聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一種透明、無色、耐候性好的聚合物材料,在可見光波段下,PMMA的透過率高達92%,廣泛應用于透明塑料板、光導纖維、光學器件等領域。

PMMA表面由于低表面能和化學惰性，材料常常呈現出表面惰性和憎水性，難以潤濕和粘合，所以需要對聚甲基丙烯酸甲酯進行等離子表面處理，以此來改變其表面化學組成，增加其表面能，提高其表面潤濕性。

等離子體(Plasma)是指由部分的原子被電離所產生的電子和離子組成的離子化氣體狀的物質,它是除固體、液體、氣體之外,物質存在的第四種狀態。等離子體處理技術是指利用低溫等離子體中的活性粒子來轟擊高分子材料的表面,使材料表面分子的化學鍵被拆開,并與等離子體中的氮、氧等自由基結合,在材料表面形成大量如羧基、羥基等親水基團,顯著地提高材料表面的親水性和生物匹配性。

氧氣等離子處理PMMA

氧氣等離子體粒子產生的能量可引起聚合物內的各種化學鍵（C-H；C-N；C=O；C-C；C=C；C≡C發生斷裂或重新組合，致使大分子降解，PMMA材料表面和氧氣在等離子體作用下發生反應，形成C-O結構。氧氣為反應性等離子體，參與表面化學反應，在PMMA材料表面引入含氧活性基團，并生成大量自由基，如圖1所示。

圖1 PMMA氧氣等離子處理示意圖

PMMA氧氣等離子處理前后水滴角對比

液體在固體表面上形成液滴，當液滴達到平衡時，在氣、液、固三相交界處，氣－液界面和固－液界面之間的夾角稱為接觸角，用θ表示。接觸角越小，潤濕性越好。潤濕是粘附的必要條件，PMMA材料表面經等離子體處理后水滴角如圖2所示，由于親水性含氧基團的存在，導致PMMA材料表面潤濕性明顯改善，有利于后續粘合，鍵合等工藝。

圖2 左邊等離子處理前 右邊等離子處理后

PMMA等離子體表面親水改性技術是一種干法化學改性技術，處理過程中不需要水，只涉及氣固兩相。發生反應時，粒子轟擊基體，可有效改變材料表面自由能、潤濕性等性能。等離子體處理工藝是發生在材料表面的，深度在幾至幾百納米之間，因此并不會改變材料基體性能；改性使用的氣體一般是氧氣、氬氣等，也不會產生有害氣體。