CC BY
99
УДК 677.494.742.3
ВЛИЯНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ НА ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН
© 2013 В.Х. Абдуллина1, Р.С. Давлетбаев1, А.Ф. Яруллина1, И.Ш. Абдуллин2
1 Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева
2 Казанский национальный исследовательский технологический университет
Поступила в редакцию 27.11.2013
В работе представлены исследования влияния плазменной обработки высокочастотного емкостного разряда на химические свойства полипропиленовых волокон, применяемых для изготовления фильтрующих материалов.
Ключевые слова: полипропиленовые волокна, высокочастотный емкостной разряд, низкотемпературная плазменная обработка
По характеру протекающих процессов модификацию волокнистых полимеров условно можно объединить на две большие группы: химическую и физическую. Такое общепринятое разделение достаточно условно, поскольку химические и физические процессы в полимерных материалах всегда взаимосвязаны и взаимообусловлены. Тем не менее, этот системообразующий подход необходим и указывает на обозначение основных и первичных актов модификации, определяющих впоследствии и другие изменения [1]. Полипропилен (1111), из которого изготавливают волокна, характеризуется более сложной молекулярной структурой, чем большинство производимых промышленностью полимеров, так как помимо химического состава мономера, среднего молекулярного веса и молекулярновесового распределения, на его структуру оказывает влияние пространственное расположение боковых групп по отношению к главной цепи макромолекулы. 1111 волокна инертные и обладают гидрофобными свойствами, что является как преимуществом, так и недостатком данного материала. На сегодняшний день существует множество различных способов химической и физической модификации полимерных материалов с целью активации их поверхности [2]. Плазменная
Абдуллина Венера Хайдаровна, кандидат технических наук, доцент. E-mail: [email protected] Давлетбаев Руслан Сагитович, кандидат химических наук, доцент. E-mail: [email protected] Яруллина Алсу Ферденандовна, кандидат химических наук, доцент. E-mail:[email protected] Абдуллин Ильдар Шаукатович, доктор технических наук, профессор. E-mail:[email protected]
обработка материалов является одним из современных методов электрофизической модификации, которая позволяет придать гидрофильные свойства поверхности 1111 волокнам [3, 4].
По химическому составу плазму можно разделить на две основные категории [5].
1. Плазма, не образующая полимеров; в нее обычно входят элементарные газы, такие, как кислород, водород, гелий, аргон, азот, а также воздух, галогены или газообразные химические соединения, не ведущие к образованию полимеров.
2. Полимерообразующая плазма, содержащая, по крайней мере, один тип мономера органического соединения, который может быть осажден в виде полимера. По характеру воздействия на обрабатываемые материалы плазменную обработку можно отнести как к физической, так и к химической модификации.
Цель работы: изучение химических свойств 1111 волокон до и после плазменного воздействия.
Материалы и методы исследования. Для изучения химического состава и строения образцов 11 волокон до и после плазменного воздействия использовали методы инфракрасной (ИК) Фурье спектроскопии. ИК-спектры снимали на ИК-Фурье спектрометре 1п£га1ит Б1-801 со специальной горизонтальной насадкой. В качестве исследуемых образцов были выбраны 11 волокна, у которых наблюдался максимальный капиллярный эффект после плазменного воздействия в среде различных плазмообразующих газов (табл. 1). Стоит заметить, что волокна 11 сами по себе инертны и у контрольного образца не наблюдались капиллярные свойства.
Таблица 1. Определение капиллярных свойств 1111 волокон по ГОСТ 29104.11-91.
№ п/ п Режим плазменной обработки Вид плазмо-образующего газа Высота подъема жидкости, мм
до обработки плазмой без обработки плазмой
максимальный подъем жидкости
1 иа=3,5 кВ; 1а = 0,4 А; Р=26,6 Ш; 0=0,04 г/с, т=240с аргон подъема жидкости не происходит 60
2 иа=3,5 кВ; !а=0,3 А; Р=26,6 Ш; 0=0,04 г/с; т=180с аргон-воздух подъема жидкости не происходит 250
3 иа=4,5 кВ, !а=0,3 А, Р=26,6 Ш, 0=0,04 г/с, т=180с аргон-азот подъема жидкости не происходит 250
4 иа=5,5кВ; 1а=0,3 А; Р=26,6Ш; 0=0,04 г/с, т=60 с аргон-пропан-бутан подъема жидкости не происходит 200
1452,9 см-1 соответствуют антисимметричным деформационным колебаниям С-СН3-групп, также присутствуют полосы соответствующие группам С-СН3 (симметричные), - С - (СН3)2 - , колебаниям скелета (СН3)3-С-Я (1218-1255 см-1) и (СНз)2-С (1166,6 см-1). Полоса 855 см-1 соответствует колебаниям изопропиловых соединений. В интервале 840-793 см-1 меняется 2-метилсоединения.
Рис. 1. ИК-спектры 1111 волокон, обработанных низкотемпературной плазменной обработкой (НТП) - режим 1
На рисунках 1 -5 представлены ИК спектры 1111 волокон, обработанных плазмой в разных плазмообразующих газах (рис. 1-4) и контрольного образца, без плазменного воздействия (рис. 5). На ИК спектрах 11 волокон (рис. 1-5) видны следующие полосы поглощения: 29132945 см-1 - валентные колебания СН3-групп, 2852 см-1 - валентные колебания СН2-групп, 2886 см-1 - СН-групп. 1олосы поглощения при
998.12;
-алы —-гя«-;..........
12.9 5:490
Рис. 2. ИК-спектры 1111 волокон, обработанных НТП - режим 2, плазмообразующий газ аргон-воздух в соотношении 70%: 30%
Рис. 3. ИК-спектры 11 волокон, обработанных НТЛ - режим 3, плазмообразующий газ аргон-азот в соотношении 70%: 30%
Рис. 4. ИК-спектры 11 волокон, обработанных НТ1 - режим 4, плазмообразующий газ аргон-пропан-бутан в соотношении 70%: 30%
Рис. 5. ИК-спектры 11 волокон без плазменной обработки (контрольный образец)
Таким образом, на ИК-спектрах 11 волокон до и после плазменной обработки существенных изменений не наблюдается, лишь небольшие изменения можно заметить в области 2850-2500 см-1 , где лежат полосы поглощения многих углеводородов.
Выводы: в результате проведенных исследований установлено, что плазменная обработка оказывает небольшое влияние на химические свойства 11 волокон. 1редполагается, что происходит разрыв ковалентных связей макромолекул в поверхностном слое полимерного материала, т.е. амортизация его структуры, а также поверхность 11 волокон приобретает заряд, при этом химическая структура 11 сохраняется. Эти изменения приводят к активации поверхности и возникновению капиллярных свойств у инертных 11 волокон.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Кочнев, А.М. Модификация полимеров. - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2002. 379 с.
2. Иванюков, Д.В. Полипропилен: свойства и применение / Д.В. Иванюков, М.Л. Фридман. - М.: Химия, 1974. 272 с.
3. Абдуллина, В.Х. Гидрофилизация полипропиленовой пленочной нити низкотемпературной плазмой пониженного давления / ВХ. Абдуллина, Е.А. Сергеева, И.Ш. Абдуллин, В.П. Тихонова // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2009. № 4. С. 129-131.
4. Абдуллина, В.Х. Плазменные методы активации поверхности полиолефиновых волокон / В.Х. Абдуллина, Р.С. Давлетбаев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2010. Т. 12. № 4(3). С. 656-659.
5. Оулет, Р. Технологическое применение низкотемпературной плазмы / Р. Оулет, М. Барбье, П. Че-ремисинофф и др. / Пер. с англ. - М.: Энергоатом-издат, 1983. 144 с.
INFLUENCE OF LOW-TEMPERATURE PLASMA PROCESSING
ON CHEMICAL PROPERTIES OF POLYPROPYLENE FIBRES
© 2013 V. H. Abdullina1, R.S. Davletbayev1, A.F. Yarullina1, I.Sh. Abdullin2 1 Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev 2 Kazan National Research Technological University
In work researches of influence of plasma processing of high-frequency capacitor discharge on chemical properties of polypropylene fibers applied to manufacture of filtering materials are presented.
Key words: polypropylene fibers, high-frequency capacitor discharge, low-temperature plasma processing
Venera Abdullina, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. E-mail: [email protected]; Ruslan Davletbaev, Candidate of Chemistry, Associate Professor. E-mail: [email protected]; Alsu Yarullina, Candidate of Chemistry, Associate Professor. E-mail:[email protected]; Ildar Abdullin, Doctor of Technical Sciences, Professor. E-mail:[email protected]
