Влияние плазменной обработки на сорбционные характеристики полиэфирных и смешанных тканей

ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 677.027

А. А. Азанова, И. Ш. Абдуллин, Г. Н. Нуруллина

ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ НА СОРБЦИОННЫЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИЭФИРНЫХ И СМЕШАННЫХ ТКАНЕЙ

Ключевые слова: плазменная обработка, текстильные материалы, капиллярность, поверхностные свойства.

В статье приводятся результаты экспериментальных исследований влияния потока плазмы высокочастотного емкостного разряда на сорбционные характеристики тканей из полиэфирных, смешанных и хлопчатобумажных тканей. Выявлено, что плазменная обработка в зависимости от плазмообразующего газа позволяет придавать гидрофильные или гидрофобные свойства поверхности обрабатываемых материалов.

Keywords : рlasma processing, textile materials, capillarity, surface properties.

The article presents the results of experimental studies of the effect of the plasma flow high-frequency capacitive discharge on the sorption characteristics of fabrics made of polyester, blended and cotton fabrics. Revealed that the plasma treatment, depending on the plasma gas can attach hydrophilic or hydrophobic surface properties of processed materials.

В последние десятилетия возрастает интерес к физическим методами воздействия на текстильные материалы и особенно электрическим разрядам. Для модификации текстильных материалов в основном используется низкотемпературная плазма (НТП), генерируемая тлеющим, барьерным или коронным разрядами [1]. Наиболее привлекательные аспекты ее применения связаны с тем, что по сравнению с традиционными химикотехнологическими процессами плазменные процессы не требуют использования каких-либо жидких растворов (то есть потенциально являются экологически чистыми), а так же существенно менее энергоемкие [2]. В связи с этим большой интерес вызывает исследование влияния плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления на сорбционные характеристики тканей разного волокнистого состава с целью получения технологических эффектов в текстильном отделочном производстве.

Для исследований выбраны полиэфирные, смешанные и хлопчатобумажные ткани разного назначения, поверхностной плотности и вида переплетения (табл. 1).

Плазменную обработку проводили на опытно-промышленной установке в режимах, которые подбирали по данным литературного обзора [3]. Обработку вели 7 минут при мощности разряда 1,55 кВт и рабочем давлении 26,6 Па. В качестве плазмообразующих газов использовали аргон и пропан. Выбор именно данных газов обусловлен возможностью придавать гидрофильность и гидрофобность поверхности обрабатываемых материалов. Все измерения проводили спустя сутки после плазменной обработки. Сорбционные характеристики тканей определяли по известным методикам [4] (табл. 2). Определение

краевого угла смачивания проводили не по воде, а по глицерину из-за мгновенного впитывания капли воды. Кинетика подъема воды по продольным капиллярам до и после плазменной обработки представлена на рисунках 1-3.

Таблица 1 - Характеристика тканей

Артикул Волокнистый состав, % Поверхностная плотность, г/м2 Толщина, мм Число нитей на 10 см Назначение

основа уток

86033 ВПЭФ -100 54,0 0,3 292 427 Плательная

86051 ВПЭФ -100 105,0 0,4 309 456 Плательная

2030 ВХ -100 106,0 0,5 321 253 Бельевая

2078 ВХ -100 219,0 0,7 355 124 Плательная, костюмная

53058 ВХ - 50 ВПЭФ - 50 116,0 0,2 583 278 Плательная, костюмная

Таблица 2 - Влияние НТП обработки на сорбционные характеристики тканей

Вид ткани Плазмо-образующий газ Фактическая влажность, % Время полного впитывания капли воды, с Капиллярность, мм Краевой угол смачивания , град.

ВПЭФ -10( - 3,4 1780 24 81

аргон 3,9 26 90 69

пропан 3,2 3090 0 126

ВПЭФ -10( - 1,3 147 22 76

аргон 1,8 97 32 56

пропан 1,3 500 20 107

ВХ -100 - 12,4 11 112 79

аргон 14,4 1 179 63

пропан 12,8 1050 7 119

ВХ -100 - 13,7 3600 1 83

аргон 13,8 23 186 75

пропан 13,4 4630 0 134

ВХ - 50 ВПЭФ - 50 - 6,9 16 56 83

аргон 8,7 7 92 68

пропан 6,2 3570 0 130

Измерение через 5 с после нанесения капли

Данные таблицы показывают, что во всех случаях аргоновая плазма вызывает небольшое увеличение фактической влажности образцов, а пропановая - уменьшение, причем, чем меньше поверхностная плотность образцов и плотность расположения нитей в ткани, тем заметнее эффект. Аналогично увеличение капиллярности, времени впитывания капли воды и краевого угла смачивания наблюдается в аргоне, а в пропане - уменьшение данных показателей.

-№1 исходный -№1, обр. в аргоне №1, обр. в пропане -№2 исходный -№2, обр. в аргоне №2, обр. в пропане

мин.

Рис. 1 - Капиллярность полиэфирных тканей до и после плазменной обработки

- №3 исходный

- №3, обр. в аргоне №3, обр. в пропане

- №4 исходный

- №4, обр. в аргоне №4, обр. в пропане

1, мин.

Рис. 2 - Капиллярность хлопчатобумажных тканей до и после плазменной обработки

- №5 исходный  №5, обр. в аргоне №5, обр. в пропане

1, мин.

Рис. 3 - Капиллярность смешанной ткани (ВХ-50, ВПЭФ-50) до и после плазменной обработки

Возможность придания поверхности обрабатываемых материалов гидрофильности или гидрофобности при помощи НТП объясняется следующим механизмом поведения плазмообразующих газов в разряде. Известно [5], что аргоновая плазма вызывает образование свободных радикалов, создается морфологически развитая структура, изменяя соотношение аморфной и кристаллической фаз. Все это приводит к улучшению характеристик влагопереноса; в данном случае, в том числе повышение сорбции паров воды из окружающей среды после плазменной обработки при пониженном давлении, что предположительно, и вызывает небольшое увеличение фактической влажности образцов. При наличии в газоразрядной плазме углеродсодержащих молекул на контактирующих с плазмой поверхностях образуется пленка, отличающаяся при соответствующем режиме процесса рядом полезных свойств [5]. Предположительно одной из причин гидрофобизации поверхности ткани является образование такой пленки. Причем устойчивость эффекта в данном случае незначительна: после одной стирки в мыльно-содовом растворе, а так же после механического воздействия (сухого трения) поверхность ткани становиться аналогичной исходной. Данный эффект требует более детального изучения с использованием различных способных к полимеризации плазмообразующих газов и подбором режимов плазменной обработки.

Таким образом, обработка в потоке плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления позволяет направленно изменять сорбционные характеристики текстильных материалов в зависимости от природы используемых плазмообразующих газов. Это, несомненно, найдет применение в технологических процессах текстильного отделочного производства и позволит получать новые текстильные материалы с заданными поверхностными свойствами.

Литература

1. Садова, С.Ф. Использование НТП в отделке шерстяных материалов. Энциклопедия НТП, серия Б, ТХ1-5, М.: Янус-К, - 2006. - 538с.

2. Рыбкин, В.В. НТП как инструмент модификации поверхности материалов/ В.В.Рыбкин, // Соро-совский обозревательный журнал. - 2000. - Т. 6. - №3. - С.58 - 63.

3. Тихонова, Н.В. Высокочастотная плазма пониженного давления в производстве обуви / Н.В.Тихонова, И.Ш. Абдуллин, Л.Ю. Махоткина // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2009. -№4. - С.131-136.

4. Бузов, Б.А. Лабораторный практикум по материаловедению швейного производства: Учеб. пособие для вузов. / Б. А. Бузов, Н. Д. Алыменкова, Д. Г. Петропавловский. - 4-е. изд., перераб. доп. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - 432 с.

5. Пархоменко, В.Д. Плазмохимическая технология. Т4 / В.Д. Пархоменко [и др.]. - М.: Наука, 1991. - 392 с.

© А. А. Азанова - канд. техн. наук, доц. каф. моды и технологии КГТУ, azanovlar@rambler.ru; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов, проректор по науке КГТУ; Г. Н. Нуруллина - ст. препод. каф. моды и технологии КГТУ.