Способ непрерывной обработки длинномерного полимерного материала плазмой электрического разряда

 

Использование: в технологии плазменной модификации полимерных, в том числе текстильных материалов. Сущность изобретения: непрерывно движущийся длинномерный полимерный материал обрабатывают плазмой электрического тлеющего разряда в среде плазмообразующего газа в вакууме. Обработку плазмой циклически чередуют с подачей на материал 0,10-0,17 м³/ч газа на один квадратный метр его общей поверхностной площади в расчете на нормальное давление. Время обработки сокращается на 30% за счет интенсификации процесса.

Изобретение относится к химической технологии полимерных материалов, а именно к технологии их плазменной обработки в газовой среде.

Известны способы обработки полимерных материалов плазмой электрического разряда в газовой среде [1-4].

Однако во всех этих способах не регламентируется интенсивность подачи в реактор плазмообразующего газа. Он определяется мощностью вакуумного насоса. Поэтому в результате накопления у поверхности обрабатываемого материала побочных продуктов распада в ходе плазменной модификации полимерного материала интенсивность процесса снижается, а экономичность процесса уменьшается.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ непрерывной обработки длинномерного полимерного материала, например пленок, бумажного полотна, текстильного материала, плазмой электрического разряда в вакууме, в котором благодаря специальному расположению электродов ток пропускают между электродами параллельно поверхности материала и в результате подачи в реактор плазмообразующего газа образуется плазма, как бы лижущая поверхность обрабатываемого материала [5] .

Однако и в этом способе материал подвергается по всей поверхности в зоне обработки одновременному воздействию плазмы и плазмообразующего газа, интенсивность подачи которого не регламентируется. Недостатком этого способа поэтому является недостаточная интенсивность процесса обработки и недостаточно высокая экономичность процесса.

Цель изобретения - повышение интенсивности процесса, т.е. его экономичности.

Для этого способ непрерывной обработки длинномерного полимерного материала плазмой электрического разряда осуществляют в вакууме в среде плазмообразующего газа, причем обработку материала плазмой циклически чередуют с подачей на него плазмообразующего газа с интенсивностью 0,10-0,17 м³/ч˙м² общей поверхностной площади обрабатываемого материала в расчете на нормальное давление.

Интенсивность подачи плазмообразующего газа влияет на степень удаления побочных газообразных продуктов реакции и обеспечивает необходимое количество в зоне реакции у поверхности материала активных частиц. При повышении до некоторого предела интенсивности подачи плазмообразующего газа скорость процесса модификации полимерного материала возрастает.

Обработку материала осуществляют на установке УПХ-140 в герметичном реакторе, внутри которого поддерживают вакуум ≈80 Па постоянно работающим насосом. Обрабатываемый субстрат в реакторе проходит между группами электродов, соединенных со специальным источником тока. Между электродами, расположенными по одну сторону обрабатываемого субстрата, возникает тлеющий разряд, лижущий поверхность субстрата. Полярность электродов вдоль направления перемещения субстрата изменяется в последовательности +--++--+. Поэтому между одноименными электродами разряда нет. В этом месте на субстрат подают плазмообразующий газ, т.е. имеет место цикличность: плазмообработка - подача на субстрат газа - плазмообработка. За время прохождения материала в реакторе происходит десятки таких циклов. Величина давления в реакторе может быть от 0,001 до 400 Па и зависит от конкретного процесса. Один цикл обработки в реакторе происходит на микроучастке 20-30 мм.

Изобретение иллюстрируется примерами. Во всех примерах обработку плазмой тлеющего разряда проводят при давлении в реакторе 80 Па.

П р и м е р 1. Экспериментальную хлопкополиэфирную плащевую ткань поверхностной плотностью 250 г/м², содержащую 33% полиэфира, обрабатывают плазмой тлеющего разряда на экспериментальной промышленной установке УПХ-140 при скорости движения ткани 36 м/мин и интенсивности подачи плазмообразуемого газа (воздух) 1,45 м³/ч. Рабочее давление в реакторе 80 Па. Суммарная поверхность (сумма площадей обеих сторон ткани) в зоне обработки 14,4 м², т.е. интенсивновсть подачи газа на единицу площади обрабатываемого субстрата 0,1 м³/ч˙м².

Капиллярность ткани после плазмохимической обработки по ГОСТ 3816-81 120 мм/ч. После плазмохимической обработки ткань хорошо накрашивается кубовыми и активными красителями.

П р и м е р 2. Ту же самую ткань, что и в примере 1, обрабатывают плазмой тлеющего разряда на установке УПХ-140 при скорости движения ткани 36 м/мин и интенсивности подачи воздуха в реактор 0,14 м³/ч˙м². Давление в реакторе 80 Па. Капиллярность ткани после плазмохимической обработки 135 мм/ч. Имеющая высокую капиллярность ткань хорошо накрашивается кубовыми и активными красителями.

П р и м е р 3. Ткань по примеру 1 обрабатывают на той же самой установке плазмой тлеющего разряда при скорости ее движения 36 м/мин и интенсивности подачи воздуха 0,17 м³/ч˙м². Давление в реакторе 80 Па. Капиллярность ткани после плазмохимической обработки 130 мм/ч. Ткань хорошо накрашивается кубовыми и активными красителями.

П р и м е р 4 (сравнительный). Обработку проводят как в примере 1, но интенсивность подачи воздуха в реактор 0,028 м³/ч˙м². Капиллярность ткани после плазмохимической обработки 0 мм/ч. Ткань не смачивается и не сорбирует красители.

П р и м е р 5 (сравнительный). Обработку ткани проводят как в примере 1, но интенсивность подачи воздуха 0,20 м³/ч˙м². Капиллярность ткани после плазмохимической обработки 0 мм/ч, т.к. разряд из-за роста давления плазмообразующего газа сконцентрировался на краях электродов. Ткань не смачивается и не сорбирует красители. Процесс плазмообразования не стабильный.

П р и м е р 6 (сравнительный). Обработку ткани проводят как в примере 1, но интенсивность подачи воздуха 0,09 м³/ч˙м². Капиллярность ткани по ГОСТ 3816-81 в результате обработки 103 мм/ч, что ниже нормы.

Получить нужное качество обработки ткани (капиллярность) в примерах 4 и 6 возможно только за счет снижения скорости обработки, т.е. за счет снижения производительности процесса.

П р и м е р 7. Ткань "Искра" с поверхностной плотностью 209 г/м², содержащую 50% хлопка и 50% капрона, обрабатывают на установке УПХ-140 при скорости движения ткани 40 м/мин и интенсивности подачи азота 1,8 м³/ч˙м². Суммарная поверхность ткани в зоне обработки 14,2 м², т.е. интенсивность потока на единицу площади обрабатываемого субстрата 0,127 м/ч˙м². Капиллярность после обработки 102 мм/ч. Накрашиваемость активным зеленым красителем хорошая.

П р и м е р 8. Ткань "Новинка" с поверхностной плотностью 224 г/м² и "Каскад" - 202 г/м² (обе 100% хлопок) обрабатывают в условиях примера 1 с плазмообразующим газом кислородом. Капиллярность тканей 140 мм/ч, накрашиваемость хорошая, без отварки.

П р и м е р 9. Ткань платочная чистошерстяная арт. 38 плотностью 102 г/м², обрабатывают на линии ЛПХ-180-Ш при скорости движения ткани 40 м/мин и интенсивности потока плазмообразующего газа (воздух и кислород) 0,16 м³/ч˙м². Капиллярность ткани после обработки 90 мм/ч, усадка 1,2%.

П р и м е р 10. Плазмой тлеющего разряда обрабатывают основу искусственной кожи из полипропилена. Скорость обработки 36 м/мин. Интенсивность потока газа (аммиак) 0,14 м³/ч˙м². Возрастание адгезии к композиции на основе хлорвинила 40%.

П р и м е р 11. Обрабатывают как в примере 10 углеродную нить. Возрастание адгезии к эпоксидной композиции 56%.

В случае снижения интенсивности потока плазмообразующего газа в примерах 7-11 до 0,08 м³/ч˙м² для получения того же результата необходимо снижать скорость обработки в среднем на 30%.

Таким образом, как следует из примеров, изобретение позволяет интенсифицировать процесс плазменной модификации полимерных материалов в среде плазмообразующего газа и таким образом повысить экономичность процесса.

Формула изобретения

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА ПЛАЗМОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА в вакууме в среде плазмообразующего газа, отличающийся тем, что обработку материала плазмой циклически чередуют с подачей на него плазмообразующего газа с интенсивностью 0,10 - 0,17 м³/ч на 1 м² общей поверхностной площади обрабатываемого материала в расчете на нормальное давление.