Отправить другу/подруге по почте ссылку на эту страницуВариант этой страницы для печатиНапишите нам!Карта сайта!Помощь. Как совершить покупку…
московское время17.10.18 19:20:34
На обложку
Механика хрупкого разрушенияавторы — Черепанов Г. П.
Три мира Григория Сковородыавторы — Софронова Л. А.
Очерки по истории русской советской поэзииавторы — Селивановский А. П.
б у к и н и с т и ч е с к и й   с а й т
Новинки«Лучшие»Доставка и ОплатаМой КнигоПроводЗаказ редких книгО сайте
Книжная Труба   поиск по словам из названия
Авторский каталог
Каталог издательств
Каталог серий
Моя Корзина
Только цены
Рыбалка
Наука и Техника
Математика
Физика
Радиоэлектроника. Электротехника
Инженерное дело
Химия
Геология
Экология
Биология
Зоология
Ботаника
Медицина
Промышленность
Металлургия
Горное дело
Сельское хозяйство
Транспорт
Архитектура. Строительство
Военная мысль
История
Персоны
Археология
Археография
Восток
Политика
Геополитика
Экономика
Реклама. Маркетинг
Философия
Религия
Социология
Психология. Педагогика
Законодательство. Право
Филология. Словари
Этнология
ИТ-книги
O'REILLY
Дизайнеру
Дом, семья, быт
Детям!
Здоровье
Искусство. Культурология
Синематограф
Альбомы
Литературоведение
Театр
Музыка
КнигоВедение
ЛитПамятники
Современные тексты
Худ. литература
NoN Fiction
Природа
Путешествия
Эзотерика
Пурга
Спорт

/Наука и Техника/Физика

Вакуумно-плазменное и плазменно-растворное модифицирование полимерных материалов — Кутепов A. M., Захаров А. Г., Максимов А. И.
Вакуумно-плазменное и плазменно-растворное модифицирование полимерных материалов
Научное издание
Кутепов A. M., Захаров А. Г., Максимов А. И.
год издания — 2004, кол-во страниц — 496, ISBN — 5-02-006484-X, тираж — 400, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 920 гр., издательство — Наука
цена: 500.00 рубПоложить эту книгу в корзину
Р е ц е н з е н т ы:
акад. А. А. Берлин
д-р хим. наук A. M. Колкер

Утверждено к печати Учёным советом Института химии растворов РАН

Формат 70x100 1/16. Печать офсетная
ключевые слова — энергоёмк, лазерн, термохим, механохим, плазмохим, неравновесн, нелинейн, плазменно-раствор, полимер, поверхност, синтетическ, разряд, капиллярн, сольватац, макромолекул, плазм, перенос, кинетическ, макрорадикал, волокн, целлюлоз, пластмасс, резинотех

Одна из важнейших технологий — энергоёмкие технологические процессы, такие как лазерная, термохимия, механохимия, сонохимия, плазмохимия. Технологические системы, в которых используются указанные способы инициирования процессов, неравновесные и нелинейные. Теоретические аспекты таких технологических систем изучены недостаточно. Таковы вакуумно-плазменные и плазменно-растворные системы, используемые для модифицирования синтетических и природных полимерных материалов. Их изучение и практическое применение требует единого подхода к комплексу проблем. Это физика, физическая химия химически реагирующей неравновесной плазмы низкого давления и природных синтетических полимерных материалов, технология переработки и модифицирования этих материалов, физика и физическая химия растворных систем. В настоящей книге сделана попытка анализа этих проблем.

Для научных работников и инженеров, работающих в области плазмохимии.


Решение многих практических задач предъявляет к материалам высокие и разнообразные требования, очень трудно совместимые, а подчас и несовместимые в одном материале. Чаще всего речь идёт о соотношении объёмных и поверхностных свойств. При этом рациональным путём решения проблемы оказывается не разработка нового материала, сочетающего в себе все требуемые свойства одновременно, а модифицирование поверхностных свойств материала при условии сохранения полезных объёмных свойств. Множество примеров этому дают интенсивно развивающиеся разработки и производство биоматериалов, предназначенных для трансплантации в организм человека. Однако сама проблема появилась много раньше в связи с широким распространением синтетических полимерных материалов. Как правило, эти материалы имеют превосходные объёмные свойства при совершенно неудовлетворительных с технологической и потребительской точки зрения поверхностных свойствах. Модифицирование свойств поверхностей синтетических полимерных материалов требуется для придания им гидрофильности, накрашиваемости, хороших печатных свойств, хорошей адгезии к металлическим покрытиям и адгезионных свойств при изготовлении и композиционных материалов. Сходные проблемы решались в технологии микроэлектроники, когда вопрос стоял о придании требуемых свойств поверхностным слоям кремниевых пластин, включая их очистку, удаление фоторезиста, травление поверхностного слоя или осаждение новых слоёв. Придание требуемых поверхностных свойств текстильным материалам является целью многих операций отделочного производства текстильной промышленности.

Модифицирование поверхностных свойств материалов достигается изменением химического состава поверхностного слоя в результате химического взаимодействия, удалением поверхностного слоя (травление) или осаждением нового слоя из газовой или жидкой фазы. Наиболее распространённым способом химического воздействия на модифицируемую поверхность являются газофазные или жидкофазные окислительные реакции. С начала 70-х годов XX в. начались интенсивные разработки плазмохимических методов модифицирования поверхностей материалов, в том числе таких нетермостойких материалов, как синтетические и природные полимеры. Используемая с этой целью газоразрядная плазма характеризуется низкой температурой газа, которая может быть близка к комнатной. Разработка источников такой «холодной» плазмы (cold plasma) шла по двум путям. Использовались слаботочные разряды атмосферного давления — коронный и поверхностно-барьерный. Такие генераторы плазмы отличает простота устройства и эксплуатации, технологическое удобство и относительная дешевизна. Бурное развитие с начала 70-х годов микроэлектроники, в технологии которой широко использовались вакуумные процессы, сопровождалось быстрым прогрессом вакуумно-плазменных методов обработки материалов (давление газа около 150 Па и ниже). Эти методы и соответствующее оборудование были применены затем и для решения задач в других отраслях промышленности, включая текстильную и лёгкую. К середине 80-х годов существовало промышленное оборудование для плазмохимического модифицирования полимерных материалов (изделий из пластмасс, полимерных плёнок, тканей) как в условиях атмосферного давления, так и в вакуумно-плазменных условиях. Однако промышленное применение этих методов далеко не соответствует их потенциальным возможностям.

Важнейшей особенностью «холодной» неравновесной плазмы, и прежде всего плазмы низкого давления является большой, достигающий двух порядков величины, отрыв средней энергии электронов от энергии тяжёлых частиц. Следствием этого является то, что эффективное образование различных активных частиц (свободных атомов и радикалов, возбуждённых частиц и т.д.) приводит к чрезвычайно высокой химической активности газа, подвергнутого действию плазмы, при сравнительно низкой его температуре. Именно этот факт обеспечивает возможность реализации очень быстрых гетерогенных процессов при незначительном нагреве обрабатываемых поверхностей. Для существенного изменения поверхностной энергии может быть достаточно времени воздействия, измеряемого секундами. Оборотной стороной такой чрезвычайно высокой химической активности является сложность получения селективных эффектов плазменного воздействия и трудности в обработке внутренних поверхностей сложных капиллярно-пористых тел. Об этих задачах, представляющих интерес для текстильной промышленности, будет сказано ниже. Сейчас же подчёркнем, что плазменное модифицирование полимерных материалов в условиях плазмы как низкого, так и атмосферного давления, уже нашло свою нишу в промышленном производстве.

Большинство реализованных в промышленности процессов плазменного модифицирования полимерных материалов являются неселективными или слабо селективными и имеют в своей основе изменение поверхностной энергии ВМС. Конструирование и изготовление плазмохимических реакторов, используемых для этих целей, базируется преимущественно на эмпирическом подходе. Следует подчеркнуть, что к настоящему времени выполнено большое число работ, посвящённых тем или иным моделям неравновесной плазмы, в том числе химически реагирующей. В основе большинства моделей лежит решение кинетического уравнения Больцмана (как правило, стационарного) для электронного газа. Развитая компьютерная техника позволяет находить численные решения для достаточно сложных систем. Однако сами по себе такие работы не могут быть прямо использованы при инженерных расчётах плазмохимических реакторов.

Разработка инженерных методов расчётов плазмохимических реакторов для модифицирования поверхностных свойств ВМС является, на наш взгляд, насущной задачей, и её решение должно позволить оптимизацию технологических процессов с учётом требований масштабных преобразований и условий устойчивости целевого процесса. Сложности, возникающие при этом, связаны с нелинейностью химически реагирующей плазмы.

Нелинейность может являться следствием разнообразных обратных связей в системе. В целом можно говорить о возникновении сильной «химической» обратной связи. Действительно, при плазменном окислительном модифицировании поверхности тканей в промышленном реакторе площадь поверхности ткани, контактирующая с плазмой, измеряется квадратными метрами и поток газообразных продуктов плазмохимического окисления полимера оказывается соизмеримым с возможностями промышленной вакуумной системы. Естественно, что стационарное состояние плазмохимической системы, устанавливающееся после зажигания разряда через промежуток времени, измеряемой секундами, уже вследствие резкого изменения состава газовой фазы будет принципиально отлично от соответствующего состояния плазмы исходного газа. При этом apriori нельзя утверждать, что это состояние будет единственно возможным в данной системе. Более того, принципиально асимптотическое поведение в такой системе может быть далёким от стационарного состояния, включая различные колебательные режимы и динамический хаос. Для таких условий возникает задача учёта сложного динамического поведения системы в кинетических расчётах.

Проблемы селективности плазменной обработки ВМС и обработки внутренних поверхностей сложных капиллярно-пористых тел оказываются в своих приложениях взаимосвязанными. Их решение необходимо при разработке стимулируемых или ускоряемых плазменным воздействием процессов типа отбеливания текстильных материалов или делигнификации древесины. Эти процессы традиционно осуществляются в жидкой фазе. Требуемая селективность достигается варьированием свойств растворов, позволяющим достичь преобладания нужного вида химически активных частиц и управлять течением гетерогенного процесса по существу на основе регулируемой локальной сольватации макромолекул. Анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований газоразрядной плазмы показывает, например, что «набор» химически активных частиц, в генерируемых условиях плазмы атмосферного давления во влажном воздухе, практически идентичен таковому в условиях растворного отбеливания текстильных материалов. Всё вышесказанное позволяет сделать вывод о возможности плазменного стимулирования или ускорения процессов в водных растворах электролитов. При различных возможных вариантах организации плазменно-растворных систем общим у них является то, что раствор служит своего рода промежуточной средой между генератором активных частиц — плазмой и модифицируемым материалом. Роль этой среды — управление, в значительной мере на основе сольватационных эффектов, спектром химически активных частиц и локальностью элементарных гетерогенных взаимодействий. При этом появляется возможность более эффективной обработки внутренних поверхностей сложных капиллярно-пористых тел ввиду действия эффекта набухания ВМС, принципиально отсутствующего в условиях газовой фазы и тем более, вакуумной плазмы.

Система плазма-раствор изучена в гораздо меньшей степени, чем, например, система «холодная» плазма-полимер. При наличии многих общих свойств первая характеризуется рядом особенностей, связанных с появлением пока ещё мало изученной границы раздела фаз раствор электролита (служащий электродом в газоразрядной цепи) — плазма. Особо следует подчеркнуть влияние газового разряда на свойства раствора и прежде всего на его структуру. Последняя означает, что в ходе совокупного процесса будут меняться свойства среды, где разворачиваются его основные стадии, ввиду возможного изменения констант скоростей, констант равновесия и коэффициента переноса в жидкой фазе.

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение3
 
Часть I
ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ПЛАЗМА

 
Глава 1. Элементарные процессы и промежуточные частицы в плазменных
системах7
 
1.1. Столкновения частиц. Сечения столкновений9
1.2. Упругие соударения электронов10
1.3. Неупругие соударения электронов11
1.4. Объёмные реакции с участием ионов26
1.5. Комплексные ионы (ионная сольватация в газовой фазе)29
1.6. Некоторые объёмные реакции нейтральных активных частиц42
1.7. Гетерогенная рекомбинация атомов и радикалов и дезактивация
возбуждённых молекул44
1.8. Гетерогенные взаимодействия заряженных частиц48
 
Глава 2. Сечения, функции распределения и кинетические коэффициенты50
 
2.1. Функции распределения электронов по скоростям и энергиям50
2.2. Кинетическое уравнение50
2.3. Равновесная и неравновесная функции распределения51
2.4. Кинетические коэффициенты и процессы переноса52
2.5. Константа и коэффициент скорости химической реакции59
 
Глава 3. Неравновесная плазма61
 
3.1. Элементы физики плазмы61
3.2. Неравновесная газоразрядная плазма. Элементарная теория плазмы
низкого давления66
3.3. Свойства плазмы разряда постоянного тока некоторых молекулярных
газов75
 
Глава 4. Модели газоразрядной плазмы низкого давления, основанные на
решении кинетических уравнений82
 
Глава 5. Нелинейные свойства химически реагирующей плазмы90
 
5.1. Вопросы устойчивости плазмохимических процессов90
5.2. Нелинейность плазмы низкого давления, вызванная «химической»
обратной связью107
5.3. Особенности динамического поведения нелинейной химически
реагирующей плазмы116
 
Глава 6. Нелинейные модели газоразрядной плазмы128
 
6.1. Физико-химические процессы в плазме и анализ её нелинейных
свойств128
6.2. Механизмы обратной связи в химически реагирующей плазме133
6.3. Иерархия динамических моделей химически реагирующей плазмы135
6.4. Некоторые формальные модели137
 
Глава 7. Теория подобия неравновесной плазмы151
 
7.1. Что значит «описать» неравновесную плазму?151
7.2. Преобразования подобия151
7.3. Коэффициенты подобных преобразований152
7.4. Баланс тяжёлых частиц. Процессы, удовлетворяющие условиям
подобия и нарушающие их153
7.5. Баланс энергии тяжёлых частиц. Температура газа154
7.6. Уравнения Максвелла и преобразования подобия155
7.7. Условия подобных преобразований155
7.8. Подобные преобразования в химически реагирующих плазменных
системах156
7.9. Экспериментальная проверка выводов B-инвариантной теории
подобия158
7.10. Основные соотношения P-инвариантной теории подобия газового
разряда164
 
Глава 8. Способы возбуждения газоразрядной плазмы169
 
8.1. Разряды низкого давления (< 104 Па)169
8.2. Разряды атмосферного давления176
 
Глава 9. Плазма атмосферного давления для обработки полимерных
материалов179
 
Часть II
ПЛАЗМА И ПОЛИМЕРЫ

 
Глава 1. Элементы физической химии системы неравновесная
плазма-полимер185
 
1.1. Особенности химизма неравновесной плазмы185
1.2. Что такое плазмолиз полимеров?186
1.3. Соотношение между плазмолизом полимеров и другими процессами
с их участием189
1.4. Исследованные объекты. Характер полученных результатов213
1.5. Основные закономерности плазменного травления полимеров219
 
Глава 2. Изменения физико-химических свойств поверхности полимеров
под действием неравновесной плазмы224
 
2.1. Изменения молекулярной массы ВМС, разрывы цепей и сшивки224
2.2. Образование свободных радикалов (макрорадикалы)226
2.3. Изменение химических свойств поверхности228
2.4. Химический состав поверхности229
2.5. Химические изменения в полимерах, образующих при плазмолизе
нелетучие продукты232
2.6. Газообразные продукты плазмолиза полимеров233
2.7. Изменения физических свойств поверхности234
2.8. Устойчивость инициируемых плазмой изменений свойств
поверхности ВМС240
 
Глава 3. Кинетика взаимодействия плазмы с полимерами247
 
3.1. Устойчивость полимеров в плазме и их химическая структура247
3.2. Кинетические гравиметрические кривые249
3.3. Кинетика накопления газообразных продуктов253
3.4. Накопление функциональных групп и макрорадикалов254
3.5. Зависимость скорости плазмолиза от параметров разряда255
3.6. Температурная зависимость скорости плазмолиза259
 
Глава 4. Тепловые эффекты плазмолиза полимеров. Влияние
инициируемых нагревом фазовых переходов на кинетику
плазмоокислительной деструкции. Инициируемые действием плазмы
фазовые переходы268
 
4.1. Мощность тепловых источников. Роль химического взаимодействия268
4.2. Инициируемые плазмой фазовые переходы в ВМС271
4.3. Определение глубины проникновения атомарного кислорода в
полимерные материалы в процессе плазмоокислительной деструкции275
4.4. Исследование синергетических эффектов одновременного действия
на полимер атомарного кислорода и УФ-излучения276
4.5. Вероятность гетерогенной гибели атомов кислорода на полимерах278
 
Глава 5. Механизмы и модели плазмолиза ВМС281
 
5.1. Вероятности взаимодействия активных частиц с полимерами281
5.2. Оценка вкладов активных частиц, инициирующих плазмолиз
полимеров284
5.3. Простейшая схема одноканального плазмохимического процесса287
5.4. Травление в плазме полимеров, не образующих нелетучих
соединений289
 
Часть III
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ПРОЦЕССЫ
МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ
МАТЕРИАЛОВ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМОЙ

 
Глава 1. Структура поверхности материала и эффекты плазменного
модифицирования299
 
1.1. Плазменное модифицирование поверхности графита300
1.2. Влияние структуры капиллярно-пористого материала на процесс
плазменного модифицирования302
1.3. Сопоставление макромолекулярной структуры синтетических и
природных волокнистых материалов304
1.4. Химический состав и структурные характеристики природных
целлюлозосодержащих материалов308
1.5. Макромолекулярная структура волокнистых материалов310
1.6. Структура и химический состав древесины312
1.7. Шерсть316
 
Глава 2. Плазменное модифицирование капиллярно-пористых природных
материалов320
 
2.1. Обработка древесины газоразрядной плазмой320
2.2. Некоторые эффекты плазменной обработки текстильных материалов330
 
Глава 3. Технологические применения плазменного модифицирования
полимеров337
 
3.1. Связь технологических результатов плазменной обработки
полимерных материалов и физико-химических эффектов
взаимодействия плазмы с полимерами338
3.2. Влияние свойств плазмообразующего газа339
3.3. Условия плазмохимической обработки341
3.4. Устойчивость технологических эффектов плазмохимической
обработки полимерных плёнок и тканей343
3.5. Плазмохимические процессы в текстильной промышленности.
Комбинация плазмохимических и традиционных процессов346
3.6. Плазмохимическая обработка полимерных плёнок, изделий из
пластмасс и резинотехнических изделий356
3.7. Плазменное модифицирование полимерных биоматериалов360
 
Глава 4. Плазмохимические реакторы376
 
4.1. Типы плазмохимических реакторов низкого давления для обработки
изделий и рулонных материалов376
4.2. Установка для плазменной обработки полимерных плёнок и тканей
при атмосферном давлении383
4.3. Специализированные реакторы низкого давления для
модифицирования полимерных плёнок385
 
Глава 5. Задачи разработки инженерных методов расчётов
технологических процессов плазмохимического модифицирования
материалов389
 
5.1. Линейная модель390
5.2. Задачи учёта нелинейности химически реагирующей плазмы
промышленных реакторов399
 
Часть IV
ПЛАЗМЕННО-РАСТВОРНЫЕ СИСТЕМЫ

 
Глава 1. Физика и физическая химия газовых разрядов с
электролитными электродами401
 
1.1. Стационарный разряд с электролитным катодом403
1.2. Низковольтный диафрагменный разряд418
 
Глава 2. Химические реакции, инициируемые газовыми разрядами в
растворах электролитов423
 
2.1. Природа активационных процессов в плазменно-растворных
системах423
2.2. Влияние плазменной обработки на физико-химические свойства
раствора435
2.3. Химические процессы, инициируемые плазмой в растворах437
 
Глава 3. Возможности и перспективы плазменного инициирования
гетерогенных технологических процессов в водных растворах479
 
3.1. Плазменное модифицирование крахмального клейстера. Обработка
микрокристаллической целлюлозы479
3.2. Плазменная обработка целлюлозосодержащих материалов в водных
растворах. Облагораживание текстильных материалов483
3.3. Использование плазменно-pacтворных систем для очистки и
стерилизации воды, водных растворов и изделий486

Книги на ту же тему

  1. Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме, Полак Л. С., ред., 1965
  2. Плазменная технология в производстве СБИС, Айнспрук Н., Браун Д., ред., 1987
  3. Макромолекулярные реакции в расплавах и смесях полимеров: теория и эксперимент, Платэ Н. А., Литманович А. Д., Кудрявцев Я. В., 2008
  4. Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы, Платэ Н. А., Шибаев В. П., 1980
  5. Полиоксиметилены, Берлин А. А., Дебердеев Р. Я., Перухин Ю. В., Гарипов Р. М., 2008
  6. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения, Малкин А. Я., Чалых А. Е., 1979
  7. Структура и механические свойства полимеров: Учебное пособие для вузов. — 2-е изд., переработ. и доп., Гуль В. Е., Кулезнев В. Н., 1972
  8. Структура макромолекул в растворах, Цветков В. Н., Эскин В. Е., Френкель С. Я., 1964
  9. Механические свойства твёрдых полимеров, Уорд И., 1975
  10. Разрушение полимеров, Кауш Г., 1981
  11. Прочность полимерных материалов, Нарисава И., 1987
  12. Высокомолекулярные соединения: Учебное пособие для университетов. — 2-е изд., переработ, и доп., Шур А. М., 1971
  13. Жидкокристаллический порядок в полимерах, Вендорф Д., Цветков В. Н., Рюмцев Е. И., Штенникова И. Н., Блюмштейн А., Хсу Э., Престон Д., Самульски Э., Галло Б., Бэрд Д., Булиган И., Шнейдер Н., Деспер К., Бирс Д., 1981
  14. Высокодисперсное ориентированное состояние полимеров, Волынский А. Л., Бакеев Н. Ф., 1984
  15. Введение в физику полимеров, Перепечко И. И., 1978
  16. Роль поверхностных явлений в структурно-механическом поведении твёрдых полимеров, Волынский А. Л., Бакеев Н. Ф., 2014
  17. Действие лазерного излучения на полимерные материалы: Научные основы и прикладные задачи. в 2-х книгах (комплект из 2 книг), Виноградов Б. А., Перепёлкин К. Е., Мещерякова Г. П., 2006
  18. Физикохимия полимеров. — 3-е изд., перераб., Тагер А. А., 1978
  19. Химическая физика старения и стабилизации полимеров, Эмануэль Н. М., Бучаченко А. Л., 1982
  20. Теплофизические методы исследования полимеров, Годовский Ю. К., 1976
  21. Термодинамика полимеризации, Савада X., 1979
  22. Физико-химические основы производства полимерных плёнок: Учебное пособие для вузов, Гуль В. Е., Дьяконова В. П., 1978
  23. Электроизоляция и разряд в вакууме, Сливков И. Н., 1972
  24. Физика плазмы (стационарные процессы в частично ионизованном газе): Учебное пособие для вузов, Синкевич О. А., Стаханов И. П., 1991
  25. Физика СВЧ вакуумно-плазменных нанотехнологий, Яфаров Р. К., 2009
  26. Плазменные ускорители и ионные инжекторы, Козлов Н. П., Морозов А. И., ред., 1984
  27. Физика химически активной плазмы, Русанов В. Д., Фридман А. А., 1984
  28. Вопросы теории плазмы. Выпуск 18, Кадомцев Б. Б., ред., 1990

Напишите нам!© 1913—2013
КнигоПровод.Ru
Рейтинг@Mail.ru btd.kinetix.ru работаем на движке KINETIX :)
elapsed time 0.032 secработаем на движке KINETIX :)