Влияние барьерного разряда на электрофизические свойства полиимидных пленок
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
ами плазмы газового разряда, способными инициировать химические реакции в поверхностных слоях полимера, являются свободные ионы и электроны, свободные атомы, возбужденные частицы и ультрафиолетовое (УФ) излучение [58].
Основную роль в деградации поверхности под действием газового разряда играет бомбардировка ионами. Особенности реакций при ударе тяжелых ионов, в отличие от электронного удара, связаны с возможностью передачи атомам или фрагментам полимерных молекул заметного импульса.
УФ-излучение может инициировать в твердом теле определенные фотохимические реакции, специфика которых определяется структурой молекулы, энергией светового кванта и сечением поглощения. Интенсивность излучения плазмы в области наиболее высокоэнергетичного вакуумного ультрафиолета (?~110-180 нм) может достигать 1013-1014 квант/см2с. Эта величина существенно зависит от мощности и объема плазмы, давления и рода газа, а также от концентрации примесей в плазме.
Под действием электронов и УФ излучения в полимерах образуются свободные радикалы, межмолекулярные сшивки, газообразные продукты - преимущественно Н2. Соответствующие первичные химические реакции могут быть представлены следующими уравнениями:
Активные первичные продукты могут вступать во вторичные реакции:
+ H > R + H2 (образование газообразного Н2) + H > R1-CH=CH-R2 +Н2 (образование двойной связи и Н2)
Н + Н > Н2 (образование газообразного Н2) + R > R-R (образование межмолекулярных сшивок)
При наличии О2 в составе плазмообразующего газа характерны следующие вторичные реакции с участием свободных радикалов:
Сравнительно небольшие возможные энергии электронов и в особенности ионов в газоразрядной плазме, обеспечивают образование новых продуктов в тонких поверхностных слоях полимера, контактирующего с плазмой разряда [66].
Для исследования и идентификации продуктов, образующиеся в полимерах при действии газового разряда, широко применяются различные спектроскопические методы [54,58,65].
Обработка полимеров в стационарном НЧ или ВЧ газовом разряде приводит к уменьшению веса и толщины образца т.е. сопровождается процессом эрозии. Ее скорость зависит как от химического состава и структуры полимера, так и от условий обработки.
Выделяют два основных механизма эрозии: физическое распыление и химическое травление. Физическое распыление связано с разрушением структуры полимера, в основном, под действием бомбардирующих ионов, которые достаточно эффективно могут передавать импульс атомам или фрагментам молекулы, выбивая их из молекулярной структуры. Химическое травление связано с реакциями на поверхности полимера с участием таких частиц, как атомы О, F, молекулы О2, О3, метастабильные атомы инертных газов. Комплекс реакций с участием этих частиц является очень сложным и не поддается более или менее определенному кинетическому описанию. Однако установлены некоторые общие закономерности процессов с участием отдельных частиц, или групп частиц. Так при действии разрядов в кислородосодержащей среде на различные полимеры характерно образование в молекулярной структуре поверхностных слоев кислородсодержащих групп С=О, С-О-Н, С-О-О-Н, С-О-О-С. Это может быть связано с реакциями атомов О, молекул О2, О3, которые способны реагировать со свободными радикалами в полимерной молекуле. Конечными продуктами реакций могут быть СО2, Н2О, легко переходящие в газовую фазу.
В работе [58] получены зависимости потери веса от времени обработки различных полимеров в кислородной плазме ВЧразряда. Разветвление в полимерной цепи приводит к повышению, а сшивка - к снижению скорости эрозии полимеров. Скорость деструкции несколько различна для аморфных и кристаллических областей полимера, что ведет к изменению поверхностной морфологии полимера при продолжительной обработке. Как правило, скорость эрозии в аморфных областях полимера выше, чем в кристаллических, вследствие чего длительная обработка приводит к образованию пористой структуры в поверхностном слое полимера. Увеличение содержания кристаллической фазы при эрозии может приводить к увеличению прочности композитных полимерных волокон [60-62].
Установление роли УФ излучения плазмы в образовании продуктов реакции в поверхностных слоях полимеров проводилось во многих работах [54-56, 67, 68]. При облучении ПЭ ВУФ излучением ВЧ разряда через окно LiF исследовалось сшивание этого полимера и было показано, что излучение оказывает заметное влияние на образование межмолекулярных сшивок [56,69]. Изучение кинетики накопления свободных радикалов в ПЭ при облучении его светом ртутной лампы (? = 253,7 нм) показало, что эффективность их образования в этих условиях крайне мала [56].
Детальное изучение роли УФ излучения и электронной компоненты в образовании низкомолекулярных продуктов в ПЭ под действием плазмы импульсного и стационарного ВЧ разрядов проведено в работах [54, 55, 68]. Авторы полагают, что на начальной стадии (t 60 мин определяется преимущественно ВУФ излучением в диапазоне 140-160 нм.
Природа молекулярных и атомарных активных частиц в плазме разряда определяется, прежде всего, составом газа. Такими частицами могут быть свободные атомы в основном и возбужденном состояниях, электронно- и колебательно возбужденные молекулы. Эти частицы могут вызыват?/p>