Влияние плазмоактивации полипропиленового волокна на фиксацию наночастиц серебра на ее поверхности

ХИМИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ

УДК 677.494.742.3

В. Х. Абдуллина, Е. А. Сергеева, Е. А. Панкова,

И. Ш. Абдуллин, Н. Ф. Кашапов

ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМОАКТИВАЦИИ ПОЛИПРОПИЛЕНОВОГО ВОЛОКНА

НА ФИКСАЦИЮ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА НА ЕЕ ПОВЕРХНОСТИ

Ключевые слова: плазма, наночастицы серебра, полипропиленовое волокно, plasma, nano silver, polypropylene fiber.

В данной работе проведены исследования влияния плазменной активации полипропиленового волокна, используемого для изготовления фильтров для очистки воды, на способность фиксирования наночастиц серебра на ее поверхности. Researches of plasma activation influence on ability of nano silver fixation on the surface of the polypropylene fiber used for manufacturing offilters for water purification are carried out in the given work

Характерной особенностью полиолефиновых волокон является их малая по сравнению с другими волокнами плотность (меньше единицы), а также низкая, близкая к нулю гигроскопичность. Поэтому они практически не теряют прочности в мокром состоянии. Вследствие незначительных диэлектрических потерь полиолефиновые волокна могут служить прекрасными электроизоляционными материалами.

Полиолефиновые волокна довольно стойки к органическим растворителям. При обычной температуре они не растворяются в большинстве органических растворителей и только в некоторых набухают. Степень набухания зависит от природы растворителя, температуры и продолжительности воздействия. При высокой температуре полиолефиновые волокна растворяются в ароматических и алифатических углеводородах и их производных.

Полиолефиновые волокна обладают своеобразными физико-механическими свойствами. Особенности физико-механических свойств полиолефиновых волокон всецело определяются степенью кристалличности полимера и интенсивностью межмолекулярного взаимодействия. Именно вследствие высокой кристалличности полиолефиновые волокна обладают высокой прочностью, небольшими разрывными деформациями и имеют характерные кривые на диаграмме напряжение - деформация.

Полипропилен при обычных условиях является высококристаллическим полимером и обладает свойствами, присущими волокнообразующим полимерам. Кристалличность полипропиленового волокна составляет 50 - 70%, а с увеличением степени кристалличности несколько возрастает плотность волокна. Сочетание малой плотности и высокой прочности создает условия для изготовления из этих волокон легких и прочных изделий. В полиолефинах связи С—С и С—Н мало поляризованы, поэтому межмолекулярное взаимодействие обусловлено ван-дер-ваальсовыми силами, которые невелики. Эти силы вполне достаточны, чтобы создать жесткую кристаллическую структуру полимера при обычной температуре, но они слишком малы, чтобы оказать сопротивление воздействию повышенной температуры и внешним механическим усилиям.

Для полипропиленового волокна характерен повышенный, по сравнению с другими волокнами, молекулярный вес полимера, а также узкая кривая распределения по молекулярным весам. Оба эти фактора способствуют повышению прочности и улучшению

других показателей волокна [1].

Из других немаловажных свойств полипропиленовых волокон следует отметить хемостойкость к действию микроорганизмов, т. е. иначе говоря, они, как и другие синтетические волокна, не подвергаются гниению, что позволило достаточно широко применять их в качестве фильтрующих материалов.

В связи с благоприятной перспективой развития производства полипропиленового волокна для изготовления фильтров для очистки питьевой воды, большое значение приобретают методы модификации, позволяющие значительно улучшить физико-механические свойства полипропиленовых волокон, а также придать данному материалу абсолютно новые свойства, тем самым расширить области их применения.

В данной работе проведены исследования возможности нанесения наночастиц серебра на поверхность полипропиленовых волокон и их фиксирования за счет обработки ВЧ-плазмой с целью получения антисептического фильтрующего материала для очистки питьевой воды.

В качестве исследуемого материала использовали полипропиленовые волокна, применяемые при изготовлении фильтров для воды. Выбрали три образца, два из которых предварительно подвергали плазменному воздействию в гидрофильном режиме на опытно-промышленной плазменной установке [2], а третий - контрольный - без плазменной обработки. Далее все образцы пропитали 10% коллоидным раствором наночастиц серебра с последующим просушиванием в течение 1 часа при температуре 100°С. Затем часть обработанных НТП образцов после просушки снова подвергли плазменному воздействию (табл. 1). После чего все образцы исследовали на сканирующем зондовом микроскопе МиШМоёе V фирмы Уееео, чтобы выяснить присутствуют ли частицы серебра на поверхности полипропиленового волокна и каких они размеров.

Таблица 1 - Характеристики образцов

№ образца Характеристика образца

Образец №1 Обработанный ВЧ-плазмой и пропитанный коллоидным раствором наночастиц серебра концентрации 10%

Образец №1 Обработанный ВЧ-плазмой и пропитанный коллоидным раствором наночастиц серебра концентрации 10%, подвергнутый промывке

Образец №2 Без плазменной обработки, пропитанный коллоидным раствором наночастиц серебра концентрации 10%

Образец №2 Без плазменной обработки, пропитанный коллоидным раствором наночастиц серебра концентрации 10%, подвергнутый промывке

Образец №3 Прошедший двойную плазменную обработку, пропитанный коллоидным раствором наночастиц серебра концентрации 10%

Образец №3 Прошедший двойную плазменную обработку, пропитанный коллоидным раствором наночастиц серебра концентрации 10%, подвергнутый промывке

По результатам атомно-силовой микроскопии АСМ изображение топографии поверхности образца и графика распределения частиц по размерам (по высоте частиц) выяснили, что наночастицы серебра во всех трех образцах полипропиленового волокна присутству-

ют, количество и размеры частиц находятся приблизительно в одинаковых диапазонах.

После микроскопического анализа все образцы промыли дистиллированной водой в течение 1 ч (табл.1). Дистиллированная вода применялась, чтобы избежать образования на поверхности полипропиленового волокна налета жесткой воды, т.е. не искажать дальнейшие микроскопические анализы. После просушки образцы снова исследовали на сканирующем зондовом микроскопе, результаты приведены на рисунках 1, 2.

Рис. 1 - АСМ изображения топографии поверхности образцов после промывки

На основании результатов полученных на сканирующем зондовом микроскопе МиШМоёе V, можно говорить о том, что наночастицы серебра на поверхности полипропиленового волокна остаются и после промывки (рис. 1,2).

Исходя из графиков распределения частиц по размерам (по высоте частиц) можно говорить о том, что на поверхности полипропиленового волокна присутствуют наночастицы, как у контрольного образца, так и у образцов обработанных плазмой. Главным их отличием друг от друга является размеры частиц, осевших на поверхности. Так, например, размеры частиц на поверхности полипропиленовых волокон, обработанных ВЧ плазмой, меньше, чем размеры частиц на поверхности образца без плазменной обработки. Это объясняется тем, что после плазменной обработки поверхность полипропиленового волокна становится активной, за счет чего наночастицы закрепляются на ней и не успевают агломерироваться как в случае контрольного образца. Что касается устойчивости осевших наночастиц к промывке, то наилучшие результаты получены у образца №3, прошедшего двойную плазменную обработку, по результатам АСМ изображения топографии поверхности образца (рис.1) видно, что его поверхность остается бугристой и размеры частиц на поверхности не превышают 160 нм. Возможно, это происходит за счет того, что вторая

плазменная обработка вбивает осевшие на поверхности волокна наночастицы серебра в микротрещины или какие-либо неровности полипропиленового волокна, тем самым более устойчиво фиксирует их.

Рис. 2 - Распределение частиц по размерам (по высоте частиц) на поверхности полипропиленовых волокон после промывки: а - образец 1; б - образец 2; в - образец 3

Таким образом, по результатам проделанных экспериментов можно сделать следующие выводы:

1) плазменная обработка полипропиленового волокна приводит к активации ее поверхности, что позволяет наночастицам серебра оседать на ее поверхности не подвергаясь агломерации;

2) наиболее эффективным методом обработки полипропиленового волокна является двойная плазменная обработка, т.е. обработка по схеме: плазменная активация - пропитка коллоидным раствором - плазменная обработка, что позволяет сохранить частицы серебра и их размеры на поверхности волокна.

Литература

1. Конкин, А.А. Полиолефиновые волокна. / А.А. Конкин, М.П. Зверев. - М.: Химия, 1966. - 279с.

2. Фахрутдинова, Г.Р. Применение плазменного оборудования для модификации ворсистых материалов / Г.Р. Фахрутдинова, И.Ш. Абдуллин, Е.А. Давыдов // Кожевенно-обувная промышленность. - 2008. - №2. - С. 42.

© В. Х. Абдуллина - асп. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; Е. А. Сергеева - канд. хим. наук, докторант той же кафедры; Е. А. Панкова - канд. техн. наук, докторант той же кафедры; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; Н. Ф. Кашапов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологического оборудования медицинской и легкой промышленности КГТУ. e-mail:abdullin_i@kstu.ru