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《塑料塔填料表面改性技術(shù)進(jìn)展》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、塑料塔填料表面改性技術(shù)進(jìn)展張近(陜西師范大學(xué)化學(xué)系,西安,710062)摘要:分析和討論了塑料塔填料表面性能及其潤(rùn)濕條件,指出改變表面分子結(jié)構(gòu)以增加極性與加大表面粗糙度而提高表面張力是改善塑料塔填料表面潤(rùn)濕性能的主要途徑,并介紹了表面糙化、表面極化、表面接技及等離子體表面處理等表面改性技術(shù)。關(guān)鍵詞:塔填料塑料填料表面改性塔填料作為填料塔的核心構(gòu)件,提供了塔內(nèi)氣液兩相接觸而進(jìn)行傳質(zhì)的表面,決定著塔的性能。塑料塔填料具有質(zhì)地輕、耐腐蝕、不易破碎、加工方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),目前被廣泛使用。但研究和應(yīng)用表明,塑料填料表面潤(rùn)濕性能差,液體在表面上易形成“溪流”或
2、“溝流”,使相際之間的有效傳質(zhì)面積減少,會(huì)降低填料塔的傳質(zhì)效果。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,塑料塔填料的有效潤(rùn)濕面積僅是同類型規(guī)格陶瓷填料的一半左右。因此,近20年來,國內(nèi)外有許多研究者致力于改善塑料塔填料表面潤(rùn)濕性能的研究,開發(fā)出了各種表面改性技術(shù)。屏蔽作用亦降低了填料的潤(rùn)濕性。(3)聚烯烴結(jié)晶度高。高壓聚乙烯的結(jié)晶度為65%~75%,中壓聚乙烯為95%,低壓聚乙烯為80%~90%,聚丙烯一般為40%~70%。由于聚乙烯、聚丙烯結(jié)晶性好,由其制作的塔填料化學(xué)穩(wěn)定性好,這是塑料塔填料能廣泛使用的原因之一。聚烯烴表面張力低。聚乙烯的臨界表面(4)張力為31×10-3N/
3、m,聚丙烯的臨界表面張力一般只有29×10-3N/m。材料表面張力低,接觸角大,潤(rùn)濕性能差。(5)聚烯烴制品一般都很光滑,對(duì)表面的潤(rùn)濕和液膜的形成不利。塑料塔填料的潤(rùn)濕1塑料塔填料表面改性技術(shù)2影響填料潤(rùn)濕的因素有填料本身的性質(zhì)(材質(zhì)、尺寸、形狀、排列方式等)、液相的性質(zhì)(粘度、表面張力、密度等)及操作狀況(噴淋密度、液體分布等)。涉及固-液界面現(xiàn)象和液體在固體表面上的流動(dòng)行塑料塔填料極性小,表面光滑且自由能低,潤(rùn)濕性能差,不利于傳質(zhì)。要提高塑料填料塔的分離效果,應(yīng)主要從改善填料表面分子結(jié)構(gòu)以增加極性和加大表面粗糙度而提高表面張力兩方面入手。為1。就一
4、定類型規(guī)格的塑料塔填料的潤(rùn)濕而言,塑料材質(zhì)的表面形態(tài)成為關(guān)鍵。塑料塔填料主要為聚乙烯、聚丙烯等材料,其表面性能與聚烯烴材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和成型加工條件有211表面糙化Wenzel3指出,對(duì)一定幾何面的塑料塔填料表面糙化,可提高其真實(shí)表面積,有益于傳質(zhì)。同時(shí),粗糙表面的接觸角變小,有利潤(rùn)濕。21111表面壓紋法將用于塑料塔填料成型的模具內(nèi)部刻上溝槽或花紋,用這種模具生產(chǎn)的填料表面帶有相應(yīng)的溝槽和花紋,可使其表面粗糙度有明顯增加。國內(nèi)也有關(guān)2。(1)聚烯烴是極性高分子材料。聚乙烯分子不帶任何極性基因。聚丙烯分子中每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元有一個(gè)甲基,但甲基為很弱的極性基因
5、,所以聚丙烯也屬于非極性高分子。非極性高分子材料,對(duì)極性物系潤(rùn)濕性差,不易形成液體膜層。(2)聚烯烴本身含有的低分子量物質(zhì)以及填料加工成型過程中加入的某些添加劑,很容易析出而匯集于聚烯烴表面,形成強(qiáng)度很低的薄弱界面層。此層為無定形態(tài),使塑料填料表面趨于“平滑”,潤(rùn)濕性能變差。另外,若該薄弱界面層為低表面能類,其收稿日期:1998-07-22。作者簡(jiǎn)介:張近,男,40歲,陜西師范大學(xué)化學(xué)系化工教研室主任,副教授。主要從事化工分離和化工新材料的研究,發(fā)表論文40多篇,出版著作2本,承擔(dān)國家教育部項(xiàng)目1項(xiàng)。·52·現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用第11卷第2期個(gè)別廠家采用機(jī)
6、械打毛方法對(duì)塑料填料進(jìn)行類似處理。表面壓紋法簡(jiǎn)單易行,宜于推廣。21112溶劑糙化法用溶劑浸漬塑料塔填料表面,可選擇性地洗去表面層的低分子量成分和各種塑料添加劑,除掉無定形的弱界面層,使微小的凹凸不平顯露出來。選用溶劑時(shí)要考慮其溶解性和蒸發(fā)速度,對(duì)聚烯烴類填料可采用氯代烴類和萘烷等高沸點(diǎn)溶劑處理。用接觸角測(cè)定儀測(cè)出液體在溶劑糙化處理后的聚丙烯填料上的接觸角,再用Zisman4法作coθs~σL圖,外推至coθs=1處,可得到聚丙烯的臨界表面張力,如圖1所示??梢?溶劑糙化后,聚丙烯的臨界表面張力可提高20%左右。21113化學(xué)糙化法將塑料塔填料浸入含氧
7、酸等類化學(xué)腐蝕液中,亦可將其表面上的弱界面層除去而得以糙化。用電子顯微鏡觀察聚丙烯填料經(jīng)鉻酸和硫酸混合液處理的粗糙度變化情況,只要浸入100s,表面便會(huì)生成直徑為012~0.5μm、深為011μm的小孔5?;瘜W(xué)糙化法與溶劑糙化法處理塑料填料,所得潤(rùn)濕性能接近,前者略優(yōu)6。氧化,在表面層生成羰基、羥基、烷基硫酸酯或羧基等極性基團(tuán)。液相化學(xué)法十分簡(jiǎn)單,只需將塑料填料浸入處理液中一定時(shí)間,然后取出用水沖洗、干燥即可。決定該法表面處理效果的主要因素有處理液配方、處理時(shí)間和溫度及塑料種類等。文獻(xiàn)報(bào)道5,將聚丙烯和聚乙烯兩種塑料填料在重鉻酸鉀7份、硫酸150份、水
8、12份的溶液中處理,可得到不同時(shí)間和溫度下的處理結(jié)果,如下表所示。一般來說,處理時(shí)間長(zhǎng),處理效