Plasma Modified Polycarbonate Nonwovens as Filtering Material for Liquid Aerosols

• Autorzy: Brochocka A. , Mian I , Majchrzycka K. , Sielski J. , Tyczkowski J.

Warianty tytułu

PL

Włókniny poliwęglanowe modyfikowane plazmą jako materiał filtracyjny dla ciekłych aerozoli

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The filter materials commonly used in filtration processes consist of nonwoven fabrics made by melt blowing. In order to improve filtration properties they are subjected to various modifications. This paper presents the treatment of polycarbonate nonwovens with lowpressure cold plasma generated by a 13.56 MHz RF discharge using process gases such as Ar and O2. The effectiveness of such treatment was assessed on the basis of results of the penetration of nonwovens by paraffin oil mist as well as the air flow resistance. The effects of plasma on polycarbonate nonwovens, especially on their surface morphology and chemical structure, were evaluated by electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results indicate that Ar plasma is a good tool for improving the filtration properties of polycarbonate filtering materials. According to these results, the surface roughness plays an important role in the high-efficiency filtration of liquid aerosols with a small increase in air flow resistance.

PL

Materiały filtrujące powszechnie stosowane w procesach filtracji to przede wszystkim włókniny wykonane techniką melt-blown. W celu poprawy ich właściwości filtracyjnych są poddawane różnym modyfikacjom. W artykule przedstawiono obróbkę włókniny poliwęglanowej za pomocą zimnej plazmy niskociśnieniowej RF 13,56 MHz przy użyciu gazów procesowych, takich jak argon (Ar) i tlen (O2). Skuteczność takiej obróbki oceniano na podstawie wyników penetracji aerozolu mgły oleju parafinowego przez włókniny oraz oporów przepływu powietrza. Efekt obróbki plazmowej włóknin otrzymywanych z poliwęglanu, zwłaszcza w ich morfologii powierzchni i struktury chemicznej, badano za pomocą mikroskopii skaningowej (SEM), energetycznie-dyspersyjnej spektroskopii rentgenowskiej (EDX) oraz rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS). Wyniki wskazują, że plazma w argonie jest dobrym narzędziem do poprawy właściwości filtracyjnych włóknin otrzymywanych z poliwęglanu. Na podstawie tych wyników wykazano, że chropowatość powierzchni odgrywa ważną rolę w wysokiej skuteczności filtracji ciekłych aerozoli z małym wzrostem oporu przepływu powietrza.

Słowa kluczowe

EN

polycarbonate nonwovens; plasma treatment; liquid aerosols; filtration

PL

włókniny z poliwęglanu; obróbka plazmowa; aerozol ciekły; filtrowanie

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 22, no. 1 (103)
• Strony: 76--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Brochocka A.

• Poland, Łódź, Central Institute for Labour Protectionp - National Research Institute, Department of Personal Protective Equipment

autor

Mian I

• Poland, Łódź, Lodz University of Technology, Faculty of Process Engineering and Environmental Protection, Division of Molecular Engineering

autor

Majchrzycka K.

• Poland, Łódź, Central Institute for Labour Protectionp - National Research Institute, Department of Personal Protective Equipment

autor

Sielski J.

• Poland, Łódź, Lodz University of Technology, Faculty of Process Engineering and Environmental Protection, Division of Molecular Engineering

autor

Tyczkowski J.

• Poland, Łódź, Lodz University of Technology, Faculty of Process Engineering and Environmental Protection, Division of Molecular Engineering

Bibliografia

• 1. Majchrzycka K, Bartkowiak G, Stefko A, Kamińska W, Owczarek G, Pietrowski P, Baszczyński K. Personal protective equipment.In: Koradecka D (Ed): Handbook of Occupational Safety and Health. CRC Press, Boca Raton, 2010, p. 515- 549.
• 2. Jelil RA, Zeng X, Koehl L, Perwuelz A. Most relevant parameters of woven fabric structure controlling atmospheric air-plasma treatment. Textile Research Journal 2012; 82, 18: 1859-1869.
• 3. Buyle G. Nanoscale finishing of textiles via plasma treatment. Materials Technology 2009; 24, 1: 46-51.
• 4. Morent R, de Geyter N, Verschuren J, de Clerck K, Kiekens P, Leys C. Non-thermal plasma treatment of textiles. Surf. Coat. Technol. 2008; 202: 3427-3449.
• 5. Sharnina LV. Low-temperature plasma as the basis for creation of modern textile chemical technologies. Fibre Chemistry 2004; 36, 6: 431-436.
• 6. Huang F, Wei Q, Wang X, Xu W. Dynamic contact angles and morphology of PP fibres treated with plasma. Polymer Testing 2006; 25: 22-27.
• 7. Sun D, Chen X. Plasma modification of Kevlar fabrics for ballistic applications. Textile Research Journal 2012; 82, 18: 1928-1934.
• 8. Grill A. Cold Plasma in Materials Fabrication from Fundamentals to Applications. Wiley-IEEE Press, New York, 1994.
• 9. Urbaniak–Domagała W, Wrzosek H, Szymanowski H, Majchrzycka K, Brochocka A. Plasma modification of filter nonwovens used for the protection of respiratory tracts. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2010; 18, 6: 94-99.
• 10. Walsh DC, Stenhouse JIT, Scurrah KL, Graef A. The effect of solid and liquid aerosol particle loading on fibrous filter material performance. J. Aerosol Sci. 1996; 27 (Suppl. 1): S617-S618.
• 11. Reynor PC, Leith D. The influence of accumulated liquid on fibrous filter performance. J. Aerosol Sci. 2000; 31, 1: 19-34.
• 12. Brochocka A, Majchrzycka K, Urbaniak- Domagała W, Szymanowski H, Wrzosek H. Method of modification of filtrating unwoven fabrics. Patent PL 208598, 2011.
• 13. Yun YI, Kim KS, Uhm SJ, Khatua BB, Cho K, Kim JK, Park CE. Aging behavior of oxygen-treated polypropylene with different crystallinities. J. Adhesion Sci. Technol. 2004; 18, 11: 1279-1291.
• 14. Vargo TG, Gardella JA, Meyer AE, Baier RE. Hydrogen/liquid vapor radio frequency glow discharge plasma oxidation/hydrolysis of expanded poly(tetrafluoroethylene) (ePTFE) and poly(vinylidene fluoride) (PVDF) surfaces. J. Polymer Sci. Part A: Polymer Chem. 1991; 29: 555-570.
• 15. Brochocka A, Majchrzycka K. Technology for the production of bioactive melt-blown filtration materials applied to respiratory protective devices. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2009; 17, 5: 92-98.
• 16. Orlikowski W, Brochocka A, Majchrzycka K. Method of manufacturing pneumothermal electret non-woven fabrics and apparatus therefore. Patent PL 193362,2007.
• 17. Majchrzycka K, Brochocka A, Orlikowski W, Krucińska I, Gliścińska E, Krzyżanowski J, Lysiak I, Brycki B, Gutarowska B. Electret pneumothermic nonwoven fabric. Patent appl. PL388072, 2010.
• 18. European standard EN 143:2000, EN 143:2000/A1:2006: Respiratory protective devices – particle filters – requirements, testing, marking.
• 19. European standard EN 149:2001+ A1:2009: Respiratory protective devices – filtering half masks to protect against particles – requirements, testing, marking.
• 20. Council Directive 89/686/EEC of 21 December 1989 on the approximation of the laws of the Member States relating to personal protective equipment, OJ No C 304, 4.12.1989, p. 29.
• 21. EN 13274-7: 2008: Respiratory protective devices. Methods of test. Determination of particle filter penetration.
• 22. EN 13274-3:2001: Respiratory protective devices. Methods of test. Determination of breathing resistance.