ii. tratamente in plasma rece de inalta .... dr. ing...de monomer (hema), stoarse, la un grad de...
Post on 21-Jan-2020
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
II. TRATAMENTE IN PLASMA RECE DE INALTA FRECVENTA (HF)
I.1. Instalaţia de tratare în plasmă rece de înaltă frecvenţă (HF)
Studiile privind utilizarea plasmei reprezintă un domeniu mereu actual, având în
vedere impactul pe care îl are aceasta atât în domeniul cercetării cât şi a celui aplicativ.
Una dintre aplicaţiile curente ale plasmei, dezvoltată până la nivel industrial, o constituie
tratarea la suprafaţă a materialelor polimere (particule, granule, filme, fibre, ţesături etc)
in vederea ameliorării unor proprietăţi preexistente sau a creării de noi proprietăţi.
Consecinţa unui astfel de tratament o constituie modificarea morfologiei suprafeţei
precum si introducerea unor noi grupe functionale 1-5.
La baza modificărilor determinate de tratamentul în plasmă stau o serie de
reacţii chimice iniţiate de acţiunea diferitelor specii reactive existente in plasmă (radicali
liberi, ioni, electroni, radicali-ioni etc), la contactul cu materialul polimeric. Mecanismul
acestor reacţii este predominant radicalic. Macroradicalii primari formaţi prin acţiunea
speciilor active din plasmă pot servi ulterior ca centri de grefare-bloccopolimerizare a
unor monomeri special introduşi in mediul de lucru, se pot stabiliza prin reacţiile tipice
sau pot reacţiona cu oxigenul din mediu, generând în final noi grupe funcţionale, evident
oxidate.
Alegerea judicioasă a mediului de lucru (natura atmosferei gazoase), a
monomerilor sau altor compuşi reactivi introduşi în sistem, a parametrilor procesului de
tratare in plasmă (durata, presiunea în reactor, debitul de introducere a componentelor
reactive, etc) permite „a priori” dirijarea procesului fie in sensul modificării doar a
morfologiei suprafeţei materialului polimeric (creşterea cristalinităţii, rugozităţii etc) cu
efect asupra modificării unor caracteristici fizice, fie al promovării unor reacţii chimice
cu consecinţe in ce priveşte nu numai modificarea unor proprietăţi fizice, dar şi a
reactivităţii chimice la suprafaţă 6-11.
O particularitate a utilizării plasmei în tratarea suprafeţei polimerilor este aceea
că grosimea stratului afectat este foarte mică, modificările determinate de particulele
active din plasmă în straturile profunde fiind nesemnificative.
În contextul actual în care fibrele chimice şi în special cele din poliester şi
poliamidă, cu producţia cea mai mare, se menţin în limitele performanţelor clasice, care
nu satisfac în totalitate necesităţile legate de cererea tot mai mare de articole de calitate
superioară, îmbunătăţirea unor caracteristici de funcţionalitate şi confort, se impune ca
necesitate. Realizarea practică a acestui deziderat este posibilă prin modificării în
tehnologiile clasice de obţinere, fie prin introducerea unor noi tehnologii – în general
tehnici netradiţionale sau neconvenţionale de tratare a acestor fibre 12-17.
Dintre tehnologiile clasice neconvenţionale capabile să producă modificări de
natură morfologică şi chimică ale suprafeţei fibrelor, cu consecinţe pozitive asupra
accesibilităţii produselor chimice şi caracteristicilor de confort se pot menţiona: plasmă,
descărcare Corona, radiaţii UV, etc.
Instalaţia pentru tratamentul în plasmă este compusă dintr-o placa de bază (1)
metalică (inox), prevazută cu un racord (2) la pompa de vid (3), o cameră de reducere a
turbulenţei (4) în incinta de vidată, acoperită cu un disc perforat de teflon (5) şi un vas de
reacţie (6) de sticlă Pyrex în formă de clopot, aşezat pe placa de bază cu o garnitură de
cauciuc siliconic (7) .
În interiorul vasului de reacţie se află doi electrozi cilindrici (8),(9), concentrici
din aluminiu fixaţi pe discul perforat de teflon în nişte degajări circulare.
Legătura dintre electrozi şi generatorul de înaltă frecvenţă se face prin
intermediul unor spirale elastice (10),(11) de cupru argintat fixate pe vasul de sticlă prin
două treceri speciale metalo- ceramice.
Materialul textil (12) ce urmează a fi grefat pe ambele feţe cu polimer, se aşează
pe o ramă (13) cilindrică din inox în formă de ,,cuşcă de veveriţă”, dispusă între cei doi
electrozi.
Monomerul (14) utilizat, este introdus într-o fiolă gradată (15) prevăzută cu şlif
şi robinet, dispusă într-un cilindru din sticlă termorezistentă (16) în care se găseşte ulei
siliconic (17), a cărui temperatură poate fi variată în domeniul 200 – 200
0C cu ajutorul
unei plite termostatate (18), acţionată de blocul de comandă (19). Admisia monomerului
în vasul de reacţie se face cu ajutorul unui electroventil (20) conectat la blocul de
comandă-control şi al unor racorduri convenabile de cauciuc şi metal (21).
Modul de lucru este următorul:
- cu ajutorul unui robinet ac (22) se obţine în vasul de reacţie un vid preliminar
(presiune parţială a aerului si a monomerului) de 0,5 –1 torr, măsurat cu o sondă Pirani şi
se acţionează blocul de comandă–control ce va cupla plita termostatată, aducând
monomerul la temperatura dorită;
- atingerea temperaturii de vaporizare a monomerului şi a presiunii parţiale din vasul de
reacţie determină declanşarea automată a electroventilului şi introducerea unei cantităţi
de vapori de monomer în vasul de reacţie până la obţinerea unei presiuni totale optime
pentru sistemul gaz+vapori de monomer, de 2- 3 torri, după care electroventilul se
închide;
- scăderea presiunii în vasul de reacţie, semnalată de sonda Pirani, va determina
deschiderea electroventilului şi introducerea unei noi cantităţi de monomer, procesul
continuând un timp prestabilit în funcţie de cantitatea de polimer dorită pe suprafaţa
materialului textil.
Pentru a nu impurifica uleiul pompei de vid între aceasta şi vasul de reacţie se va
introduce o trompă metalică (25), cu azot lichid (26).
Instalatia de plasmă (figura 1) utilizată pentru determinări prezintă următoarele
caracteristici:
- plasmă de aer;
- presiunea (partiala aer si monomer) 2-3 torri;
- tensiunea la electrozi 2-3 KV;
- intensitatea câmpului electric 200-300 V/cm;
- frecvenţa 1,3 MHz,
Figura 1. Schema instalaţiei de tratare în plasmă
I.2.Scheme de realizare a tratamente în plasmă rece de înaltă frecvenţă (HF)
Pentru realizarea experimentelor s-au utilizat ţesături din bumbac, poliamidă şi
poliester cu dimensiuni 20x30 cm. Acestea au fost fixate pe o ramă cilindrică din inox în
formă de “cuşcă de veveriţă”, după care s-au introdus între cei doi electrozi din interiorul
camerei de reacţie. În toate cazurile s-a lucrat cu plasmă de aer având caracteristicile
prezentate anterior.
Schema desfăşurării procesului este prezentat în figura 2.
Figura 2. Schema tratării în plasmă
Tratamentele de grefare s-au efectuat în mai multe etape. Intr-o primă etapă,
ţesăturile au fost activate în plasmă timp de 10 minute, in următoarea etapă s-a realizat
reacţia de grefare propriu-zisă. Aceasta s-a desfasurat în trei variante:
- în prima variantă, ţesăturile activate în plasmă au fost impregnate cu soluţia alcoolică
de monomer (HEMA), stoarse, la un grad de stoarcere de 90% şi apoi introduse în
camera de reacţie şi supuse acţiunii plasmei timp de 10 minute. Schema desfăşurării
succesiunii etapelor este prezentată în figura 3.
Figura 3. Schema grefării în plasmă cu material impregnat cu monomer
- în varianta a doua, ţesăturile activate în plasmă au fost introduse într-o soluţie apoasă de
HEMA timp de 5 ore la 500C sub agitare continuă. Etapele sunt prezentate schematic în
figura 4.
Figura 4. Schema tratării în plasmă şi grefării în soluţie apoasă
- în a treia variantă, grefarea în plasmă cu monomer în stare de vapori, s-a desfăşurat
astfel: după activare în plasmă de aer, au urmat reacţiile în plasmă cu monomerul
alimentat în mod continuu timp de 10 minute (figura 5).
Figura 5. Schema tratării şi grefării în plasmă
Îndepărtarea monomerului nereacţionat şi a homopolimerului format pe suprafaţa
fibrei s-a realizat astfel:
- probele grefate cu HEMA au fost spălate energic cu apă distilată;
- cele grefate cu stiren au fost extrase cu benzen într-o instalaţie Soxhelet.
După ce au fost uscate, probele astfel obţinute au fost supuse analizelor.
II.1 TRATAMENTE PRIVIND CREŞTEREA HIDROFILIEI
MATERIALELOR DIN POLIAMIDĂ ŞI POLIESTER
PRIN TRATAMENTE IN PLASMA RECE DE INALTA
FRECVENTA (HF) ŞI GREFARE CU 2-HIDROXI ETIL
METACRILA (HEMA)
Unul dintre marile nejunsuri ale fibrelor poliesterice şi poliamidice îl constituie
hidrofilia scăzută cu repercursiuni negative asupra proprietăţilor de confort.
Pentru îmbunătăţirea acestei proprietăţi, care reprezintă o cerinţă importantă
pentru materialele textile destinate confecţionării a diverse articole de îmbrăcăminte, în
prezentul studiu au fost efectuate unele tratamente de suprafaţă (descărcare în plasmă),
urmate de grefare cu monomeri vinilici (HEMA), urmărindu-se modificările structurale şi
morfologice produse în fibră, ce se reflectă asupra unor proprietăţi ale acestora, printre
care hidrofilia.
Plecând de la aceste considerente, precum şi de la faptul că 2-hidroxi etil
metacrilatul este un monomer care generează prin polimerizare un polimer hidrofil, ne-
am propus activarea prin descărcare în plasmă a reacţiei de grefare a acestuia la suprafaţa
unor fibre poliesterice sau poliamidice, considerând că acest tratament poate avea
consecinţe favorabile asupra creşterii hidrofiliei materialelor textile menţionate.
Evident pot fi utilizate în acelaşi scop şi alţi monomeri capabili de a genera
polimeri hidrofili; s-a optat însă pentru HEMA deoarece polihidroxietil metacrilatul este
un polimer biocompatibil fiind de aşteptat ca prezenţa sa în suprafaţa materialelor textile
să nu producă efecte nedorite la contactul cu pielea .
Macroradicalii extrem de reactivi rezultaţi prin interacţia plasmei cu polimerul,
ca urmare a scindării unor legături –C-C- sau –C-H, iniţiază polimerizarea grefată a 2-
hidroxi etil metacrilatului după următorul mecanism radicalic:
Iniţiere
Propagare
Intrerupere
sau
I1.1. Stabilirea variantelor de tratare
Experimentările efectuate în scopul creşterii hidrofiliei materialelor din
poliamidă şi poliester s-au realizat prin tratare în plasmă de aer la temperatură joasă,
respectiv prin activare în plasmă, urmată de grefare cu 2-hidroxi etil metacrilat. Anterior
efectuării experimentelor, probele au fost spălate cu soluţie de 1% detergent neionic
(Felosan NOF-Bezema®) la 700C, timp de 15 minute şi apoi clătite riguros cu apă
distilata, după care au fost uscate la temperatura camerei timp de 24 ore.
Influenţa duratei de tratare în plasmă asupra proprietăţilor hidrofile ale
materialelor din poliamidă şi poliester (ilustrate prin timp de umectare, higroscopicitate şi
indice de higroscopicitate) reiese din datele prezentate în tabelul 7.
Tabelul 7. Influenţa duratei de tratare în plasmă asupra hidrofiliei materialelor
din poliamidă şi poliester
Nr.
exp.
Durata tratării în
plasmă (min)
Timp de udare
(s)
Higroscopicitate
H (%) iH (g/m2.h)
pes pa pes pa pes pa
1 0 246 1128 0,36 4,02 0,0081 0,0630
2 5 104 894 0,54 4,40 0,0128 0,0648
3 10 84 816 0,58 4,51 0,0144 0,0739
4 15 82 808 0,59 4,56 0,0146 0,0743
Pentru a stabili durata optimă de activare în plasmă, în sensul degradării minime
a suportului textil, dar cu efecte importante asupra proprietăţilor urmărite, s-au determinat
rezistenţele la rupere a materialelor din poliamidă şi poliester netratate şi tratate (tabelul
8).
Analizând rezultatele obţinute, se constată, după cum era de aşteptat, că mărirea
duratei tratamentului în plasmă are ca efect creşterea hidrofiliei ambelor materiale, cu
tendinţa de stabilizare după 10 minute; ca urmare,s-a optat pentru o activare în plasmă
timp de 10 minute, durată la care degradarea suporturilor din poliamidă şi poliester nu
este semnificativă.
Tabelul 8. Influenţa duratei de tratare în plasmă asupra rezistenţelor la rupere ale
materialelor din poliamidă şi poliester
Nr.exp.
Durata de
tratare (min)
Rezistenţa la rupere (daN)
Poliester Poliamidă
Urzeală Bătătură Urzeală Bătătură
1 0 38,25 37,34 28,00 25,50
2 5 37,14 36,65 27,55 24,73
3 10 36,40 35,80 26,53 24,18
4 15 29,52 30,24 22,70 20,32
Probele activate (de dimensiuni 20x30 cm) au fost grefate cu HEMA conform
următoarelor variante de lucru:
a) activare 10 minute în plasmă, grefare în plasmă cu HEMA în fază gazoasă 10 minute;
b) activare 10 minute în plasmă, expunere la aer 2 minute, tratare cu 5o ml soluţie de
HEMA în alcool etilic, grefare în plasmă 10 minute;
c) activare 10 minute în plasmă, expunere la aer 2 minute, tratare cu 100 ml soluţie
apoasă de HEMA timp de 5 ore la 500C sub agitare continuă.
După grefare, probele au fost spălate energic cu apă distilată în vederea
indepărtării homopolimerului format pe suprafata fibrei.
Concentraţiile de monomer corespunzătoare celor trei variante de tratare sunt
prezentate în tabelul 1.
Tabelul 1. Variante de tratare în plasmă şi grefare cu HEMA a fibrelor poliesterice şi
poliamidice
HEMA în fază gazoasă HEMA în soluţie alcoolică HEMA în soluţie apoasă
Varianta Cantitate
(cm3)
Varianta Concentr.
(g/l)
Varianta Concentr.
(g/l)
V1a 0,5 V1b 10 V1c 10
V2a 1 V2b 20 V2c 20
V3a 1,5 V3b 30 V3c 30
V4a 2 V4b 40 V4c 40
II. 2. Aprecierea efectelor obţinute prin tratare în plasmă
şi grefare cu 2-hidroxi etil metacrilat
II.2.1. Modificarea proprietăţilor hidrofile
Proprietăţile hidrofile ale materialelor din poliamidă şi poliester obţinute în
urma tratării în plasmă şi grefării cu HEMA sunt prezentate în tabelele 2-4.
Tabelul 2. Tratamente cu HEMA în fază gazoasă
Varianta Timp de udare
(s)
Higroscopicitate
H (%) iH (g/m2.h)
pes pa pes pa pes pa
V1a 77 782 0,64 4,73 0,0148 0,1103
V2a 56 630 0,78 5,76 0,0225 0,1245
V3a 40 507 0,89 6,74 0,0402 0,1422
V4a 39 504 0,91 6,77 0,0404 0,1427
M 246 1128 0,36 4,02 0,0081 0,0630
Tabelul 3. Tratamente cu HEMA în soluţie alcoolică
Varianta Timp de udare (s) Higroscopicitate
H (%) iH (g/m2.h)
pes pa pes pa pes pa
V1b 80 796 0,61 4,52 0,0135 0,0805
V2b 58 738 0,73 5,38 0,0160 0,0940
V3b 45 580 0,86 6,39 0,0211 0,1151
V4b 43 579 0,88 6,43 0,0217 0,1154
M 246 1128 0,36 4,02 0,0081 0,0630
Tabelul 4.Tratamente cu HEMA în soluţie apoasă
Varianta Timp de udare (s) Higroscopicitate
H (%) iH (g/m2.h)
pes pa pes pa pes pa
V1c 15 366 0,73 5,32 0,0328 0,138
V2c 13 268 0,84 6,33 0,0372 0,1678
V3c 12 257 0,98 7,47 0,043 0,1997
V4c 12 258 1,01 7,5 0,0436 0,200
M 246 1128 0,36 4,02 0,0081 0,0630
Analizând rezultatele obţinute se constată că timpul de udare scade cu creşterea
concentraţiei de HEMA, respectiv cu cantitatea de HEMA introdusă în reactorul
instalaţiei, în cazul ambelor fibre şi pentru toate cele trei variante de tratare. Explicaţia
fenomenului nu poate fi pusă decât pe seama creşterii gradului de grefare a materialului
textil, cu creşterea cantităţii de monomer raportată la greutatea eşantionului modificat.
Chiar dacă gradul de grefare nu a putut fi estimat gravimetric, având o valoare coborâtă,
prezenţa grefelor de HEMA în suprafaţa materialului textil este evidentă, fiind probată
atât de analizele spectrale cât şi de fotografiile de microscopie electronică. Evident, cu cât
cantitatea de HEMA grefat este mai ridicată, cu atât creşte concentraţia grupelor
hidroxilice aduse de acesta pe suprafaţa materialului. În consecinţă existând mai multe
situs-uri cu caracter puternic polar şi hidrofil, cantitatea de apă legată prin legături de
hidrogen va creşte, de asemenea.
În acelaşi mod se poate explica variaţia higroscopicităţii exprimată prin
cantitatea procentuală de umiditate (H), respectiv prin indicele de higroscopicitate (iH);
ambele caracteristici ale materialului cresc cu parametrul în discuţie.
O explicaţie privind rezultatele diferite obţinute în cazul grefării cu HEMA din
soluţie alcoolică, respectiv apoasă, o poate constitui afinitatea mai mare a ambelor
materiale textile faţă de apă, decât faţă de alcool. Atât apa cât şi alcoolul etilic au un
caracter puternic polar, dar apa prezintă un caracter polar mai pronunţat decât alcoolul
etilic. În consecinţă, apa “umflă “ mai puternic structura polimerilor, facilitând accesul
mai
pronunţat al monomerului la situs-urile reactive (macroradicali formaţi prin activare în
plasmă).
II.2.2. Modificarea proprietăţilor fiziologice Pentru a evidenţia modificările apărute în ceea ce priveşte unele proprietăţi
fiziologice ale materialelor textile prin tratare în plasmă şi grefare de HEMA, s-au
determinat coeficientul de vaporizare şi permeabilitatea la aer (tabelele 5 - 7).
Tabelul 5. Influenţa tratamentului de grefare cu HEMA în fază gazoasă asupra
coeficientului de vaporizare şi permeabilităţii la aer
Varianta
Coeficient de vaporizare
(g/m2.h)
Permeabilitate la aer
(m3/m
2.min)
pes pa pes pa
V1a 15,10 14,35 27,03 13,96
V2a 14,86 14,12 27,99 12,86
V3a 14,69 14,01 25,61 12,09
V4a 14,66 14,04 25,42 11,97
M 15,56 14,86 31,25 14,97
Tabelul 6. Influenţa tratamentului de grefare cu HEMA în soluţie alcoolică asupra
coeficientului de vaporizare şi permeabilităţii la aer
Varianta
Coeficient de vaporizare
(g/m2.h)
Permeabilitate la aer
(m3/m
2.min)
pes pa pes pa
V1b 15,22 14,46 28,64 13,17
V2b 14,98 14,23 27,45 12,14
V3b 14,80 14,06 27,01 11,39
V4b 14,81 14,06 26,94 11,24
M 15,56 14,86 31,25 14,97
Tabelul 7. Influenţa tratamentului de grefare cu HEMA în soluţie apoasă asupra
coeficientului de vaporizare şi permeabilităţii la aer
Varianta
Coeficient de vaporizare
(g/m2.h)
Permeabilitate la aer
(m3/m
2.min)
pes pa pes pa
V1c 14,98 14,24 26,34 14,32
V2c 14,74 14,01 25,25 13,19
V3c 14,57 13,99 24,86 12,40
V4c 14,57 14,01 24,78 12,28
M 15,56 14,86 31,25 14,97
Analizând domeniul de variaţie a valorilor prezentate în tabelele 13 - 15 se
poate constata o scădere uşoară a ambilor indici, atât în cazul materialelor din poliamidă
cât şi a celor din poliester. În cazul permeabilităţii la aer, această scădere s-ar putea
explica prin prezenţa polimerului grefat pe fibră, care determină o uşoară obturare a
interstiţiilor dintre fibre, şi în consecinţă o diminuare a debitului de aer ce trece prin
material.
În ceea ce priveşte coeficientul de vaporizare, scăderea valorii sale cu creşterea
conţinutului de HEMA grefat, poate avea o dublă explicaţie. Pe de o parte, eliminarea
apei volatilizate în timp poate fi uşor întârziată, ca şi în cazul trecerii aerului, de uşoara
reducere a spaţiilor interfibrilare. Pe de altă parte, creşterea cantităţii de HEMA grefat,
deci implicit a numărului de grupări hidroxilice existente pe material, chiar dacă
predominant la suprafaţa sa, poate avea drept consecinţă fixarea mai puternică şi a unor
cantităţi mai ridicate de vapori de apă, împiedicând astfel transferul lor spre mediul
exterior.
II.2.3. Influenţa creşterii hidrofiliei asupra capacităţii de îndepărtare a
murdăriei prin spălare “soil release”
Sensibilitatea la murdărire a unui material textil include atât noţiunea de reţinere
a murdăriei cât şi gradul de vizibilitate a acesteia. Comportarea la murdărire a unui
material textil depinde de foarte mulţi factori printre care se pot aminti: natura
murdăriei, natura şi structura suprafeţei materialului textil, încărcarea electrostatică a
acestuia etc.
Deoarece fibrele hidrofobe prezintă o atracţie mai mare pentru murdărire
comparativ cu cele hidrofile este de dorit ca prin diverse tratamente să se creeze
posibilitatea unei îndepărtări cât mai uşoare a murdăriei prin spălare. Pe această linie se
înscriu şi tratamentele în plasmă urmate de reacţii de grefare cu monomeri care conţin
grupări hidrofile. Prezenţa acestor grupări pe suprafaţa fibrelor hidrofobe facilitează
îndepărtarea murdăriei prin spălare.
In acest scop probe grefate şi negrefate au fost murdărite cu ulei de motor uzat
şi apoi spălate cu o soluţie de detergent. Capacitatea de îndepărtare a murdăriei prin
spălare a fost apreciată prin indicile SR% descris în capitolul IX.
Rezultatele obţinute sunt prezentate în tabelele 8 din care se poate observa o mai
bună capacitate de îndepărtare a murdăriei prin spălare pentru probele tratate, comparativ
cu cele netratate. Aceasta denotă că prin prezenţa grupelor polare se favorizează
îndepărtarea cu uşurinţă a murdăriei hidrofobe în timpul procesului de spălare.
Capacitatea de îndepărtare a murdăriei prin spălare (SR) este în strânsă corelare
cu proprietăţile hidrofile ale materialului tratat, respectiv cu cantitatea de HEMA grefat:
cu cât aceasta este mai mare, cu atât SR are o valoare mai ridicată.
Dintre cele trei variante de grefare cu HEMA cele mai bune rezultate s-au
obţinut în cazul grefărilor cu HEMA în soluţie apoasă şi fază gazoasă, în perfectă
concordanţă, de asemenea, cu rezultatele privind hidrofilia.
Tabelul 8. Influenţa tratamentului în plasmă şi grefării cu HEMA asupra
capacităţii de îndepărtare a murdăriei prin spălare
Varianta SR (%) Varianta SR (%) Varianta SR (%)
pes pa pes pa pes pa
V1a 57,10 75,26 V1b 56,25 72,83 V1c 57,69 76,02
V2a 66,80 78,68 V2b 65,78 76,14 V2c 67,42 79,48
V3a 70,41 81,78 V3b 69,32 78,71 V3c 71,28 82,12
V4a 70,30 81,62 V4b 69,33 78,73 V4c 71,26 81,94
M 20,72 70,31 M 20,72 70,31 M 20,72 70,31
Cele mai mari diferenţe în ceea ce priveşte cantitatea de murdărie îndepărtată
prin spălare, apreciată prin indicele ΔSR% (care reprezintă diferenţa dintre valorile SR
ale probelor tratate şi valoarea SR a probei netratate), se constată pentru toate variantele
de grefare în cazul materialelor din poliester (figurile 6 - 8). Aceasta se poate explica, pe
de o parte prin prezenţa grupelor hidrofile din HEMA, care limitează sorbţia uleiului
hidrofob, iar pe de altă parte datorită apei legate de grupările hidroxilice ale polimerului
grefat care poate facilita îndepărtarea murdăriei hidrofobe în timpul acţiunilor mecanice
ce se desfăşoară pe parcursul procesului de spălare.
Figura 6. SR pentru materiale din poliamidă şi poliester grefate cu
HEMA în fază gazoasă
Figura 7. SR pentru materiale din poliamidă şi poliester grefate cu HEMA
în soluţie alcoolică
Figura 8. SR pentru materiale din poliamidă şi poliester grefate cu HEMA
în soluţie apoasă
II.2.4. Influenţa tratamentelor asupra capacităţii
de încărcare cu electricitate statică
Încărcarea cu electricitate statică a materialelor textile, în special din fibre
sintetice afectează estetica şi confortul vestimentaţiei. Astfel, senzaţia de înţepare şi
micile scântei care apar în timpul dezbrăcării la contactul cu pielea sau părul conferă
senzaţii neplăcute. De asemenea, la purtare prin frecare, articolele de vestimentaţie se
încarcă cu electricitate statică şi aderă la piele creând o stare de disconfort.
Tendinţa de încărcare cu electricitate statică depinde de natura suprafeţei, de
constanta dielectrică, de rezistivitatea (conductivitatea) electrică şi de umiditatea relativă
a mediului înconjurător.
Materialele cu rezistivitatea superficială ρS mai mare de 1016
Ω se electrizează
foarte puternic, cele cu rezistivitate de până la 1012
Ω se încarcă mai puţin, în timp ce
materialele cu ρS mai mică de 103 Ω nu se electrizează. Fibrele sintetice au în general o
conductibilitate electrică foarte mică şi se încarcă puternic electrostatic. Acest fapt trebuie
pus mai ales pe seama higroscopicităţii lor reduse; absenţa apei absorbite determină în
mare măsură lipsa “scurgerii” electricităţii acumulate.
Reducerea încărcării cu electricitate statică constă în mărirea conductibilităţii
fibrelor textile prin introducerea de grupe ionice sau prin mărirea hidrofiliei suprafeţei
acestora.
În acest scop, prin grefarea unor monomeri ce conţin grupări polare (HEMA) pe
suprafaţa materialelor din poliamidă şi poliester se măreşte hidrofilia acestor fibre şi
astfel creşte posibilitatea de descărcare a sarcinilor formate prin frecare.
Capacitatea de încărcare cu electricitate statică s-a apreciat prin determinarea
timpului de înjumătăţire.
Astfel, pentru ţesături din poliamidă şi poliester activate în plasmă şi grefate cu
HEMA în condiţiile prezentate anterior, s-a constatat o micşorare a încărcării cu
electricitate statică, ilustrată prin timpi de înjumătăţire mai mici, comparativ cu probele
netratate (tabelul 9 )
Tabelul 9. Valorile timpilor de înjumătăţire pentru materiale din
poliester şi poliamidă grefate cu HEMA
Varianta de tratare Timp de înjumătăţire (s)
Poliester Poliamidă
Tratare în plasmă şi grefare de HEMA (V3a) 30 44
Tratare în plasmă şi grefare de HEMA (V3b) 42 56
Tratare în plasmă şi grefare de HEMA (V3ca) 20 41
Martor 130 81
Din tabel se observă că cele mai mici valori ale timpului de înjumătăţire s-au
obţinut pentru materialele din poliamidă şi poliester care prezintă cele mai mari valori ale
hidrofiliei şi higroscopicităţii.
II.2.5. Evidenţierea modificărilor de suprafaţă survenite în urma
tratamentelor de hidrofilizare
Modificările de suprafaţă survenite în urma tratamentelor în plasmă şi activare
în plasmă urmată de grefare cu HEMA au fost evidenţiate prin microscopie electronică,
analize FTIR şi comportare tinctorială.
II.2.5.1. Microscopie electronică
Rezultatele analizelor microscopice pentru probele din poliamidă şi poliester
netratate, tratate în plasmă, UV, Corona şi grefate cu HEMA sunt prezentate în
microelectronofotografii (figura 9).
Martor Poliester Martor
Poliamidă tratată în plasmă Poliester tratat în plasmă
Poliamidă tratată în plasmă şi grefată cu
HEMA Poliester tratat în plasmă şi grefat cu HEMA
Figura 9. Microelectronofotografii pentru materiale din poliamidă şi poliester
Imaginile electronomicroscopice obţinute pentru probele din poliester şi
poliamidă ilustrate prin microelectronofotografii obţinute cu microscopul electronic cu
baleiaj evidenţiază apariţia modificărilor de suprafaţă. Se poate astfel constata că probele
martor prezintă o suprafaţă netedă, uniformă; pentru probele tratate în plasmă suprafaţa
este uşor corodată, observîndu-se mici artefacte, mai pronunţate în cazul poliamidei.
Suprafaţa fibrelor expuse tratamentului fizic, indiferent de natura sa, urmat de
grefare cu HEMA, evidenţiază un relief pronunţat, caracterizat de asperităţi ce nu pot fi
interpretate decât ca fiind polimer grefat.
Modificările cele mai vizibile apar în cazul tratamentului în plasmă. Proba de
poliamidă evidenţiază un număr mai mare de centre de grefare pe suprafaţă şi mai
uniform distribuite, în timp ce poliesterul prezintă „noduli” de polimer grefat mai mari şi
mai neuniform distribuiţi.
II.2.5.2. Analize FTIR
Modificările suprafeţei fibrelor în urma grefării sunt ilustrate şi prin spectre
FTIR care pun în evidenţă benzi de absorţie caracteristice polimerului grefat pe suprafaţa
fibrelor (figurile 10 - 13).
În spectrul FTIR din figura 10 au fost evidenţiate benzile de absorbţie specifice
poliamidei şi 2-hidroxi etil metacrilatului, atribuite astfel:
- 3292 cm-1
-OH - 1460 cm-1
C-H
- 2850 – 2926 cm-1
-CH2- - 1365 cm-1
-CH3
- 1745 cm-1
C=O esteric - 1310 -1350 cm-C-N
- 1635 cm-1
C=O amidic - 1230 cm-1
C-O esteric
- 1440 – 1550 cm-1
NH - 815 cm-1
C-O-C
4000 3000 2000 1000Wavenumber (cm-1)
96.5
97.0
97.5
98.0
98.5
99.0
99.5
100.0
%T
rans
mitt
ance
3292.48
2924.08
2854.64
1743.65
1629.85
1531.48
1460.11
1365.6
1259.511234.44
1166.93
1072.42 956.69896.9
860.25
Figura 10. Spectrul FTIR - poliamidă grefată cu HEMA
3000 2000 1000Wavenumber (cm-1)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%T
rans
mitt
ance
3288
3076
2924
2852
1640
1544
14601432
1368
12601196 1168
1116
976
696
Figura 11. Spectrul FTIR - poliamidă martor
Spectrul FTIR din figura 12 evidenţiază benzi de absorbţie specifice atât
poliesterului cât şi 2-hidroxi etil metacrilatului:
- 3100 – 3421 cm-1
-OH - 1344 cm-1
CH3
- 2910 – 2970 cm-1
-CH2- - 1238 cm-1
C-O esteric
- 1705 cm-1
C=O esteric - 1039 – 1091 cm-1
C-O
- 1406 cm-1
CH2 - 871 cm-1
C-H arom
4000 3000 2000 1000Wavenumber (cm-1)
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
%T
rans
mitt
ance
3421.71
3130.46
2968.442914.43
2100.48
1957.74
1705.07
1506.4
1406.11344.38
1238.3
1091.711039.63
975.98
871.82
717.52
499.56
428.2
Figura 12. Spectrul FTIR - poliester grefat cu HEMA
4000 3000 2000 1000Wavenumber (cm-1)
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
%T
rans
mitt
ance
3747.68
1705.07
1539.19
1406.1
1340.52
1238.3
1089.78
1016.48
869.89844.82
Figura 13. Spectrul FTIR - poliester martor
Spectrele FTIR pentru toate probele grefate atestă prezenţa monomerului acrilic,
confirmată de apariţia benzii esterice din HEMA în cazul poliamidei, respectiv
intensificarea acesteia în probele de poliester, la ν = 1725-1745 cm-1
.
II.2.5.3.Măsurători tinctoriale
Prezenţa grupelor polare introduse pe suprafaţa fibrelor prin activare în plasmă
şi grefare cu HEMA a fost evidenţiată şi prin modificările apărute în ceea ce priveşte
capacitatea tinctorială a celor două tipuri de fibre analizate. În acest caz, probe tratate şi
netratate (martor) au fost vopsite cu coloranţi specifici. Vopsirile s-au efectuat pe o
instalaţie de laborator Mathis de tip “Polycolor P 4702”, la un hidromodul de 50:1.
Vopsirea poliamidei s-a realizat cu 1% colorant CI Acid Blue 92 (structura 1) la
temperatura de 1000C, pH = 6-7, timp de 30 minute, iar probele din poliester s-au vopsit
cu 1% colorant CI Disperse Red 56 (structura 2) la pH=6, timp de 30 minute la 1300C.
Structura 1 Structura 2
După vopsire, probele au fost clătite riguros cu apă caldă şi rece şi apoi uscate la
temperatura camerei. Aprecierea culorii probelor vopsite a fost evidenţiată prin
măsurarea remisiilor (R%) pe un spectrofotometru Spectraflash 300® al firmei
DATACOLOR. Valorile remisiilor pentru probele din poliamidă şi poliester tratate în
plasmă/UV şi grefate cu HEMA şi apoi vopsite cu cei doi coloranţi sunt prezentate în
tabelul 10.
Tabelul 10. Valorile remisiilor (R) pentru probele din poliamidă şi poliester
Nr.
det.
Varianta de tratare R (%)
Poliamidă Poliester
1 Proba netratată 42,92 18,04
2 Tratare în plasmă 5 minute 35,01 17,21
3 Tratare în plasmă 10 minute 32,88 16,99
4 Tratare în plasmă 15 minute 31,02 16,69
5 Tratare în plasmă şi grefare cu HEMA – fază
gazoasă (V3a)
28,19 16,01
6 Tratare în plasmă şi grefare cu soluţie
alcoolică de HEMA (V3b)
31,12 16,42
7 Tratare în plasmă şi grefare cu soluţie apoasă
de HEMA (V3c)
27,02 15,66
Valori mai mici ale remisiilor în cazul probelor din poliamidă tratate în plasmă
şi grefate cu HEMA şi apoi vopsite se pot explica prin modificările morfologice dar mai
ales prin prezenţa grupărilor funcţionale apărute la suprafaţa fibrei care favorizează
sorbţia de colorant. Prin grefare cu HEMA, datorită introducerii grupelor hidroxilice, se
formează legături de hidrogen între acestea şi colorant, rezultând astfel vopsiri mai
intense, reflectate prin remisii mai mici. Pentru probele din poliester tratate în aceleaşi
condiţii şi vopsite se constată o scădere uşoară a remisiilor faţă de proba netratată.
Imaginile prezentate în tabelele 11,12 reflectă diferenţele de remisie discutate
anterior.
Poliamidă netratată Poliamidă tratată în plasmă
Poliamidă tratată în plasmă
şi grefată cu HEMA în fază
gazoasă
Poliamidă tratată în plasmă
şi grefată cu HEMA în
soluţie apoasă
Poliamidă tratată în plasmă
şi grefată cu soluţie
alcoolică de HEMA
Tabelul 11. Probe din poliamidă vopsite cu colorantul CI Acid Blue 92
Poliester netratat Poliester tratat în plasmă
Poliester tratat în plasmă şi
grefat cu HEMA în fază
gazoasă
Poliester tratat în plasmă şi
grefat cu HEMA în soluţie
apoasă
Poliester tratat în plasmă şi
grefat cu soluţie alcoolică
de HEMA
Tabelul 12. Probe din poliester vopsite cu colorantul CI Disperse Red 56
Toate aceste rezultate confirmă că şi prin determinări tinctoriale se pot
evidenţia indirect modificările de suprafaţă ale materialelor textile rezultate în urma
tratamentelor fizico-chimice. De asemenea, se poate estima că tratamentele la care au fost
supuse materialele textile studiate, prin modificările produse în suprafaţa fibrelor se pot
constitui în metode de îmbunătăţire a proprietăţilor tinctoriale ale acestora.
Concluzii
În concluzie se poate afirma:
hidrofilia şi higroscopicitatea materialelor tratate se imbunătăţesc comparativ cu
cele ale probelor martor;
dintre cele trei variante utilizate, cele mai bune rezultate s-au obţinut pentru
grefarea cu HEMA din soluţie apoasă şi respectiv din fază de vapori;
capacitatea de îndepărtare a murdăriei prin spălare (SR) este în strânsă corelare cu
proprietăţile hidrofile ale materialului tratat, respectiv cu cantitatea de HEMA
grefat: cu cât aceasta este mai mare, cu atât SR are o valoare mai ridicată;
Astfel, pentru ţesături din poliamidă şi poliester activate în plasmă şi grefate cu
HEMA în condiţiile prezentate anterior, s-a constatat o micşorare a încărcării cu
electricitate statică, ilustrată prin timpi de înjumătăţire mai mici, comparativ cu
probele netratate;
Imaginile electronomicroscopice obţinute pentru probele din poliester şi
poliamidă ilustrate prin microelectronofotografii obţinute cu microscopul
electronic cu baleiaj evidenţiază apariţia modificărilor de suprafaţă.Suprafaţa
fibrelor expuse tratamentului fizic, indiferent de natura sa, urmat de grefare cu
HEMA, evidenţiază un relief pronunţat, caracterizat de asperităţi ce nu pot fi
interpretate decât ca fiind polimer grefat.
Modificările suprafeţei fibrelor în urma grefării sunt ilustrate şi prin spectre FTIR
care pun în evidenţă benzi de absorţie caracteristice polimerului grefat pe
suprafaţa fibrelor;
prin determinări tinctoriale se pot evidenţia indirect modificările de suprafaţă ale
materialelor textile rezultate în urma tratamentelor de grefare ţn plasma rece de
înaltă frecvenţă.
Bibliografie
1. Chi Ming Chan, “Polymer Surface Modification and Characterization” Hanser Publ. New York, 1994
2. Höcker H., Pure Appl. Chem., 74, No.3, 2002, p.423 3. Massines F., Gherardi N., Sommer F., Plasmas and Polymers, 5, 2000, p.151 4. Wakida T., Cho S., Tokino S., Lee M., Text.Res. j., 68, 1998, p. 848 5. Clark D.T., Dilks A., J.Polymer Sci., 15, 1977, p.2321 6. Toshihiro H., Norio A., J.Macromol.Sci.-Chem., A28, 1991, p.461 7. Oktem T., Seventekin N., Ayhan H., Pişkin E., Indian Journal of Fibbre and
Textile Research, 27/2, 2002 8. Ueda M., Tokino S., Rev.Prog.Color.,26, 1996, p.9 9. Sigurdsson S., Shishoo R., J.Appl.Polzm.Sci., 66, 1997, p.1591 10. Nitschke M., Meichsner J., J.Appl.Polym.Sci., 65, 1997, p 381 11. Joanne Yip, Kwong Chan, Kwan Moon Sin, 118, Coloration Technology,
2002, p.26 12. Joanne Yip, Kwong Chan, Kwan Moon Sin,118, Coloration Technology, 2002, p.26 13. Sigurdsson S., Shishoo R., J.Appl.Polym.Sci., 66, 1997, p.1591 14. Yashda T., Gazicki M., Yasuda H., J.Appl.Polym.Sci., 38, 1984, p 201 15.Bartles V.T., Umbach K:H., Textile Research Journal, 10, 2002, p. 72 16.Mano J.F., Vay C., Mendes S.C., Reis R.L., Cunha A.M., J. Mater Sci: Mater
Medicine 10, 1999, p.857
17. Elvira C, Feng Z., Azevedo C.,Rebouta L, Cunha A., J. Mater Sci: Mater Medicine 14, 2003, p.187
top related