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基本信息

項(xiàng)目名稱：
乙二醇預(yù)處理對常壓等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維效果的影響
小類：
能源化工
簡介：
我國是紡織大國，但我們的紡織工業(yè)技術(shù)上仍然比較落后，是對環(huán)境污染最大、耗能和耗水最大的工業(yè)之一。而常壓等離子體技術(shù)這一新興技術(shù)，因其生態(tài)友好型和資源節(jié)約型技術(shù)取代濕整理化學(xué)工藝，極大的解決了紡織印染廢水的難題，具有良好的市場前景。在紡織品的各道加工工序中，常常要進(jìn)行濕處理，并且添加許多化學(xué)助劑，其中包括大量親水助劑，而本文正是研究了工業(yè)中經(jīng)常用到的乙二醇助劑對高強(qiáng)聚乙烯纖維在等離子體處理下效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)乙二醇預(yù)處理會(huì)妨礙等離子體對纖維表面形態(tài)的處理效果，進(jìn)而在工業(yè)生產(chǎn)中通過調(diào)整等離子體處理時(shí)間、預(yù)處理濃度等工藝參數(shù)，大大提高了等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯的效果的穩(wěn)定性和有效性。這一研究結(jié)論為將來的紡織工業(yè)生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。
詳細(xì)介紹：
目前，我國的紡織工業(yè)技術(shù)上仍然比較落后，是對環(huán)境污染最大、耗能和耗水最大的工業(yè)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，紡織行業(yè)每年排放廢水9億多噸，其中大部分是印染廢水。國家近些年來提出“節(jié)能減排”號(hào)召，污水問題關(guān)系到整個(gè)紡織業(yè)的發(fā)展。為解決這個(gè)問題，需要改進(jìn)或者徹底改變原有的紡織印染和后整理的工藝路線。 而常壓等離子體技術(shù)這一項(xiàng)高效環(huán)保的新興技術(shù)，它可以改善紡織材料的物理或化學(xué)表面性能，如吸附性、潤濕性和粘附性能。而又因其生態(tài)友好型和資源節(jié)約型技術(shù)取代濕整理化學(xué)工藝，極大的解決了紡織印染廢水的難題，具有良好的市場前景。 我們知道，在紡織品的各道加工工序中，常常要進(jìn)行濕處理，并且添加許多化學(xué)助劑，其中包括大量親水助劑，它們可引入大量水分子。吸水性強(qiáng)的分子的存在使等離子體的成分及其和纖維之間的相互作用變得更為復(fù)雜。也使得纖維的微觀結(jié)構(gòu)和各種物理機(jī)械性能發(fā)生改變，從而影響等離子體的處理效果。本文正是研究了工業(yè)中經(jīng)常用到的乙二醇助劑對高強(qiáng)聚乙烯纖維在等離子體處理效果的影響。 低壓等離子體處理與常壓等離子體處理的區(qū)別之一是常壓等離子體可以對吸附有諸如交聯(lián)劑和飛機(jī)除冰劑等有機(jī)溶劑的材料進(jìn)行處理。由于這些溶劑可能會(huì)與等離子體產(chǎn)生相互作用，因而導(dǎo)致等離子體的處理結(jié)果受到影響。本文研究的是乙二醇預(yù)處理對等離子體射流處理高強(qiáng)聚乙烯纖維效果的影響。纖維在浸入濃度為0.15 mol/l和0.3 mol/l乙二醇的水溶液24小時(shí)之后分別有0.31%和0.42%的重量增加。掃描電子顯微鏡顯示浸泡在乙二醇水溶液并在干燥條件下平衡24小時(shí)，再經(jīng)等離子體處理后的纖維表面與對照組沒有顯著區(qū)別。X-射線光電子能譜結(jié)果顯示經(jīng)乙二醇預(yù)處理后再經(jīng)等離子體處理的纖維表面氧含量低于等離子體直接處理的纖維。經(jīng)乙二醇預(yù)處理后高強(qiáng)聚乙烯纖維與環(huán)氧樹脂的界面剪切強(qiáng)度值與對照組相似，而經(jīng)等離子體直接處理的纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強(qiáng)度值則比對照組有顯著增強(qiáng)。水的靜態(tài)接觸角測試顯示了乙二醇預(yù)處理可以提高高強(qiáng)聚乙烯纖維的濕潤性?？傊?，乙二醇預(yù)處理會(huì)妨礙等離子體對纖維表面形態(tài)的處理效果，但有助于提高其潤濕性。在纖維表面似乎覆蓋了一層乙二醇，而這層乙二醇與等離子體相互作用形成了一層薄薄的聚合物。正是這層聚合物的存在，從而降低了界面剪切強(qiáng)度值，增強(qiáng)了潤濕性。 通過我們的研究，發(fā)現(xiàn)了乙二醇?xì)埩魧Τ旱入x子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維可能產(chǎn)生不利影響。進(jìn)而在工業(yè)生產(chǎn)中通過調(diào)整等離子體處理時(shí)間、預(yù)處理濃度等工藝參數(shù)，大大提高了等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯的效果的穩(wěn)定性和有效性。這一研究結(jié)論為將來的紡織工業(yè)生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。 科學(xué)的現(xiàn)實(shí)意義就是為未知的世界打開一扇現(xiàn)實(shí)的天窗，我們利用等離子體的一些特殊的性質(zhì)，可對紡織材料進(jìn)行用其他加工方法無法實(shí)現(xiàn)的處理，而且由于等離子體技術(shù)符合生態(tài)紡織工業(yè)的要求，為未來的紡織工業(yè)的后整理和印染等工藝處理，打開了一扇綠色環(huán)保、節(jié)能高效之路，具有良好的市場前景。

作品圖片

  • 乙二醇預(yù)處理對常壓等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維效果的影響
  • 乙二醇預(yù)處理對常壓等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維效果的影響
  • 乙二醇預(yù)處理對常壓等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維效果的影響
  • 乙二醇預(yù)處理對常壓等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維效果的影響
  • 乙二醇預(yù)處理對常壓等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維效果的影響

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

等離子體表面處理是物理和化學(xué)方法結(jié)合的氣態(tài)處理技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是低污染、不耗水、低能耗，可以改變原有的紡織印染和后整理的工藝路線。 在紡織品的各道加工工序中，會(huì)添加大量親水助劑，對等離子體處理效果有潛在影響。國際上親水分性分子對常壓等離子體處理效果的影響尚無系統(tǒng)研究，故本實(shí)驗(yàn)便研究了乙二醇助劑對常壓等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維效果的影響。此次試驗(yàn)可為將來的工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

首次系統(tǒng)研究親水分子存在對常壓等離子體處理紡織纖維的重要影響。對該技術(shù)在紡織材料加工中的應(yīng)用，有非常重要的理論和實(shí)踐意義。 采用激光掃描共焦顯微鏡研究在等離子體處理前后，染料在纖維中擴(kuò)散的規(guī)律。為這一技術(shù)在紡織材料中的應(yīng)用積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。 采用順磁共振法測量經(jīng)等離子處理后各種纖維中含有自由基的種類和數(shù)量，為深入研究等離子體和高分子材料間的反應(yīng)機(jī)理，提供重要的信息。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

在紡織品的各道加工工序中，常要進(jìn)行濕處理，并且添加許多化學(xué)助劑，其中包括大量親水助劑，而本文正是研究工業(yè)中經(jīng)常用到的乙二醇助劑對高強(qiáng)聚乙烯纖維在等離子體處理時(shí)效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)乙二醇會(huì)妨礙等離子體對纖維表面形態(tài)的處理效果。所以在工業(yè)生產(chǎn)中可以通過調(diào)整等離子體處理時(shí)間、預(yù)處理濃度等工藝參數(shù)，大大提高等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯的效果的穩(wěn)定性和有效性。這一研究結(jié)論為將來的紡織工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

學(xué)術(shù)論文摘要

低壓等離子體處理與常壓等離子體處理的區(qū)別之一是常壓等離子體可以對吸附有機(jī)溶劑的材料進(jìn)行處理。由于這些溶劑可能會(huì)與等離子體產(chǎn)生相互作用，因而導(dǎo)致等離子體的處理效果受到影響。本文研究的是乙二醇預(yù)處理對等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維效果的影響。纖維在浸入濃度為0.15 mol/l和0.3 mol/l乙二醇的水溶液24小時(shí)之后分別有0.31%和0.42%的重量增加。掃描電子顯微鏡顯示浸泡在乙二醇水溶液并在干燥條件下平衡24小時(shí)，再經(jīng)等離子體處理后的纖維表面與對照組沒有顯著區(qū)別。X射線光電子能譜結(jié)果顯示經(jīng)乙二醇預(yù)處理后再經(jīng)等離子體處理的纖維表面氧含量低于等離子體直接處理的纖維。經(jīng)乙二醇預(yù)處理后的高強(qiáng)聚乙烯纖維與環(huán)氧樹脂的界面剪切強(qiáng)度值與對照組相似，而經(jīng)等離子體直接處理的纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強(qiáng)度值則比對照組有顯著增強(qiáng)。靜態(tài)接觸角測試顯示了乙二醇預(yù)處理可以提高高強(qiáng)聚乙烯纖維的濕潤性?？傊?，乙二醇預(yù)處理會(huì)妨礙等離子體對纖維表面形態(tài)的處理效果。在纖維表面似乎覆蓋了一層乙二醇，而這層乙二醇與等離子體相互作用形成了一層薄薄的聚合物。正是這層聚合物的存在，從而降低了界面剪切強(qiáng)度值，增強(qiáng)了潤濕性。

獲獎(jiǎng)情況

2009年該論文已投遞到Applied Surface Science，現(xiàn)已處于修回階段。 2009年5月該論文發(fā)表于美國纖維學(xué)會(huì)春季會(huì)議上。

鑒定結(jié)果

參考文獻(xiàn)

1）常壓等離子體技術(shù)的廣泛應(yīng)用：Park, J., et al., Discharge phenomena of an atmospheric pressure radio-frequency capacitive plasma source. Journal of Applied Physics, 2001. 89(1): p. 20-28. 2）常壓等離子體射流技術(shù)（APPJ）原理：Schutze, A., et al., The atmospheric-pressure plasma jet: A review and comparison to other plasma sources. Ieee Transactions on Plasma Science, 1998. 26(6): p. 1685-1694. 3）水分對常壓等離子體處理效果的影響：Zhu, L., et al., Effect of absorbed moisture on the atmospheric plasma etching of polyamide fibers. Surface & Coatings Technology, 2008. 202(10): p. 1966-1974. 4）酒精對常壓等離子體處理效果的影響：Jiang, Q., et al., Influence of ethanol pretreatment on effectiveness of atmospheric pressure plasma treatment of polyethylene fibers. Surface and Coatings Technology, 2009. 203(12): p. 1604-1608

同類課題研究水平概述

常壓等離子體技術(shù)從60年代初的空間等離子體研究逐步轉(zhuǎn)變到當(dāng)今以材料為導(dǎo)向領(lǐng)域以及高速發(fā)展的微電子科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源與材料科學(xué)等，為常溫等離子體科學(xué)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 現(xiàn)在，眾多國內(nèi)外的專家學(xué)者致力于等離子體對材料表面改性方面的研究。等離子體中的電子、離子、自由基等各種粒子均有很高的能量，高分子材料在等離子體作用下，表面分子鏈部分?jǐn)嗔?，引起表面刻蝕或者表面粗糙化、交聯(lián)反應(yīng)、化學(xué)修飾或等離子體聚合，使高分子材料表面的物理及化學(xué)性能發(fā)生變化。 而在紡織領(lǐng)域，等離子體技術(shù)也逐漸進(jìn)入了人們的視野，等離子體技術(shù)可以改善紡織材料物理或化學(xué)表面性能，如吸附性、潤濕性和粘附性能。在以前的研究中，人們普遍使用真空狀態(tài)下的等離子體技術(shù)，在真空條件下，器械造價(jià)高，處理工序復(fù)雜，不適宜進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，而且在真空中水分是要被抽掉的。而在紡織品的各道加工工序中，常常要進(jìn)行濕處理，并且添加許多化學(xué)助劑，其中包括大量親水助劑，這就抑制了真空等離子體技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用。這些不成熟工藝和系統(tǒng)性研究的缺乏使得等離子技術(shù)在紡織工業(yè)上并沒有廣泛使用。 而常壓等離子體不需要真空條件，可實(shí)現(xiàn)在線處理并且可處理含吸附液體的材料，又領(lǐng)我們進(jìn)入了一個(gè)新的研究階段。但國內(nèi)外在常壓等離子體在紡織上的應(yīng)用研究較少。目前國際上還尚無系統(tǒng)研究親水分子將對常壓等離子體處理紡織纖維產(chǎn)生如何影響，故我們項(xiàng)目就系統(tǒng)的研究了乙二醇預(yù)處理對常壓等離子體處理高強(qiáng)聚乙烯纖維的處理效果的影響，此次試驗(yàn)結(jié)論也將為未來的工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
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