常压介质阻挡尖端放电对聚苯乙烯名义改性钻研
鉴于介质阻挡尖端放电(DBD)是轻工业上无比有前景的解决资料名义的环保技能,此外采纳常压DBD产生的大气高温等离子体体对聚苯乙烯(PS)地膜继续了名义改性。经过接触须测量、原子团力显微镜(AFM)视察和X射线光电子能谱(XPS)综合,钻研了大气等离子体体解决前后PS地膜的名义性能的变迁。后果表明,PS膜名义润湿性随解决工夫的延伸而普及,PS膜名义毛糙度增多,而且在名义10nm规模内引入了含氧和含氮的官能团。等离子体体解决后PS地膜润湿性改善的重要起因是由名义毛糙化和引入含氧、含氮极性官能团的复竞争用造成的。
近年来,大气压大气等离子体体名义改性技能因为存在条件友爱性、利润低、效率低等劣势而在轻工业中失去宽泛的利用。与低气压资料名义解决技能,如地膜沉积、名义改性等相比,存在利润低,运行颠簸等特点。罕用的产生大气压大气等离子体体的步骤有电晕尖端放电、介质阻挡尖端放电(DBD)和大气压辉光尖端放电(AtmosphericPressureGlowDischarge,APGD)。与其余两种步骤相比,DBD尖端放电设施容易、能量高,且很轻易在轻工业条件下兑现,因而DBD放中技气等离子体体已被用来解决聚丙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚甲酯丙烯酸甲酯和聚酯等聚合生活资料料的名义改性中。
聚苯乙烯(PS)作为罕用的绝缘资料,存在通明、成型性好、刚性好、电绝缘性能好、易染色、低吸湿性、和价钱低廉等长处,因此被宽泛用来生物医术、电工、化工和包装等轻工业畛域。但PS地膜的名义能较低,招致其名义润湿性、粘结性和可印花性等性能较差,这大大制约了其利用规模,因而钻研人员采纳相反的步骤对其继续名义改性。英国Mitchell等采纳异丙烯乙醇对PS继续了名义改性,印度Guruven-ket等采纳氩气和氧气等离子体体对PS继续了名义改性,均获得较好的动机。轻工业生年中采纳大气等离子体体的利润更低,存在宽泛的轻工业利用前景。
为此,白文利用大气压DBD产生的大气等离子体体对PS地膜继续了名义改性,经过接触须测量、原子团力显微镜(AFM)视察和X射线光电子能谱(XPS)等综合目的,钻研了等离子体体解决前后PS地膜名义特点的变迁,并对后果继续了综合。1、试验全体1.1、试验安装及解决参数
为了与轻工业化生产条件尽可能统一,白文试验是在敞开的大气条件下继续的,试验时热度为28℃,DBD试验安装及其电气接报图如图1所示。整个试验安装重要囊括四个全体:高频电源A、高频变压器B、尖端放电室C和测量全体D等组成。高频低压电源由单相市电、可控硅整组、库容滤波和半桥逆变通路等组成,其功率调节可采纳脉冲幅值调制(PulseAmplitudeModulation,PAM)和脉冲效率调制(PulseFrequencyModulation,PFM)形式;高频变压器的作业效率规模为10kHz到35kHz的铁氧体磁芯变压器;尖端放电室由低压电极1、试样2、阻挡介质3、下电极4和精细起落台5等组成;测量全体囊括示波器、低压探头、一般探头、测量库容Cm和测量电阻Rm组成。尖端放电零碎的作业内中如次:单相市电经可控硅整组成脉动直流,经大定量电解库容滤波后变为较为平滑的低压直流,该低压直流通过半桥逆变通路输入低压方波,该方波电压经变压器漏感和负载组成的串联谐振通路谐振后,在尖端放电电极间产生无比高的正弦电压,当该电压胜于定然值时将导致陶瓷阻挡介质间的大气击穿,从而产生高温大气等离子体体,该等离子体体作用来资料名义可对名义继续改性解决。上电极为直径50mm的铝电极,下电极为80mm×80mm×2mm的不锈钢电极,薄厚为1mm、面积为100mm×100mm的氧化铁陶瓷遮盖鄙人电极名义作为阻挡介质,气隙可调规模为0～13mm。改性解决时,解决资料放在介质上。尖端放电电压采纳LecroyPPE20kV型低压探头来测量,其衰减系数为1000。尖端放电直流电经过在尖端放电回路中串联一个阻值为10Ω的无感电阻Rm失掉,尖端放电空间传输的电荷经过在尖端放电回路上串联一个9.4nF的测量库容Cm失掉。尖端放电Lissajous图形经过把低压探头测得的激发电压加在示波器的X轴,把传输电荷加在示波器的Y轴失掉。纪录仪器采纳TekTDS220(500MHz,1Gs-1)数字示波器。尖端放电功率经过划算Lissajous图形的面积失去。
图1 大气DBD名义改性试验安装
白文对PS地膜名义改性的解决参数如次:低压电极强加峰值为10kV的正弦电压,效率约为18.2kHz,上极板底部至介质上名义的大气间隙间隔为1.76mm。图2为上述试验条件下测得的DBD的电压直流电波形和Lissajous图形。从图2(a)中能够看出,在正弦波电压激发下,直流电波形在电压的每半个周期内涌现一大批短时延续的直流电脉冲,每一个脉冲就是一个微尖端放电,这表明大气DBD尖端放电为DBD尖端放电的丝状尖端放电内容;从图2(b)可看出,大气DBD尖端放电的Lissajous图形由激发电压和传输电荷组成的开启图形,其形态相近为平行四边形。其中,高低两边为未尖端放电阶段,左右两边是尖端放电阶段,尖端放电阶段中曲线上的毛刺是因为多周期尖端放电烦琐动机造成的。依据DBD尖端放电功率与李萨如图形面积的关系可得尖端放电功率约为83W。
图2 试验电压直流电波形(a)和Lissajous图形(b)1.2、试验资料及测试目的
试验中采纳的聚苯乙烯是从杭州塑料厂购买的轻工业级资料,其地膜薄厚为0.25mm。将大块聚苯乙烯地膜裁成尺寸为20mm×20mm的小块作为解决试样,该署试样在低声波荡涤器中经无水乙醇超声荡涤后,在大气中晾干后即时放入尖端放电室继续解决。接触须采纳JC2000C2型接触须测量仪(上海中晨),测试液体采纳二次去离子水。名义宏观形貌测轮采纳AFM2Ⅱ型接触式原子团力显微镜(浙江大学光电系)。解决前后PS地膜名义化学成份采纳5000CESCA型X射线光电子能谱(XPS)仪(美国PHI公司),数据综合采纳设施自带的AugerScan3,21硬件(以C1s=284.6eV为基准继续联合能校对)。同声采纳该硬件和90%Gaussian+10%Lorentzian混合因变量继续曲线拟合和解谱综合。
3、论断
采纳常压DBD产生的大气等离子体体对PS地膜继续了名义改性,等离子体体解决后PS膜试样名义的水接触须随着解决工夫的增多而上升,使解决后名义的润湿性大大普及。润湿性改善的起因与解决后PS膜名义形貌和化学成份变迁无关。大气等离子体体解决后,PS膜名义均匀毛糙度增多;同声PS膜名义产生了氧化和氮化,其氧化和氮化是因为引入高能官能团所致。
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