CN103485162A - 一种调控聚乳酸纤维膜表面亲/疏水性的方法 - Google Patents

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徐志伟
岳梦瑶
陈磊
倪亚
周宝明
单明景
王振
牛家嵘
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Abstract

本发明公开了一种调控聚乳酸纤维膜表面亲/疏水性的方法。其原理是利用微波等离子体装置处理CF4气体以产生CF4等离子体，该CF4等离子体产生的高能活性粒子可与聚乳酸纤维发生刻蚀、交联、接枝聚合等反应，从而改变了纤维表面的物理形态及化学组成，进而改善其各方面性能，有助于纤维的进一步功能化和应用；另外，可通过改变等离子体处理时的工艺参数来有效调控聚乳酸纤维表面的亲/疏水性，使其对水的接触角可以在0～135°的范围内变化，且操作工艺简单，处理时间相对较短，灵活实用，因此大大扩展了聚乳酸纤维膜的应用领域。

Description

一种调控聚乳酸纤维膜表面亲/疏水性的方法
技术领域
本发明属于聚合物改性技术领域，特别是涉及一种采用CF4微波等离子体对聚乳酸纤维膜进行处理，通过改变等离子体处理时的工艺参数来调控聚乳酸纤维膜表面的亲/疏水性，从而获得功能性聚乳酸纤维膜的方法。
背景技术
聚乳酸纤维膜是一种新型的可完全生物降解的合成纤维材料，系从谷物中取得，可以被人体无害化吸收，其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时不会散发毒气，不会造成污染，因此是一种可持续发展的生态环保材料。但由于聚乳酸中含有大量的酯键，具有较强的疏水性，只能与部分有机溶剂（如二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺等）互溶，既与亲水性物质的相容性较差，又不具备超疏水的效果，这在很大程度上限制了聚乳酸纤维膜的进一步功能化和应用。因此，对聚乳酸纤维膜进行表面超亲/疏水改性处理十分必要。
近年来，针对聚乳酸纤维膜的表面改性方法有很多，主要有碱减量法处理、生物酶改性以及接枝改性等。其中碱减量法是目前应用最多的纤维表面改性方法，但缺点是在碱减量过程中易损伤纤维，从而使纤维强度和质量下降。虽然采用生物酶改性不会损伤纤维，且效果较好，但处理过程较为繁琐，且处理时间较长。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于一种调控聚乳酸纤维膜表面亲/疏水性的方法。
为了达到上述目的，本发明提供的调控聚乳酸纤维膜表面亲/疏水性的方法包括按顺序进行的下列步骤：
1）将聚乳酸纤维膜置于微波等离子体装置的反应室内；
2）关闭反应室，启动微波等离子体装置，并抽真空至反应室内的压强小于10Pa；
3）向反应室内缓慢通入CF4气体，控制气体流量，直至达到适宜的压强，调节功率至设定值，开始计时以进行等离子体反应；
4）待反应完成后，关闭电源，松开气阀，使空气进入反应室内，直至反应室内气压恢复到常压状态，打开反应室，取出样品即制成所述的改性聚乳酸纤维膜。
所述的步骤3）中CF4气体的进气流量为1～5L/h。
所述的步骤3）中等离子体反应气压为10～50Pa,反应功率为100W～500W，反应时间为1min～30min。
本发明提供的调控聚乳酸纤维膜表面亲/疏水性的方法是利用微波等离子体装置处理CF4气体以产生CF4等离子体，该CF4等离子体产生的高能活性粒子可与聚乳酸纤维发生刻蚀、交联、接枝聚合等反应，从而改变了纤维表面的物理形态及化学组成，进而改善其各方面性能，有助于纤维的进一步功能化和应用；另外，可通过改变等离子体处理时的工艺参数来有效调控聚乳酸纤维表面的亲/疏水性，使其对水的接触角可以在0～135°的范围内变化，且操作工艺简单，处理时间相对较短，灵活实用，因此大大扩展了聚乳酸纤维膜的应用领域。
附图说明
图1为未经任何处理时聚乳酸纤维膜与水的接触角图。
图2为实施例1提供的经CF4微波等离子体处理后的聚乳酸纤维膜与水的接触角图。
图3为实施例2提供的经CF4微波等离子体处理后的聚乳酸纤维膜与水的接触角图。
图4为实施例3提供的经CF4微波等离子体处理后的聚乳酸纤维膜与水的接触角图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的调控聚乳酸纤维膜表面亲/疏水性的方法进行详细说明。
实施例1
将静电纺丝制备的聚乳酸纤维膜置于微波等离子体装置的反应室内，关闭反应室，启动微波等离子体装置，并抽真空至反应室内的压强小于10Pa；向反应室内缓慢通入CF4气体，采用流量计控制气体流量为2.5L/h，保持反应室内反应气压稳定于30Pa左右，调节功率至100W，处理10min后关闭电源，松开气阀，使空气进入反应室内，直至反应室内气压恢复到常压状态，打开反应室，取出样品即制成所述的改性聚乳酸纤维膜。
将上述经CF4等离子体处理的改性聚乳酸纤维膜在常温保存后进行静态接触角测试，测试液体为蒸馏水，并与未经任何处理的聚乳酸纤维膜进行对比，每个试样至少测5次并取平均值。图1和图2分别为未经任何处理的聚乳酸纤维膜和本实施例提供的经CF4等离子体处理后的改性聚乳酸纤维膜与水的接触角图，由图可以看出，接触角由110°直接降到了0°(水滴30s时)，表明本实施例提供的改性聚乳酸纤维膜具有超亲水性。
实施例2
将静电纺丝制备的聚乳酸纤维膜置于微波等离子体装置的反应室内，关闭反应室，启动微波等离子体装置，并抽真空至反应室内的压强小于10Pa；向反应室内缓慢通入CF4气体，采用流量计控制气体流量为2L/h，保持反应室内反应气压稳定于35Pa左右，调节功率至150W，处理10min后关闭电源，松开气阀，使空气进入反应室内，直至反应室内气压恢复到常压状态，打开反应室，取出样品即制成所述的改性聚乳酸纤维膜。
将上述经CF4等离子体处理的改性聚乳酸纤维膜在常温保存后进行静态接触角测试，测试液体为蒸馏水，并与未经任何处理的聚乳酸纤维膜进行对比，每个试样至少测5次并取平均值。图1和图3分别为未经任何处理的聚乳酸纤维膜和本实施例提供的经CF4等离子体处理后的改性聚乳酸纤维膜与水的接触角图，由图可以看出，接触角由110°直接降到了33°(水滴30s时)，表明本实施例提供的改性聚乳酸纤维膜具有超亲水性。
实施例3
将静电纺丝制备的聚乳酸纤维膜置于微波等离子体装置的反应室内，关闭反应室，启动微波等离子体装置，并抽真空至反应室内的压强小于10Pa；向反应室内缓慢通入CF4气体，采用流量计控制气体流量为3L/h，保持反应室内反应气压稳定于40Pa左右，调节功率至250W，处理20min后关闭电源，松开气阀，使空气进入反应室内，直至反应室内气压恢复到常压状态，打开反应室，取出样品即制成所述的改性聚乳酸纤维膜。
将上述经CF4等离子体处理的改性聚乳酸纤维膜在常温保存后进行静态接触角测试，测试液体为蒸馏水，并与未经任何处理的聚乳酸纤维膜进行对比，每个试样至少测5次并取平均值。图1和图4分别为未经任何处理的聚乳酸纤维膜和本实施例提供的经CF4等离子体处理后的改性聚乳酸纤维膜与水的接触角图，由图可以看出，接触角由110°降到了133°(水滴30s时)，表明本实施例提供的改性聚乳酸纤维膜基本达到了超疏水性。

Claims (3)

1.一种调控聚乳酸纤维膜表面亲/疏水性的方法，其特征在于：所述的方法包括按顺序进行的下列步骤：
1）将聚乳酸纤维膜置于微波等离子体装置的反应室内；
2）关闭反应室，启动微波等离子体装置，并抽真空至反应室内的压强小于10Pa；
3）向反应室内缓慢通入CF4气体，控制气体流量，直至达到适宜的压强，调节功率至设定值，开始计时以进行等离子体反应；
4）待反应完成后，关闭电源，松开气阀，使空气进入反应室内，直至反应室内气压恢复到常压状态，打开反应室，取出样品即制成所述的改性聚乳酸纤维膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤3）中CF4气体的进气流量为1～5L/h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤3）中等离子体反应气压为10～50Pa,反应功率为100W～500W，反应时间为1min～30min。
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