Влияние низкотемпературной плазменной обработки на химические свойства полипропиленовых волокон Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

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: abdullina.venera@gmail.com Давлетбаев Руслан Сагитович, кандидат химических наук, доцент. E-mail: darus@rambler.ru Яруллина Алсу Ферденандовна, кандидат химических наук, доцент. E-mail:alsusha_84@mail.ru Абдуллин Ильдар Шаукатович, доктор технических наук, профессор. E-mail:abdullin_i@kstu.ru

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: abdullina.venera@gmail.com; Ruslan Davletbaev, Candidate of Chemistry, Associate Professor. E-mail: darus@rambler.ru; Alsu Yarullina, Candidate of Chemistry, Associate Professor. E-mail:alsusha_84@mail.ru; Ildar Abdullin, Doctor of Technical Sciences, Professor. E-mail:abdullin_i@kstu.ru