本發(fā)明屬于等離子體技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種等離子體引發(fā)聚合表面涂層裝置及方法，用于在基材表面制備聚合物涂層。

背景技術(shù)：

等離子體聚合是利用放電把有機(jī)類(lèi)氣態(tài)單體等離子體化,使其產(chǎn)生各類(lèi)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,使單體蒸汽發(fā)生氣相反應(yīng)生成活性中心，引發(fā)單體蒸汽在長(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(xiàn)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。

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)必須采用脈沖調(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(mǎn)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，要盡可能縮短脈沖放電開(kāi)啟階段時(shí)間。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，且需要充入一定氣壓的載體氣體來(lái)維持放電。其缺點(diǎn)是：脈沖調(diào)制高頻電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴；不易調(diào)整匹配，設(shè)備不易放大，工藝移植性不好；放電不穩(wěn)定，工藝重復(fù)性不良；存在強(qiáng)射頻電場(chǎng)易損傷基材；另外，充入載體氣體使腔內(nèi)氣壓較高，單體擴(kuò)散不良，從而造成涂層不均勻等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電火花等離子體引發(fā)聚合表面涂層裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、不易調(diào)整匹配、設(shè)備不易放大，工藝移植性不好、放電不穩(wěn)定、工藝重復(fù)性不良、存在強(qiáng)射頻電場(chǎng)易損傷基材、需要載體氣體、單體擴(kuò)散不良、涂層不均勻的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種電火花等離子體引發(fā)聚合表面涂層裝置，其特征在于：在真空室內(nèi)間隔安裝多個(gè)火花塞，構(gòu)成陣列，火花塞與電源連接，單體蒸汽管路連接在真空室內(nèi)，單體蒸汽管路在位于火花塞的正前方設(shè)置出口，單體蒸汽管路另一端連接到單體蒸汽源，排氣管位于真空室遠(yuǎn)離火花塞和單體蒸汽管路出口的一側(cè)，排氣管另一端與真空泵連接，待處理的基材放在真空室內(nèi)。

所述的火花塞相鄰間隔10cm-30cm進(jìn)行安裝。

所述單體蒸汽管路的出口與火花塞的距離為1cm-10cm。

所述電源產(chǎn)生的高壓脈沖的峰值為5-20kV，脈寬為2-50μs，重復(fù)頻率為1-1000Hz。

一種利用上述所述的電火花等離子體引發(fā)聚合表面涂層裝置進(jìn)行表面涂層的方法，其特征在于：主要包括以下步驟：

(1)待處理的基材放在真空室內(nèi)，開(kāi)啟真空泵將真空室抽至壓強(qiáng)1Pa以下；

(2)開(kāi)啟單體蒸汽管路，通入單體蒸汽，所述單體蒸汽含有不飽和碳碳鍵，其中一個(gè)不飽和碳原子上不含取代基；

(3)開(kāi)啟電源，電源產(chǎn)生高壓脈沖加在火花塞上產(chǎn)生電火花，引發(fā)單體蒸汽聚合并沉積在基材表面形成涂層。

所述的步驟(2)中所述的單體包括二甲基乙烯基乙氧基硅烷，丙烯酸，甲基丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯，丙烯酰胺，甲基丙烯酸-2-羥乙酯，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，甲基丙烯酸長(zhǎng)鏈酯類(lèi)，如甲基丙烯酸正辛酯，甲基丙烯酸正十二酯，甲基丙烯酸正十四酯中的一種或幾種。

所述單體的結(jié)構(gòu)中含有鹵素官能團(tuán)或其他官能團(tuán)，所述鹵素官能團(tuán)為F,Cl,Br,I中的一種或多種，所述其他官能團(tuán)為羥基，羧基，環(huán)氧基團(tuán)，硅氧基團(tuán)中一種或多種。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)火花塞電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、無(wú)需調(diào)整匹配。

(2)火花塞數(shù)量和陣列面積可根據(jù)需要增加擴(kuò)展，設(shè)備容易放大，工藝移植性好。

(3)放電穩(wěn)定，工藝重復(fù)性好。

(4)不存在強(qiáng)射頻電場(chǎng)，不損傷基材。

(5)不需要載體氣體，單體擴(kuò)散良好，涂層均勻。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、真空室，2、火花塞，3、單體蒸汽管路，4、排氣管，5、真空泵，6、基材，7、電源。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖1中，在真空室內(nèi)相鄰間隔10cm安裝多個(gè)火花塞，構(gòu)成陣列，火花塞與電源連接，電源產(chǎn)生的高壓脈沖峰值為5kV，脈寬為2μs，重復(fù)頻率為1000Hz，單體蒸汽通過(guò)單體蒸汽管路送入真空室內(nèi)，單體蒸汽管路連接在真空室內(nèi)，且在與火花塞的正前方距離為1cm處設(shè)置出口，單體蒸汽管路另一端連接到單體蒸汽源，排氣管位于真空室遠(yuǎn)離火花塞和單體蒸汽管路出口的一側(cè)，與真空泵連接，待處理的基材放在真空室內(nèi)。

實(shí)施例2

一種使用實(shí)施例1所述的電火花等離子體引發(fā)聚合表面涂層裝置進(jìn)行表面涂層的方法，主要包括以下步驟：

(1)將待處理的基材放在真空室內(nèi)，開(kāi)啟真空泵將真空室抽至壓強(qiáng)1Pa；

(2)開(kāi)啟單體蒸汽管路通入單體蒸汽，所述單體蒸汽含有至少一個(gè)不飽和碳碳鍵，其中一個(gè)不飽和碳原子上不含取代基，優(yōu)選的單體為丙烯酸和甲基丙烯酸丁酯；

(3)電源產(chǎn)生高壓脈沖加在火花塞上產(chǎn)生電火花，電火花作用于單體蒸汽，引發(fā)單體蒸汽聚合并沉積在基材表面形成涂層。

實(shí)施例3

如圖1中，在真空室內(nèi)相鄰間隔30cm安裝多個(gè)火花塞，構(gòu)成陣列，火花塞與電源連接，電源產(chǎn)生的高壓脈沖峰值為20kV，脈寬為50μs，重復(fù)頻率為1Hz，單體蒸汽通過(guò)單體蒸汽管路送入真空室內(nèi)，單體蒸汽管路連接在真空室內(nèi)，且在與火花塞的正前方距離為10cm處設(shè)置出口，單體蒸汽管路另一端連接到單體蒸汽源，排氣管位于真空室遠(yuǎn)離火花塞和單體蒸汽管路出口的一側(cè)，與真空泵連接，待處理的基材放在真空室內(nèi)。

實(shí)施例4

一種使用實(shí)施例3所述的電火花等離子體引發(fā)聚合表面涂層裝置進(jìn)行表面涂層的方法，主要包括以下步驟：

(1)將待處理的基材放在真空室內(nèi)，開(kāi)啟真空泵將真空室抽至壓強(qiáng)0.4Pa；

(2)開(kāi)啟單體蒸汽管路，通入單體蒸汽，所述單體蒸汽含有至少一個(gè)不飽和碳碳鍵，其中一個(gè)不飽和碳原子上不含取代基，優(yōu)選的單體為二甲基乙烯基乙氧基硅烷；

(3)電源產(chǎn)生高壓脈沖加在火花塞上產(chǎn)生電火花，電火花作用于單體蒸汽，引發(fā)單體蒸汽聚合并沉積在基材表面形成涂層。

實(shí)施例5

如圖1中，在真空室內(nèi)相鄰間隔20cm安裝多個(gè)火花塞，構(gòu)成陣列，火花塞與電源連接，電源產(chǎn)生的高壓脈沖峰值為10kV，脈寬為25μs，重復(fù)頻率為500Hz，單體蒸汽通過(guò)單體蒸汽管路送入真空室內(nèi)，單體蒸汽管路連接在真空室內(nèi)，且在與火花塞的正前方距離為5cm處設(shè)置出口，單體蒸汽管路另一端連接到單體蒸汽源，排氣管位于真空室遠(yuǎn)離火花塞和單體蒸汽管路出口的一側(cè)，與真空泵連接，待處理的基材放在真空室內(nèi)。

實(shí)施例6

一種使用實(shí)施例5所述的電火花等離子體引發(fā)聚合表面涂層裝置進(jìn)行表面涂層的方法，主要包括以下步驟：

(1)將待處理的基材放在真空室內(nèi)，開(kāi)啟真空泵將真空室抽至壓強(qiáng)0.06Pa；

(2)開(kāi)啟單體蒸汽管路，通入單體蒸汽，所述單體蒸汽含有至少一個(gè)不飽和碳碳鍵，其中一個(gè)不飽和碳原子上不含取代基，優(yōu)選的單體為甲基丙烯酸乙酯；

(3)電源產(chǎn)生高壓脈沖加在火花塞上產(chǎn)生電火花，電火花作用于單體蒸汽，引發(fā)單體蒸汽聚合并沉積在基材表面形成涂層。