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?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等缺點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、醫(yī)學領(lǐng)域、垃圾處理等方面，在對PLA材料的改性上運用也越來越廣泛。

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的數(shù)量明顯增加，這些基團與水分子相互作用強烈，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PLA材料用于包裝和醫(yī)療領(lǐng)域時，材料本身的一些缺點限制了其在包裝和醫(yī)療領(lǐng)域的進一步應(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共價結(jié)合到處理過的表面上。