[发明专利]等离子体接枝共聚膜层的制备方法

说明书

本发明公开一种等离子体接枝共聚膜层的制备方法，包括以下步骤：将待处理基材放置于工作室内并使工作室达到真空状态；向达到真空状态的工作室内通入工艺气体，所述工艺气体至少包含氮源气体、氧气和氟碳不饱和烃；开启电源，在工作室内产生均匀等离子体以激发来自工艺气体的自由电子，促使基材表面引入的氮氧基团和氟碳类不饱和烃反应生成利于后续接枝共聚膜层固定的微刻蚀及氟碳交联结构；停止通入工艺气体，向工作室内通入作为接枝共聚膜层气源的单体蒸汽，单体于等离子体气氛下在基材表面沉积并发生接枝共聚反应，形成所述接枝共聚疏水膜层。所述方法实现在基材表面尤其是复杂结构异构件表面沉积附着性能优异、形貌均匀的功能膜层。

技术领域

本发明属于等离子体化学工程技术领域，尤其涉及一种等离子体接枝共聚膜层的制备方法。

背景技术

当前，采用各种等离子体源在基底表面化学气相沉积生成功能薄膜，以起到表面改性或防护作用已经相当普遍。例如，中国专利CN 105949836A公开一种栅控等离子体引发气相聚合表面涂层的方法，其将脉冲偏压电源产生的脉冲正偏压施加在金属栅网上，在金属栅网上施加的脉冲正偏压控制和释放等离子体进入处理室以引发单体蒸汽发生聚合并沉积在待处理基材表面形成聚合物涂层。中国专利CN 102821873A公开一种通过低压等离子体工艺施加保形纳米涂层的方法。然而在上述方法中，由于受到大尺寸空间等离子体分布特性的限制，导致无法形成大面积高度均匀的等离子体，造成沉积膜层不连续，甚至膜层厚度不均匀，这导致产品的成品率（良率）低，极大限制了等离子体化学气相沉积聚合物薄膜的实际应用。另外，现有等离子沉积的膜层附着力差，容易在多次摩擦后而失效。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种等离子体接枝共聚疏水膜层的制备方法，所述方法实现在基材表面尤其是复杂结构异构件表面沉积附着性能优异、形貌（厚度）均匀的功能膜层。

第一方面，本发明提供一种等离子体接枝共聚疏水膜层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将待处理基材放置于工作室内并使工作室达到真空状态；

向达到真空状态的工作室内通入工艺气体，所述工艺气体至少包含氮源气体、氧气和氟碳类不饱和烃；

开启电源，在工作室内产生均匀等离子体以激发来自工艺气体的自由电子，促使基材表面引入的氮氧基团和氟碳类不饱和烃反应生成利于后续接枝共聚膜层固定的微刻蚀及氟碳交联结构；

停止通入工艺气体，向工作室内通入作为接枝共聚膜层气源的单体蒸汽，单体于等离子体气氛下在基材表面沉积并发生接枝共聚反应，形成所述致密接枝共聚疏水膜层。

本发明所述制备方法在使用单体蒸汽形成接枝共聚膜层之前，利用不同种类的气体组合作为工艺气体，借助氮氧基团和氟碳类不饱和烃的配合作用，利于后续单体蒸汽通入后生成氟碳交联结构。其中，氮氧基团与氟碳类不饱和烃生成一些具有反应活性的结构单元，该结构单元与后续单体蒸汽反应，生成氟碳交联结构，此时氮氧基团主要起到捕捉H原子形成-N-H-或-N-O-H-等亲水基团作用。经过试验结果证实，包含氮源气体、氧气和氟碳类不饱和烃的混合气体作为工艺气体进行前处理可以发挥对基材表面亲水性处理的作用，然而后续再使用疏水性单体蒸汽进行镀膜，最终结果仍然显示优异的疏水特性，这意味着前处理生成的-N-H-或-N-O-H-等活性基团与疏水单体蒸汽接枝结合后，由于单体蒸汽的氟元素存在，主导最终的涂层显示为疏水性，同时上述亲水性活性基团利于后续接枝聚合反应的进行以及接枝共聚膜层的固定。

较佳地，所述工艺气体中氮源气体的体积百分比为55-80%，氧气的体积百分比为15-40%，余量为氟碳类不饱和烃。