為什么等離子清洗機會使材料表面具有親水性？首先我們一起來了解下表面親水性的理論基礎。
表面潤濕性的理論基礎
材料表面潤濕性是固體表面的固有特性。然而在近十幾年發(fā)表的論文中對于材料親水性的定義卻有著不同的解釋。一種從原子、分子、離子化學物質的本質出發(fā)，如果材料能夠容易溶于水中，就稱為親水性物質，反之稱為疏水性物質；另一種從物質的極性出發(fā)，“相似相溶”原理被廣泛用于推測物質在水中的溶解度，與水化學結構相似的固體都能夠溶于水中，換句話說，材料表面存在極性時，材料表面就具有親水性；然而以上兩種定義具有一定的局限性，不能解釋所有材料表面潤濕程度。VanOss提出利用材料水合吉布斯自由能來定義材料表面親水性和疏水性，他發(fā)現(xiàn)當親水性化合物在水中的吉布斯自由能大于-113mJ/m2時，彼此之間相互吸引；當吉布斯自用能小于-113mJ/m2時，彼此之間相互排斥，他使用這個數(shù)值來判定材料的親水性。近年來較為通用是材料表面張力學說，當材料表面張力大于水的表面張力時，材料表面為親水性，表面張力越大，親水性越強；當材料表面張力小于水的表面張力時，材料表面為疏水性，表面張力越小，疏水性越強。
通常情況下，使用接觸角表征液體對固體表面的潤濕程度，水滴與固體材料表面的接觸角來表征材料表面親疏水程度，材料表面接觸角大于90°為疏水性表面，接觸角小于90°為親水性表面。接觸角為0°為超親水性材料表面，是人們追求最完美的親水性材料；接觸角大于150°為超疏水性材料表面，是最佳疏水性材料。
理想狀態(tài)下接觸角Young模型Young認為在絕對平坦理想表面，接觸角是液滴在氣、固、液三相界面張力達到平衡的一種表現(xiàn)。則平衡狀態(tài)下接觸角與三相界面張力的關系可以表現(xiàn)為：其中，γsg為固體與氣體之間的界面張力、γsl為固體與液體之間的界面張力、γlg為液體與氣體之間的界面張力，θ為表面接觸角。Young方程成立的條件為絕對均勻且平衡的固體表面，且固體表面不能存在其他作用。而實際情況下，溫度、固體表面粗糙度、化學組成成分都會影響接觸角的大小。
固體表面潤濕性由表面化學成分以及粗糙度來共同決定。由公式(1.1)可知，通過控制固液界面的表面張力，可以降低表面能并提高接觸角。研究發(fā)現(xiàn)，也可以通過改變表面粗糙度的大小來提高表面的接觸角。
為什么等離子清洗機會使材料表面具有親水性
等離子體又稱為物質的第四態(tài)，它是氣體在高壓電場中被電離，產(chǎn)生帶電正粒子、負粒子，其中包括正離子、負離子、電子、自由基和各種活性基團組成的集合體。等離子清洗機會使材料表面具有親水性是因為它利用等離子體中的能量粒子和活性基團與材料表面發(fā)生作用，從而達到改變表面成分的目的。
表面親水性官能團增加
物體表面接觸角越小，其潤濕性越好。潤濕是黏附的必要條件，材料表面經(jīng)等離子體處理后，由于含氧基團被大量的引入，使得表面潤濕性得到明顯改善，因此有利于表面黏黏附性增強。
通常情況下，高分子材料經(jīng)過Ar、O2、N2等氣體等離子體處理后，會在表面引入─COO.H、─C==O、─NH2等基團，增加表面親水性。
表面粗糙度的改變
材料經(jīng)過等離子體處理后，表面粗糙度有不同程度的增加，是由于等離子體對材料表面有刻蝕作用，進而影響液體在表面的吸附作用，最終使表面潤濕性改變。24309