一种冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法
阅读说明：本技术 一种冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法 (Surface treatment method for cold plasma high molecular polymer ) 是由 靳瑞廷 邢兴 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法,它是将高分子聚合物经冷态等离子处理装置处理后得到表面改性的高分子聚合物,所述冷态等离子处理装置的放电电压为10～20kV。使得经过处理的高分子聚合物纤维的前进角、后退角明显降低、卷曲度和比表面积得到提高,强度基本不变,显著提高了该纤维对于污染颗粒物的捕捉效率；在同等要求的过滤器选材时,可比技术实施前选用更加疏松、更粗的纤维材料,从而降低成品了过滤器的风阻、提高其容尘量和使用寿命,从而降低了运行能耗和费用。(The invention discloses a cold plasma high molecular polymer surface treatment method, which is characterized in that a high molecular polymer is treated by a cold plasma treatment device to obtain a surface modified high molecular polymer, and the discharge voltage of the cold plasma treatment device is 10-20 kV. The advancing angle and the retreating angle of the treated high molecular polymer fiber are obviously reduced, the crimpness and the specific surface area are improved, the strength is basically unchanged, and the capture efficiency of the fiber on pollution particles is obviously improved; when the filter with the same requirement is selected, the filter can select looser and thicker fiber materials than before the technology is implemented, so that the wind resistance of the finished filter is reduced, the dust holding capacity of the filter is improved, the service life of the filter is prolonged, and the operation energy consumption and the cost are reduced.)
技术领域
本发明属于聚合物表面处理技术领域，涉及一种高分子聚合物表面处理方法，具体涉及一种冷态等离子体纤维表面处理方法。
背景技术
HEPA(即高效空气过滤器)的工作原理主要是空气中的污染颗粒物随着气流而进行惯性运动或无规则的布朗运动时，会与高分子聚合物纤维相撞，粒子表面的引力会让它粘连在纤维上(这就是空气污染颗粒物被吸附的过程)。
现有的纤维材料(无纺布等)表面吸附能力差，HEPA中的高效过滤网需要做到很致密，并且需要采用很纤细的纤维，这就导致高效过滤网阻力高、寿命短、寿命期内效率下降较快、容尘量小；在空气污染较重的地区，用户必须频繁更换滤网才能得到所需的效果，成本高昂；由于纤维材料阻力高，这种纤维做成的HEPA在运行时能耗和噪音都比较高；在一些场合中人们采用驻极体技术来提高HEPA滤网的过滤效率，但驻极体并非对纤维材料表面的实质改性，在空气中驻极效应会较快速消失，所以使用驻极体过滤器对过滤效率的改善十分有限。
按照世界银行的数据，世界上超过90％的人口生活在空气污染的威胁当中，空气污染每年可造成直接经济损失两千多亿美元。目前过滤材料、过滤纤维的市场巨大，尤其在亚太和南美市场，复合增长率高。如果企业在这个领域能有任何优势技术突围，实现产业链底层的技术替代，则势必会有较大的市场成长空间。
发明内容
为了改善上述问题，本发明的主要目的在于提供一种冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法，它是将高分子聚合物经冷态等离子处理装置处理后得到表面改性的高分子聚合物，所述冷态等离子处理装置的放电电压为10～20kV。
优化地，所述冷态等离子处理装置的输入功率为20～1000W、放电频率为直流或交流50～100KHz。
优化地，所述高分子聚合物为无纺布。
进一步地，所述冷态等离子处理装置处理时还加入反应气体。
进一步地，所述反应气体为空气、氧气、氮气、NHx和He中的一种或多种组成的混合物；优选为He。加入反应气体，可以增加改性的目的性和可控制性，增加效果的稳定性和可重复性，进而在规模生产具有可行性；在处理效果的差异体现微观形态上，气体组分中包含氧气等反应气体的等离子体在材料表面的痕迹比较独特，表观呈现均匀分布的丘状突起和微坑。例如，与同等条件下O2等冷态离子体处理的效果相比，He气体等离子体处理的表面引入自由基信号的强度相对较高，自由基的自氧化反应及植入反应使得He等离子体处理的表面N、O元素含量也相对较高；经He等离子体处理后，纤维表面粗糙度增加明显，表面接触角降低显著，改性表面引入了较多的COOH，但表面引入自由基的电子自旋共振波谱ESR信号强度却明显降低，信号强度从1.8×104增加到2.6×104。
进一步地，所述反应气体的流量为0.001～100L/min，优选为10～50L/min。
优化地，所述冷态等离子处理装置于常温常压的条件运行。
优化地，所述冷态等离子处理装置包括：
等离子发生组件，所述等离子发生组件包括间隔设置的两个等离子发生电极、形成在两个所述等离子发生电极之间的电介质、开设在所述电介质内的处理腔以及与所述等离子发生电极相连接的等离子发生电源；
控制组件，所述控制组件包括与所述等离子发生电源相连接的MCU控制器、与所述MCU控制器相连接的低压电源以及通过光纤传感电路与所述MCU控制器相连接的光纤传感器。
进一步地，所述控制组件还包括分别与所述MCU控制器相连接的设备显示器和数据处理器。
更进一步地，所述冷态等离子处理装置还包括：
物料传送组件，所述物料传送组件包括平行且间隔设置的多根传送辊轴、绕设在多根所述传送辊轴上的传送带以及与任一所述传送辊轴相连接用于驱动其转动的传送电机，所述传送电机通过传送控制电路与所述MCU控制器相连接；
所述控制组件还包括通过速度传感电路与所述MCU控制器相连接的速度传感器。
基于上述，本发明冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法，通过将高分子聚合物经冷态等离子处理装置处理并精确控制处理时的工艺参数，使得经过处理的高分子聚合物纤维的前进角、后退角明显降低、卷曲度和比表面积得到提高，强度基本不变，可有效解决之前纤维捕捉效率低的问题；在同等要求的过滤器选材时，可比技术实施前选用更加疏松、更粗的纤维材料可以，从而降低成品了过滤器的风阻、提高其容尘量和使用寿命和效率，从而降低了运行能耗和费用；
本发明等离子表面改性的目标，与常见等离子体表面改性所追求的粘合性、可涂漆性提高等目标不同，从微观角度讲，本发明的改性目标在于提高纤维表面捕捉污染颗粒的能力；从宏观角度讲，在于提高由此纤维制成成品过滤器的过滤效率、容尘量和使用寿命。
附图说明
图1为本发明冷态等离子处理装置的结构示意图；
图2为本发明冷态等离子处理装置的模块示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所做的等效变化与修饰前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法，它是将高分子聚合物经冷态等离子处理装置处理后得到表面改性的高分子聚合物，所述冷态等离子处理装置的放电电压为10kV、直流方式。
在本实施例中，所述高分子聚合物为高分子纤维编织成的无纺布。
在本实施例中，冷态等离子处理装置处理时还加入反应气体，该反应气体为氦气；具体地，反应气体的流量为10～50L/min(此数值范围内，处理效果类似)。
在本实施例中，冷态等离子处理装置于常温常压的条件运行。该冷态等离子处理装置包括等离子发生组件1、物料传送组件2和控制组件3；其中，
等离子发生组件1包括间隔设置的两个等离子发生电极12、形成在两个等离子发生电极12之间的电介质11、开设在电介质11内的处理腔13(处理腔13用于容置待进行等离子处的产品)以及与等离子发生电极12相连接的等离子发生电源14。等离子发生电源14用于向等离子发生电极12提供电力以产生等离子体。
控制组件3包括与等离子发生电源14相连接的MCU控制器31(市售)、与MCU控制器31相连接的低压电源36以及通过光纤传感电路33与MCU控制器31相连接的光纤传感器；利用光纤传感器感测处理腔13中等离子体的浓度等信息，进而通过MCU控制器31控制等离子发生电源14的功率而实现对等离子体浓度的调节。
在本实施例中，控制组件3还包括分别与MCU控制器31相连接的设备显示器34和数据处理器35，用于显示和储存冷态等离子体高分子聚合物表面处理过程中的相关参数和数据。
在本实施例中，冷态等离子处理装置还包括物料传送组件2。该包括平行且间隔设置的多根传送辊轴21(本申请中为两根，一根为主动轴，一根为从动轴)、绕设在多根传送辊轴21上的传送带22以及与任一传送辊轴21(主动轴)相连接用于驱动其转动的传送电机23，传送电机23通过传送控制电路24与MCU控制器31相连接；控制组件3还包括通过速度传感电路32与MCU控制器31相连接的速度传感器，利用速度传感器可以感测传动带22输送物料(即无纺布)的速度等信息，这样使用者可以通过MCU控制器31控制传动带22的速度；还可以配合前述的光纤传感器感测数据，实现自动化控制。
实施例2
本实施例提供一种冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：所述冷态等离子处理装置的放电电压为20kV，放电频率为直流或交流50～100KHz(此数值范围内，处理效果类似)。
对比例1
本例提供一种冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法，它与实施例2中的基本一致，不同的是：所述冷态等离子处理装置的放电电压过小，为5kV。
对比例2
本实施例提供一种冷态等离子体高分子聚合物表面处理方法，它与实施例2中的基本一致，不同的是：所述冷态等离子处理装置的放电电压为30kV。
将实施例1-2、对比例1-2中经冷态等离子体处理的高分子聚合物(无纺布)以及未经冷态等离子体处理的高分子聚合物(无纺布)分别制作成高效空气过滤器滤网进行性能测试，其数据如表1所示。
表1实施例1-2、对比例1-2中高分子聚合物(无纺布)性能表
以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的保护范围；同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本发明所揭露概念下所完成之等效改变或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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