Исследование поверхности хлопковых волокон, обработанных низкотемпературной плазмой, методом сканирующей электронной микроскопии

Азанова А.А.

УДК 677.016 А. А. Азанова

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ХЛОПКОВЫХ ВОЛОКОН, ОБРАБОТАННЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМОЙ, МЕТОДОМ СКАНИРУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ

Ключевые слова: хлопковое волокно, фибриллы, низкотемпературная плазма.

В статье показаны результаты исследования поверхности хлопковых волокон до и после обработки низкотемпературной плазмой методом сканирующей электронной микроскопии. Показано, что обработка низкотемпературной плазмой в кислородсодержащей среде приводит к травлению наружного слоя хлопкового волокна.

Keywords: cotton fiber, fibrils, low-temperature plasma.

The paper shows the results of examination of the surface of cotton fibers before and after treatment with low temperature plasma by scanning electron microscopy. It is shown that the low temperature plasma treatment in an oxygen environment causes an etch outer layer of cotton fiber.

Плазменная обработка материалов в среде кислородосодержащих газов представляет собой процесс травления [1]. В статье показаны результаты исследования поверхности хлопковых волокон до и после обработки низкотемпературной плазмой методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

Плазменную обработку проводили на установке высокочастотного емкостного разряда при пониженном давлении (26 Па) в плазмообразующей среде инертного газа аргона и в режиме плазменного травления - в среде воздуха [2].

СЭМ осуществляли с применением рабочей станции AURIGA Cross Beam в режиме детектирования вторичных электронов

(Inlensdetector). Исследование проводилось при ускоряющем напряжение 5 кВ и рабочем отрезке 2 -5 мм, что позволяет получить оптимальную сохранность образца от воздействия электронов и наилучший контраст при данном режиме детектирования. Образцы предварительно помещались в камеру высоковакуумной установки для нанесения проводящего слоя 15 нм, затем - в камеру электронного микроскопа.

Микрофотографии представлены на рис. 1-2. Поверхность контрольного волокна имеет достаточно однородное равномерное фибриллярное строение, просматриваются очертания отдельных фибрилл, расположенных спирально (рис. 1). Плазменная обработка в среде аргона приводит к разбуханию поверхности, что проявляется как увеличение размеров складок, характеризующих фибриллы, и развитие рельефа, поверхность становится неоднородной.

После обработки в плазмообразующей среде кислородсодержащего газа - воздуха, поверхность хлопкового волокна повреждается, становится неоднородной. На ней проявляются «вытравленные» участки межфибриллярного пространства, ширина таких участков составляет около 10-20 нм - для образца, обработанного в течение 420 с (рис. 2 в), и 30-40 нм для образца, обработанного в течение 900 с (рис. 2 в).

Рис. 1 - Микрофотографии хлопковых волокон (Х5000): а - контрольного, б - после плазменной обработки (420с, аргон), в - после плазменной обработки (420с, воздух); г - - после плазменной обработки(900с, воздух)

На волокне, обработанном в плазмообразующей среде воздуха в течение 420 с, имеется глубокая трещина, в которой обнаруживается слоистая структура (кольца роста) (рис. 2 в). По трещине определяется толщина наружного слоя первичной стенки волокна - 50-60 нм.

При продолжительном окислительном травлении площадь деструктированных участков увеличивается (рис. 2 г), появляются многочисленные трещины шириной до 100 нм, фибриллы проявляются четче, причем ширина их уменьшается, что говорит об уплотнении их структуры; наружный слой первичной стенки волокна теряет целостность, причем не исключено и полное удаление ее наружных слоев. При длитель-

в г

Рис. 2 - Микрофотографии хлопковых волокон (Х20000): а - контрольного, б - после плазменной обработки (420с, аргон), в - после плазменной обработки (420с, воздух); г - после плазменной обработки (900с, воздух)

ной плазменной обработке наблюдается «растрескивание» наружного слоя первичной стенки, что связано, в том числе, и с удалением из волокна воды. рис. 2 в, г показывают, что при

продолжительной плазменной обработке в кислородосодержащей среде деструкция затрагивает не только межфибриллярное пространство, но и фибриллы. Следует отметить, что наибольшему повреждению подвержена серединная часть поверхности волокна, которая отличается меньшим сосредоточением на ней жировоскового слоя, что вызывает ее более интенсивное травление.

Таким образом, обработка низкотемпературной плазмой в кислородсодержащей среде приводит к травлению наружного слоя хлопкового волокна, что играет важную роль в повышении сорбционной способности волокна после плазменной обработки.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения № 14.577.21.0019 от 05.06.2014.

Литература

1. Акулова, М.В. Применение тлеющего разряда в текстильной и строительной промышленности: монография / М.В. Акулова, Л.В. Шарнина. - Иваново: Иван. гос. хим.-техн. ун-т., 2008. - 232 с.

2. Гришанова И.А., Азанова А.А. Исследование свойств модифицированных полимерных текстильных материалов // Вестник Казанского технологического университета. - 2012.- №213.-С.63-66.

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Азанова А.А.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Азанова А.А.