燈絲電極，10、脈沖偏壓電源，11、待處理的基材。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。
[0015]實(shí)施例1
[0016]如圖1所示的一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，金屬柵網(wǎng)I將真空室分隔為放電腔2和處理室3兩部分，金屬柵網(wǎng)I由普通鋼絲編織制成，金屬柵網(wǎng)的網(wǎng)絲直徑為0.5mm，網(wǎng)孔尺寸為Imm;金屬柵網(wǎng)I連接脈沖偏壓電源10，金屬柵網(wǎng)I與真空室絕緣;放電腔2分別連接載體氣體管道4與燈絲電極9，燈絲電極9連接電源8;可放置待處理基材11的處理室3的遠(yuǎn)離放電腔2的一側(cè)連接排氣管6的一端，排氣管6的另一端與真空栗7相連，處理室3的靠近放電腔2的一側(cè)連接單體蒸汽管道5，處理室3與真空排氣孔連通。
[0017]—種利用上述的柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置引發(fā)氣相聚合表面涂層的方法，包括以下步驟:
[0018]I)將待處理基材11放在處理室3內(nèi)；
[0019]2)載體氣體和單體蒸氣分別經(jīng)載體氣體管道4、單體蒸汽管道5被送入放電腔2和處理室3內(nèi)，同時(shí)電源8加熱燈絲電極9并提供高電壓，在放電腔2內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)輝光放電，脈沖偏壓電源10產(chǎn)生的脈沖正偏壓施加在金屬柵網(wǎng)上；
[0020]3)在放電腔2內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)放電的穩(wěn)定等離子體，脈沖正偏壓關(guān)斷的期間，金屬柵網(wǎng)I自動(dòng)處于等離子體的懸浮電勢(shì)，阻擋等離子體穿過(guò)金屬柵網(wǎng)I進(jìn)入處理室3;脈沖正偏壓開(kāi)啟后，金屬柵網(wǎng)I的電勢(shì)相對(duì)于放電腔內(nèi)等離子體處于高電勢(shì)，金屬柵網(wǎng)I上的聚合物涂層等效于一個(gè)電容。由于電容兩端電勢(shì)不能突變，金屬柵網(wǎng)I上的聚合物涂層表面瞬間也處于高電勢(shì)，使等離子體穿過(guò)金屬柵網(wǎng)I擴(kuò)散進(jìn)入處理室3引發(fā)單體聚合。隨著等離子體中的電子對(duì)金屬柵網(wǎng)I上的聚合物涂層充電，該聚合物表面電勢(shì)下降，直到低于等離子體空間電勢(shì)，等離子體被阻擋進(jìn)入處理室3。
[0021]所述的單體的結(jié)構(gòu)單元含有一個(gè)不飽和碳碳鍵，且其中一個(gè)不飽和碳碳原子不含取代基團(tuán)；
[0022]所述形成的聚合涂層的性能與單體結(jié)構(gòu)中的特征官能團(tuán)性質(zhì)保持一致。
[0023]所述單體為二甲基乙烯基乙氧基硅烷(VDMES)。
[0024]為了達(dá)到適合應(yīng)用要求的化學(xué)性能，所述單體的結(jié)構(gòu)中含有鹵素官能團(tuán)，所述鹵素官能團(tuán)為F。
[0025]所述等離子體由交流電壓產(chǎn)生。
[0026]所述脈沖正偏壓幅度為1V，寬度為1ys。
[0027]所述載體氣體是氦氣。
[0028]所述待處理基材是塑料，且待處理基材的表面有化學(xué)涂層，所述化學(xué)涂層為丙烯酸樹(shù)脂涂層。
[0029]所述特征官能團(tuán)性質(zhì)包括親水，疏油，耐酸堿，生物相容等，也可以作為連續(xù)阻隔覆膜延緩腐蝕。
[0030]實(shí)施例2
[0031]本實(shí)施例中所述的一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置各部分結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系、利用該裝置引發(fā)氣相聚合表面涂層的方法均與實(shí)施例1中相同，不同的技術(shù)參數(shù)為:
[0032]I)金屬柵網(wǎng)I由鎳絲編織制成；
[0033]2)金屬柵網(wǎng)的網(wǎng)絲直徑為0.02mm，網(wǎng)孔尺寸為0.1mm;
[0034]3)所述的單體的結(jié)構(gòu)單元含有2個(gè)不飽和碳碳鍵；
[0035]4)所述單體為丙烯酸(AA)與甲基丙烯酸(MAA);
[0036]5)所述單體的結(jié)構(gòu)中含有羧基；
[0037]6)所述等離子體由射頻感應(yīng)親合產(chǎn)生；
[0038]7)所述載體氣體是氫氣與氮?dú)獾幕旌衔铮?br>[0039]8)所述脈沖正偏壓幅度為80V，寬度為55ys;
[0040]9)所述待處理基材是環(huán)氧玻纖板與紙材；
[0041]10)所述待處理基材的表面的化學(xué)涂層為醇酸樹(shù)脂涂層。
[0042]實(shí)施例3
[0043]本實(shí)施例中所述的一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置各部分結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系、利用該裝置引發(fā)氣相聚合表面涂層的方法均與實(shí)施例1中相同，不同的技術(shù)參數(shù)為:
[0044]I)金屬柵網(wǎng)I由銅薄片打孔制成；
[0045]2)金屬柵網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸為0.5mm;
[0046]3)所述的單體的結(jié)構(gòu)單元含有3個(gè)不飽和碳碳鍵；
[0047]4)所述單體為甲基丙烯酸甲酯(MMA)，甲基丙烯酸-2-羥乙酯(HEMA)，甲基丙烯酸正辛酯(PAMOE);
[0048]5)所述單體的結(jié)構(gòu)中含有Cl ,Br,I,羥基，羧基；
[0049]6)所述等離子體由微波、燈絲、熱陰極方法組合產(chǎn)生；
[0050]7)所述載體氣體是氦氣與氬氣的混合物；
[0051 ]8)所述脈沖正偏壓幅度為150V，寬度為10ys;
[0052]9)所述待處理基材是金屬，玻璃，織物；
[0053]10)所述待處理基材的表面的化學(xué)涂層為聚氨酯涂層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，其特征在于:金屬柵網(wǎng)(I)將真空室分隔為放電腔(2)和處理室(3)兩部分;金屬柵網(wǎng)(I)連接脈沖偏壓電源(10)，金屬柵網(wǎng)(I)與真空室絕緣;放電腔(2)分別連接載體氣體管道(4)與燈絲電極(9)，燈絲電極(9)連接電源(8);可放置待處理基材(11)的處理室(3)的遠(yuǎn)離放電腔(2)的一側(cè)連接排氣管(6)的一端，排氣管(6)的另一端與真空栗(7)相連，處理室(3)的靠近放電腔(2)的一側(cè)連接單體蒸汽管道(5)，處理室(3)與真空排氣孔連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，其特征在于:所述金屬柵網(wǎng)(I)由普通鋼絲，不銹鋼絲，鎳絲，銅絲中的一種編織制成，金屬柵網(wǎng)(I)的網(wǎng)絲直徑為0.02-0.5mm，網(wǎng)孔尺寸為0.1-lmm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，其特征在于:所述金屬柵網(wǎng)(I)由普通鋼薄片，不銹鋼薄片，鎳薄片，銅薄片的一種打孔制成，網(wǎng)孔尺寸為0.1-lmm。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，其特征在于:所述脈沖偏壓電源(10)所產(chǎn)生的脈沖正偏壓幅度為10-150V，寬度為10-100μ8。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，其特征在于:所述待處理基材(I I)是塑料，橡膠，環(huán)氧玻纖板，聚合物涂層，金屬，紙材，木材，玻璃，織物中的一種或多種組合，且待處理基材(11)的表面可以有化學(xué)涂層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種柵控等離子體引發(fā)氣相聚合表面涂層的裝置，其特征在于:所述化學(xué)涂層為丙烯酸樹(shù)脂涂層，醇酸樹(shù)脂涂層，聚氨酯涂層中的一種。
【文檔編號(hào)】C08F2/52GK205616834SQ201620438933
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】宗堅(jiān)
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