電暈改性纖維親水性研究

陳興龍 張增志 張超杰 單勝利 李玉龍

摘 要：本文以聚丙烯纖維作為處理對象，用電暈表面處理技術對纖維進行改性，并對其親水性機理進行初步研究。電暈處理改變了聚丙烯纖維的結構，增強了其親水性能；實驗電暈處理后纖維的實際親水性能改變，測試其親水性能及其滲水特性曲線。實驗結果表明電暈改性后的聚丙烯纖維的親水性能獲得了增強，為后續(xù)實際應用方面的研究奠定基礎。

關鍵詞：聚丙烯纖維；電暈處理；親水性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.257

1 引言

我國目前面臨著嚴重的缺水危機，荒漠化問題嚴峻，荒漠化問題給生態(tài)和人類造成巨大的危害和經濟損失[1]?！靶钏疂B膜材料”是國家“863”計劃高科技項目，是為了解決荒山、沙漠等一切需要綠化的地區(qū)進行植樹造林，進行生態(tài)綜合治理而提出的一種全新方法。

蓄水滲膜材料的核心結構主要由兩部分構成，即功能涂層部分和導水纖維部分，在水自調節(jié)過程中，導水纖維扮演了重要的角色[2-3]。導水纖維中又以丙綸纖維為主。聚丙烯纖維不含極性基團，與極性基團結合困難， 為了提高其活性，通常需要對聚丙烯纖維進行改性。聚丙烯的親水改性的方法和途徑是決定其親水性能的關鍵。丙綸纖維材料親水改性方法由于其吸濕原理而多種多樣，基本上可以分為物理改性和化學改性兩種方法。物理改性是改變分子的高次結構，來達到提高親水效果的目的，主要方法是表面改性。

電暈處理是對材料進行表面改性處理的一種新技術，當在電極兩端加上較高但未達擊穿程度的電壓時，電極附近的氣體介質被局部擊穿而產生的電暈放電現象[4]。電暈放電產生的低溫等離子體，可在材料表面引入羥基、羧基、環(huán)氧基等活性基團[5]。電暈處理只對材料表面進行改性，不影響材料本體的性能，具有可連續(xù)生產、時間短、速度快、易調控、無污染等優(yōu)點[6]，因此，被越來越廣泛地用于塑料薄膜、纖維織物、生物材料等多種材料的表面改性處理。

為了提高優(yōu)化蓄水滲膜材料的導水性，本文中用電暈處理對聚丙烯纖維進行改性，試驗測試其導水效果。

2 實驗

2.1 電暈纖維試驗

藥品：聚丙烯纖維織物（中國石油遼陽石化公司昆侖牌）；丙酮溶劑；去離子水（中國礦業(yè)大學自制）。

儀器：HCW-1200高效數碼電暈機（汕頭市匯信電子實業(yè)有限公司）；真空干燥箱（DZF-6050江蘇一恒科技有限公司）；粘膜機（奧公牌）；舒美KQ218型超聲波清洗機（昆山市超聲儀器有限公司）；BS110S型電子分析天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）。

試驗方法：將原始聚丙烯纖維放于干燥箱內在一定溫度下烘烤除去其水份后， 放在丙酮洗液中進行蒸餾萃取2h， 然后用溶劑丙酮洗滌，烘干，然后取部分聚丙烯纖維樣品號記為A，作為未經電暈機處理的原始樣品。其余烘干后進行電暈處理。

2.2 滲水試驗

試驗方案設計：（1）將一定量得自來水置于滲水裝置中，滲水裝置內的水量應不低于核心滲水器件的上邊沿，以保證有足夠的水量和試驗的準確性。（2）分別制作未經電暈處理的原始聚丙烯纖維壓片A和經過電暈處理的聚丙烯纖維壓片B。（3）分別配置不同濕度的土壤，其濕度分別為：7%、10%、15%和20%，分別測試纖維壓片A和B在上述不同濕度的滲水規(guī)律。（4）上述試驗都在同一環(huán)境溫度下進行，即在室溫下進行試驗。并間隔60min稱量一次滲水裝置中剩下水的質量，然后分別繪制滲水曲線。

3 試驗數據及分析

3.1 纖維電暈改性前后的SEM結果分析

由圖1和2可見，通過未處理纖維A和電暈處理后的聚丙烯纖維B的電鏡照片可見，未處理纖維A表面較為平滑，幾乎沒有溝槽。經過電暈處理后纖維B表面具有明顯的隆起物和凹凸不平、粗糙的溝槽結構，粗糙度增加。這是由于電暈輻射產生高壓電場，使空氣中的少數離子或自由電子在高壓場中被加速而獲得較高能量，在運動時撞擊空間中的其他分子，然后使部分分子電離成新的自由離子、電子、自由基等離子，然后在高壓場下撞擊聚丙烯纖維，從而對纖維表面產生刻蝕作用。這種粗糙的溝槽結構可以增加纖維的比表面積，從而提高其親水性能。

3.2 滲水試驗數據分析

（1）A纖維壓片分別在不同土壤濕度條件下得滲水規(guī)律。表1為A纖維壓片在不同土壤濕度條件下的滲水量，圖3 為A纖維壓片樣在不同土壤濕度條件下的滲水特性曲線。

從圖中可以看出，在相對土壤濕度相同的條件下，隨著時間的增加，滲水量逐漸減少，可能是由于滲出的水增加了土壤的相對濕度，土壤濕度的增大會導致壓片內外的滲水勢減小，從而減少水分的滲出，達到根據土壤濕度的大小自動調節(jié)滲水速度的快慢。在相對濕度不同的情況下，相對濕度為7%的土壤中滲出水的質量大于相對土壤濕度為20%土壤中滲出水的質量，相對土壤濕度越大，滲出水的質量越小，這也是由于滲水勢減小而導致的。

（2）B纖維壓片分別在不同土壤濕度條件下的滲水規(guī)律。表2為B試樣在不同土壤濕度條件下的滲水量，圖4 為B試樣在不同土壤濕度條件下的滲水特性曲線。從圖中可以產出，B纖維壓片樣在相同土壤濕度條件下，每隔60分鐘滲出水的質量不同，但其質量相差不大。而對于不同土壤濕度條件下，滲水質量的大小也沒有太多的規(guī)律，只是在相同時間間隔內，相土壤濕度為7%的土壤中滲出的水的質量大于其他三種濕度土壤條件下滲出水的質量。

從圖3～4中對比可以看出，A試樣和B試樣在相對土壤濕度相同的條件下，在相同時間間隔內滲出水的質量不同。經過電暈處理的聚丙烯纖維壓片式樣B的滲速率較快。在不同的土壤濕度的條件下，效果一致，電暈處理達到了增加滲水速率的效果。

4 結論

（1）電暈處理改變了聚丙烯纖維的結構，增強了其親水性能。

（2）在室溫條件下，通過不同土壤濕度的滲水試驗，模擬了在不同的降雨量、土壤自身條件的情況下聚丙烯材料的滲水情況。經過縱向比較，聚丙烯材料在未經電暈處理改性之前其親水性能，自調節(jié)滲水速率的性能較差，經過電暈機表面處理改性之后的纖維試樣親水性能增強，能夠達到一定程度的自調節(jié)土壤濕度的功能。

（3）電暈處理在實際應用的使用工藝方面尚有很大的研究空間，本滲水試驗研究為后續(xù)實際應用方面的研究奠定了基礎。

參考文獻：

[1]閆峰，吳波，王艷姣.2000-2011-年毛烏素沙地植被生長狀況時空變化特征[J].地理科學，2013，33（05）：602-608.

[2]張增志，劉銘，趙鑫等.對土壤濕度具有自調節(jié)功能的導水涂層纖維的研究[J].材料科學與工程學報，2007，25（01）：55-60.

[3]張增志，張利梅，馬向東等.可控緩釋水的功能導水涂層纖維制備及其滲水特性分析[J].功能材料，2008，39（04）：660-662.

[4]徐學基.氣體放電物理[M].上海：復旦大學出版社，1996.

[5]徐巧林，崔衛(wèi)剛，馬丕波等.電暈處理對蠶絲織物表面性能的影響[J].紡織科技進展，2009（03）：62-64.

[6]李焱，李常勝，黃獻聰.電暈處理對UHMWPE纖維的性能影響[J] .合成纖維工業(yè)，2010，33（03）：36-38.

作者簡介： 陳興龍（1988 -），男，山西應縣人，碩士，主要從事生態(tài)功能材料的研究與開發(fā)工作。

*通訊作者：陳興龍。