КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОЛИКАРБОНАТА В ПЛАЗМЕ АРГОНА И ЕГО СМЕСЯХ С КИСЛОРОДОМ
Аннотация
В работе приводятся результаты экспериментальных исследований процессов деструкции и изменения состава поверхностного слоя плёнки поликарбоната (ПК) марки Lexan 8010 при обработке в положительном столбе тлеющего разряда постоянного тока в аргоне, кислороде и их смесях. Измерены скорости убыли массы образцов в зависимости от параметров разряда и состава плазмообразующего газа, проанализированы ИК спектры НПВО пленок полимера после воздействия плазмы. Показано, что наиболее заметные изменения в скорости деструкции образца и химическом составе поверхностного слоя происходят при содержании кислорода в смеси до 20%. При дальнейшем увеличении содержания О2 в плазмообразующей смеси изменения незначительны. Основными газообразными продуктами деструкции ПК в плазме смеси аргон-кислород являются H2, CO и H2O. В первую секунду после включения разряда с максимальной скоростью выделяются молекулы Н2 и с меньшей скоростью CO. Образование молекул окиси углерода и водорода происходит без непосредственного участия кислорода под действием активных частиц плазмы аргона без участия активного кислорода. Воздействие плазмы аргона приводит к росту содержания кислорода на поверхности образца. При этом наблюдается разрушение связей С–О, О–С(=О)–О, являющихся частью структуры элементарного звена поликарбоната, и образование новых кислородсодержащих связей. Травление полимера активными частицами плазмы приводит к изменению микрорельефа поверхности образца. Изменение шероховатости, рост концентрации полярных функциональных групп приводит к увеличению смачиваемости поверхности пленки ПК. Проведено обсуждение возможных механизмов процессов, позволяющее описать наблюдаемые результаты.
Литература
Kutepov A.M., Zakharov A.G., Maximov A.I. Vacuum-plasma and plasma-solution modification of polymer materials. M.: Nauka. 2004. 496 p. (in Russian).
Rybkin V.V., Titov V.A. Kinetics and mechanisms of interaction of oxidative plasma with polymers. Encyclo-pedia of low-temperature plasma. V. VIII-I. Chemistry of low-temperature plasma. M.: Janus-K. 2005. P. 130-170 (in Russian).
Maximov A.I. Interaction of chemically active plasma with surfaces of synthetic materials. Encyclopedia of low-temperature plasma. Ed. V.E. Fortov. M.: Nauka. 2000. Introductory volume IV. P. 393 (in Russian).
Khulbe K.C., Feng C., Matsuura T. The art of surface modification of synthetic polymeric membranes. J. Appl. Polymer Sci. 2010. V. 115. N 2. P. 855. DOI: 10.1002/app.31108.
Morent R., De Geyter N., Vtrshuren J., De Clerck K., Leys C. Non-thermal plasma treatment of textiles. Surf. Coat. Technol. 2008. V. 202. N 14. P. 3427 - 3449. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2007.12.027.
Gilman A.B. Low-temperature plasma treatment as an effective method for surface modification of polymeric materials. High Energy Chem. 2003. V. 37. N 1. P. 17 - 23. DOI: 10.1023/A:1021957425359.
Akishev Yu., Grushin M., Dyatko N., Kochetov I., Napartovich A., Trushkin N., Tran Minh Duc, Descours S. Studies on cold plasma–polymer surface interaction by example of PP- and PET-films. J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. V. 41. N 23. P. 235203. DOI: 10.1088/0022-3727/41/23/235203.
Smirnov S.A., Titov V.A., Rybkin V.V. Influence of heterogeneous processes on parameters of oxygen-containing plasma. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Technol. 2012. V. 55. N 4. P. 12-20 (in Russian).
Titov V.A., Rybkin V.V., Smirnov S.A. Physicochemical processes in the nonequilibrium plasma–polymer system. High Energy Chem. 2009. V. 43. N 3. P. 172-180. DOI: 10.1134/S0018143909030047.
Smirnov S.A., Titov V.A., Rybkin V.V. Influence of heterogeneous physicochemical processes on the parame-ters of low-temperature plasma. Rus. J. Gen. Chem. 2015. V. 85. N 5. P. 1260-1269. DOI: 10.1134/S1070363215050436.
Kuvaldina E.V., Shutov D.A., Rybkin V.V., Smirnov S.A. Kinetics of gaseous product formation in the surface treatment of polypropylene with nitrogen–oxygen plas-mas. High Energy Chem. 2004. V. 38. N 3. P. 200-202. DOI: 10.1023/B:HIEC.0000027660.36827.e1.
Titov V.A., Kuvaldina E.V., Smirnov S.A., Ivanov A.N., Rybkin V.V. The treatment of textile materials in air plasma. High Energy Chem. 2002. V. 36. N 2. P. 121-125. DOI: 10.1023/A:1014671231364.
Rybkin V.V., Kuvaldina E.V., Smirnov S.A., Titov V.A., Ivanov A.N. Kinetic features for the initial stages of interaction of oxygen plasma with the Kapton H polyimide surface. High Energy Chem. 1999. V. 33. N 6. P. 409-412.
Rybkin V.V., Kuvaldina E.V., Ivanov A.N., Smirnov S.A., Titov V.A. Kinetic features of initiation of poly(ethylene terephthalate) oxidative degradation processes in oxygen plasma. High Energy Chem. 2001. V. 35. P. 39–42. DOI: 10.1023/A:1026752419864.
Maximov A.I., Rybkin V.V., Kuvaldina E.V. The influence of chemically reacting boundary surfaces on the ox-idative degradation of polyimide in a non-equilibrium plasma. High Energy Chem. 1995. V. 29. N 1. P. 56-59.
Kuvaldina E.V., Lyubimov V.K., Maximov A.I., Rybkin V.V. Investigation of temperature dependences of etching rates of a polyimide film in an oxygen plasma. High Energy Chem. 1990. V. 24. N 5. P. 460-463.
Kuvaldina E.V., Shikova T.G., Smirnov S.A., Rybkin V.V. Surface oxidation and degradation of polyethylene in a mixed argon-oxygen plasma. High Energy Chem. 2007. V. 41. N 4. P. 284-287. DOI: 10.1134/S0018143907040121.
Bellamy L. Infrared spectra of complex molecules. M.: Izd-vo inostr. lit-ry. 1963. 590 р. (in Russian).
Ovtsyn A.A., Smirnov S.A., Artyukhov A.I., Shibaev S.A. Kinetic features of plasma etching of polycarbonate in oxygen plasma. High Energy Chem. 2017. V. 51. P.229–232. DOI: 10.1134/S0018143917030134.
Shikova T.G., Ovtsyn A.A., Smirnov S.A. Kinetic features of modification of polycarbonate in oxygen plasma. High Energy Chem. 2019. V. 53. N 4. P. 326–330. DOI: 10.1134/S0018143919030135.
