水分对常压等离子体处理纤维材料表面效果的影响及其机理研究

This project focuses on the key problem in the atmospheric pressure plasma treatment of fiberous materials. The influence of moisture on the effect of atmospheric pressure plasma treated fiberous materials and its mechanism are investigated. The atmospheric pressure plasma developed in recent years can be realized on-line treatment of the substrate. However, the treatment process of atmospheric pressure plasma is different from that of low pressure plasma due to the existent of moisture in the treatment environment and the substrate especially fiberous materials with high absorption. The data and experimental model obtained in the application of low pressure plasma surface treatment could not simply be used in the atmospheric pressure plasma treatment. Therefore, it is necessary to investigate the influence of moisture on atmospheric pressure plasma treated fiberous materials. The influence of water content and relative humidity on treatment effect will be determined according to the fiber surface changes in structure and property before and after atmospheric pressure plasma treatment. The fiber change in molecular aggregation structure affected by water molecules is analyzed. Electron paramagnetic resonance is used to analyze how the moisture affects the type and number of free radical producing on the surface of fibers treated by atmospheric pressure plasma. Gas chromatography-mass spectrometry, isotope tracer is applied to analyze the interaction between atmospheric pressure plasma, the surface of fiberous material and water molecules. The experimental model will be built and the influence mechanism will be put forward by analyzing experimental results and basing on relative theories. The experimental data support and basic theory is provided for on-line treating materials of atmospheric pressure plasma.

本项目聚焦常压等离子体处理纤维材料中的关键问题，即水分影响常压等离子体处理纤维材料的效果和机理研究。近几年开发的常压等离子体可以实现在线处理材料，但是由于常压等离子体处理环境和被处理材料尤其吸湿性较高的纤维材料中可能会存在较高水分，与传统的低压等离子体处理过程有所不同，不能简单利用在低压等离子体表面处理应用中得到的数据和经验，因此需要研究水分对常压等离子体处理纤维材料的影响。拟从常压等离子体处理前后纤维表面结构和性能的变化，确定含水率和相对湿度对处理效果的影响规律。从纤维分子聚集态结构在水分子影响下的变化入手，电子顺磁共振分析水分如何影响等离子体处理纤维表面自由基产生的种类及数量，气相色谱-质谱联用仪、同位素示踪仪分析常压等离子体、纤维材料纤维表面和水分子之间的相互作用。分析实验结果，以相关理论为基础，建立经验模型，提出影响机理，为常压等离子体在线处理纤维材料，提供实验数据和理论支持。

近年来开发的常压等离子体可以实现在线处理材料，由于常压等离子体处理环境以及纤维材料中存在水分，因此，本项目主要研究水分对常压等离子体处理纤维材料的影响。主要内容研究内容包括处理环境的相对湿度及纤维材料回潮率对常压等离子体处理纤维材料的效果的影响规律及其作用机理。.羊毛在不同相对湿度(5%、65%、95%)条件下湿处理后，得到不同含水率的羊毛纤维，再经常压等离子处理，研究水分对常压等离子体处理羊毛效果的影响。结果表明，随着纤维含水率率的增加，纤维表面的粗糙度以及极性基团增加。常压等离子体处理后的羊毛纤维的接触角和羊毛织物的缩水率下降，K/S值增加，即处理后纤维的吸湿性、染色性以及抗毡缩性提高，95%RH条件下的羊毛针织物已达到了“机可洗”的标准。证明纤维中的水分对常压等离子体改善亲水性纤维的表面性能起到主要作用。. 在空气相对湿度分别为5% 、65% 和95% 时，对超高模量聚乙烯进行常压等离子体处理，测定处理前后纤维的静态接触角以及纤维与树脂间的层间剪切强度，采用原子力显微镜和X 射线光电子能谱探测纤维表面的变化。结果表明，处理后纤维表面粗糙度、含氧基团和纤维与树脂间的层间剪切强度增加，静态接触角减小，纤维强度不变。随着环境湿度的增加，纤维静态接触角的减少和纤维与树脂间的层间剪切强度的增加不明显，从而说明在常压等离子体处理拒水性纤维的过程中，空气中的水分有助于提高其处理效果，但不显著。. 表面水分子的存在，使得表面分子间引力下降，促进常压等离子体产生的活性粒子对纤维表面大分子链的断裂，增加纤维表面的刻蚀，提高表面粗糙度，另外，处理环境中和纤维表面的水分子在等离子体与纤维表面作用过程中，与活性粒子反应，形成极性基团，为此，提出水分有助于常压等离子体与亲水性纤维表面的作用。为常压等离子体在线处理纤维材料，提供实验数据和理论支持。