低温等离子体处理天然胶乳表面改性机理

我国目前的制备胶乳的工业体系是比较完善的，也是处于一个蓬勃发展的时期，天然胶乳的很多优良性能也应用到了各个行业当中，主要体现在民用、军用等方面。由于天然胶乳是一种胶体的水分散体系，在浸渍制品、海绵制品等方面天然胶乳已经成为了很重要的原材料，其中包括了医用保健、工业应用、家用生活。
低温等离子的胶乳表面处理机理
低温等离子技术通过对胶乳表面的修饰处理促进了天然胶乳膜的成型，相较于其他硫化工艺方法有很多优点：①处理时间短，效率高；②胶乳处理后的表面气孔较少，均匀性好；③反应温度不高，胶乳的表面不会出现灼烧现象；④表面修饰的同时胶乳自身的性能不会受到影响。等离子体能量的冲击对胶乳表面修饰时会产生相互结合的链自由基，发生物理化学反应在胶乳的表面产生薄薄的交联层。引入的氮气自身发生聚合反应在胶乳表面生成聚合物薄膜。本文采用氮气射流的低温等离子体，对层层的雾化胶乳进行能量冲击，使其表面产生大量的自由基、离子、电子、亚稳态离子等，参与胶乳表面的大分子链自由基反应，形成交联结构。
表面形成交联层结构
在使用低温等离子体对乳胶表面进行硫化时，少量的氮气参与反应，大部分能量冲击使胶乳产生交联层。其反应式1-1所示，从式中可以看出等离子体的冲击不仅促进胶乳的交联发生也生成了不饱和键。
CH2CH2—→-CH2CH•—+H•
CH2CH•—→—CH=CH—+H2
式中，H•为原子态氢；
通过高频放电冲击，用于表面处理的气体的激发态电离，使胶乳获得交联层结构，形成的致密的交联层和表面的粘连性能为后续天然胶乳复合膜的透气性测试作理论基础。
此外在胶乳的层层沉积硫化条件下，引入的反应性气体使胶乳的链段发生断裂，并在链段上引入含氮氧的活性基团实现材料表面处理，引入的极性基团（-C=O、-OH、-O-C=O）如式所示提高了天然胶乳的表面活化能，增加了胶乳膜的粘接性和亲水性能，改善了表面的粗糙度和均一性。因此，低温等离子体处理的天然胶乳膜有着优良的特点：①厚度均匀且无气孔，致密性好；②胶乳的硫化交联性能好，交联程度高；③拥有优良的力学特性，耐热特点好；④抗老化性好，优良优良的稳定性。虽然等离子体冲击会带来一定的刻蚀性，但是刻蚀的主要气态为氮氢气态，因此刻蚀的效果不会太大而引起误差。
表面改性处理
低温等离子的输出能量较高，天然胶乳的主要成分有C、H、O、N，所形成的能量键能相较于低温等离子体的冲击能量更低。低温等离子体的能量冲击会打断乳胶原子之间的结合键能，破坏旧的结合能并产生新的结合键能，使材料的表面特性发生变化。
低温不会对胶乳的表面产生破坏和裂解，通过足够的能量电离产生反应物，将能量传递给天然胶乳的同时还发生了物理化学的反应。
在天然乳胶表面处理过程中，经过等离子体处理的材料引入了亲水基团-COOH、-OH，增加了材料的亲水性能，同时引入含氮和氧的含量，增强了胶粒之间的粘合性能，并改善了乳胶膜的力学性能。24316