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(shù)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(jié)構(gòu)，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(jié)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(yīng)用方面的研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)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(jīng)濟損失[1]。“蓄水滲膜材料”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(jié)構(gòu)主要由兩部分構(gòu)成，即功能涂層部分和導(dǎo)水纖維部分，在水自調(diào)節(jié)過程中，導(dǎo)水纖維扮演了重要的角色[2-3]。導(dǎo)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(jié)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(guān)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(xué)改性兩種方法。物理改性是改變分子的高次結(jié)構(gòu)，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(shù)，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(zhì)被局部擊穿而產(chǎn)生的電暈放電現(xiàn)象[4]。電暈放電產(chǎn)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(chǎn)、時間短、速度快、易調(diào)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(dǎo)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(dǎo)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(xué)自制）。

儀器：HCW-1200高效數(shù)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(nèi)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(jīng)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(shè)計：（1）將一定量得自來水置于滲水裝置中，滲水裝置內(nèi)的水量應(yīng)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(jīng)電暈處理的原始聚丙烯纖維壓片A和經(jīng)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(zhì)量，然后分別繪制滲水曲線。

3 試驗數(shù)據(jù)及分析

3.1 纖維電暈改性前后的SEM結(jié)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(jīng)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(jié)構(gòu)，粗糙度增加。這是由于電暈輻射產(chǎn)生高壓電場，使空氣中的少數(shù)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(chǎn)生刻蝕作用。這種粗糙的溝槽結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)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(dǎo)致壓片內(nèi)外的滲水勢減小，從而減少水分的滲出，達到根據(jù)土壤濕度的大小自動調(diào)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(zhì)量大于相對土壤濕度為20%土壤中滲出水的質(zhì)量，相對土壤濕度越大，滲出水的質(zhì)量越小，這也是由于滲水勢減小而導(dǎo)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(chǎn)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(zhì)量不同，但其質(zhì)量相差不大。而對于不同土壤濕度條件下，滲水質(zhì)量的大小也沒有太多的規(guī)律，只是在相同時間間隔內(nèi)，相土壤濕度為7%的土壤中滲出的水的質(zhì)量大于其他三種濕度土壤條件下滲出水的質(zhì)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(nèi)滲出水的質(zhì)量不同。經(jīng)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(jié)論

（1）電暈處理改變了聚丙烯纖維的結(jié)構(gòu)，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(jīng)過縱向比較，聚丙烯材料在未經(jīng)電暈處理改性之前其親水性能，自調(diào)節(jié)滲水速率的性能較差，經(jīng)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(diào)節(jié)土壤濕度的功能。

（3）電暈處理在實際應(yīng)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(yīng)用方面的研究奠定了基礎(chǔ)。

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(xué)，2013，33（05）：602-608.

[2]張增志，劉銘，趙鑫等.對土壤濕度具有自調(diào)節(jié)功能的導(dǎo)水涂層纖維的研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)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(dǎo)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(xué)基.氣體放電物理[M].上海：復(fù)旦大學(xué)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(yīng)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。