Pyrosil火焰等离子处理

PYROSIL处理是一种燃烧化学气相沉积（CCVD）工艺，用于提升待粘接表面的附着力。PYROSIL是一种在环境条件下进行的辉光放电等离子体工艺。PYROSIL处理是一种表面改性技术，通过燃烧化学气相沉积（CCVD）在基材表面沉积非晶态二氧化硅（SiO2）层。SURA Instruments GmbH于20世纪80年代研发了相关设备与工艺，首次实现了该技术的商业化应用，用于提升胶粘剂的粘接性能。通过火焰热解，可在基材表面获得一层薄（5–100 nm）的高活性疏水性氧化硅层。由此，由于沉积SiO2颗粒表面高密度的Si-OH基团及纳米级粗糙度，基材形成明确的亲水性表面。含硅薄膜在聚合物、玻璃、陶瓷和金属领域有广泛应用。在处理过程中，待处理产品以类似传统火焰处理的方式，通过掺有含硅前驱体材料（PYROSIL）的层流气焰。由于火焰与基材的作用时间短暂，该工艺可用于温度敏感型塑料材料。

燃烧化学气相沉积（CCVD）是一种在开放大气中将薄膜涂层沉积到基材上的化学工艺。在CCVD工艺中，前驱体化合物被加入到燃烧气体中。火焰在待涂覆表面正上方近距离移动。火焰内的高能量将前驱体转化为高活性中间体，后者迅速与基材发生反应，形成牢固附着的沉积层。沉积层的微观结构和厚度由工艺参数控制，包括基材或火焰的移动速度、扫描次数、基材温度以及火焰与基材之间的距离。二氧化硅层是最常见的沉积层类型。新鲜沉积的涂层具有高度活性，可作为聚合物涂层和粘接的促附着力层。

PYROSIL与传统火焰处理的对比

PYROSIL与传统火焰等离子处理在工艺上有相似之处，但火焰化学成分和表面功能化机制不同。两种方法均属于气相表面氧化工艺，通过在受控条件下燃烧烃类燃料产生等离子体火焰，对基材表面进行改性。预混层流火焰产生放热反应。PYROSIL火焰呈粉红色，传统火焰处理则呈蓝色。参见照片1。两者的主要区别在于PYROSIL会生成SiO2，而传统火焰处理则不会。由此，由于沉积SiO2颗粒表面高密度的Si-OH基团，基材表面形成明确的亲水性表面。两种方法使用相似的燃烧设备、带状燃烧器及工艺设置与控制。三个主要工艺控制变量为：火焰化学成分、基材与火焰之间的距离以及处理停留时间。处理必须在主反应发光区或氧化区内进行。

对于PYROSIL，有机硅化合物四甲基硅烷“TMS”燃烧及SiO2生成的方程式之一为：

Si(CH3)4 + 13 O2 + C3H8 — SiO2 + 10 H2O + 7 CO2

对于天然气火焰处理，以下方程式描述了燃烧反应：

CH4 + 2O2 + 8N2 — CO2 + 2H2O + 8N2

两种燃烧反应均生成CO2和H2O副产物。