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等離子體作用原理及在羊毛染整加工應(yīng)用分析
生意社6月24日訊 羊毛是一種天然蛋白質(zhì)纖維,它具有諸多優(yōu)良的特性,如光澤柔和、良好的彈性、耐磨性、吸濕性以及保暖性等,但也有許多不足,如羊毛織物易氈縮變形。傳統(tǒng)方法處理羊毛鱗片層往往需要用含氯氧化劑,處理過程會產(chǎn)生AOX(可吸的有機鹵素),對環(huán)境造成的污染比較嚴重。等離子體技術(shù)是干式反應(yīng)體系,節(jié)水節(jié)能、環(huán)境污染少,處理僅涉及纖維的表面[1,2],不破壞纖維自身的性質(zhì),理論上可應(yīng)用于各種紡織品基質(zhì)物。本文重點討論了等離子體技術(shù)在羊毛織物染整加工中的應(yīng)用。 1 傳統(tǒng)處理鱗片層的方法 普遍認為羊毛鱗片層結(jié)構(gòu)是影響羊毛表面性質(zhì)的主要因素,目前國內(nèi)外的毛織物整理方法大都是對鱗片進行適當?shù)钠茐摹Ｖ饕?個途徑:一是采用釋氯劑如二氯異三聚氰酸或其鈉鹽等破壞鱗片層。釋氯劑價格較低,在酸性和室溫條件下的反應(yīng)速度相當快,使用較方便。二是采用氧化劑如過硫酸及其鹽類、高錳酸鉀等處理,它們的價格相對較高,反應(yīng)速度也慢,因此應(yīng)用得不多。但這2種方法都會引起羊毛的強力損失,還帶來污水的公害。 2 等離子體及其作用原理 2.1 等離子體概述 廣義等離子體指包含正負電荷相等的大量帶電粒子的物質(zhì)聚集狀態(tài)。狹義等離子體是指一種全部或部分被電離的氣體。氣態(tài)物質(zhì)在熱、電等能量的作用下產(chǎn)生不同程度的分子及電子的分離,形成帶負電荷的電子和帶正電荷的離子等。這種包含原子、分子、電子、離子、光子、各種亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài)粒子的混合氣體即為等離子體。 2.2 等離子體處理織物的作用原理 等離子體改性高分子材料的方法主要有3種:一是主要對材料表面或極薄表層進行活化、刻蝕處理;二是首先使處理表面活化并引入活性基團,然后在此基礎(chǔ)上運用接枝方法在原表面上形成許多支鏈,構(gòu)成新表層;三是運用氣相聚合物沉積到處理表面上形成薄膜。 在等離子體發(fā)生器中,除了等電量的正、負粒子外,還存在許多化學(xué)活性物質(zhì)及其因輻射消散而發(fā)出的不同波長的光子。等離子體的能量可通過光輻射、中性分子流和離子流作用于聚合物表面。等離子體中的分子、原子和離子滲入到材料表面,同時材料表面的原子逸入等離子體中。 這個過程可以使纖維表層的大分子鏈斷裂,呈微觀不平的粗糙狀態(tài),為進一步改性創(chuàng)造條件;或在表面生成離子、自由基團而改變纖維表面的親水性、滲透性、導(dǎo)電性以及分子量等。另外,聚合物表面的結(jié)晶相和無定形相的比例也可能發(fā)生變化。可應(yīng)用于等離子體技術(shù)的氣體有多種,應(yīng)用不同的氣體可獲得不同的效果。 人工獲得等離子體的方法主要有熱電離、光電離、氣體放電、輻射放電、沖擊波等。工業(yè)制取等離子體以氣體放電為主。等離子體分類有各種方法,大多數(shù)將其分為高溫等離子體和低溫等離子體。紡織染整加工主要應(yīng)用低溫等離子體(LowTemperaturePlasma),它又稱非平衡等離子體。 3 等離子體技術(shù)在羊毛染整加工中的作用 3.1 羊毛防氈縮性 經(jīng)過等離子體處理的羊毛纖維，用掃描電子顯微鏡觀察(放大3000倍)發(fā)現(xiàn),鱗片主體基本完整，而多處鱗片尖角芒刺被打鈍,鱗片“起翹角”變小。進一步放大(10000倍)觀察,可見羊毛纖維鱗片表面在等離子體處理時被刻蝕的大量痕跡。這種表面微觀粗糙度的增加和纖維抱合時接觸面積的增加,導(dǎo)致了纖維表面摩擦系數(shù)的提高。表1為經(jīng)氧等離子體處理3min后羊毛表面摩擦系數(shù)的變化。 
表1表明,羊毛經(jīng)等離子體處理后,雖然正逆鱗片方向的濕摩擦系數(shù)(μ1,μ2)均有所提高,然而定向摩擦效應(yīng)卻減小了,因而所得的產(chǎn)物具有很好的防縮性。 3.2 改善織物吸濕性 在低溫等離子體(LTP)作用下,織物的中性表面變成極性表面,這是因為表面的刻蝕增加了羊毛纖維表面親水性基團的含量。羊毛表層的胱氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榛腔彼?是增加對水的吸附作用的主要原因。另外,除了降低羊毛表層交聯(lián)密度,增加磺基丙氨酸以外,內(nèi)表皮和鱗片層細胞膜的復(fù)合物也被改性,因而加快了水分子的擴散。通過LTP處理,羊毛表面的吸附作用也可以通過提高纖維和水之間的氫鍵作用來改善。 3.3 改變表面靜電性質(zhì) 表面靜電性質(zhì)可以用放電時間ts來表示,放電時間越短則樣品表面放電能力越好。經(jīng)等離子體處理后樣品的ts值比末處理的小。這是因為經(jīng)等離子體處理后,吸濕性的改善有利于纖維的導(dǎo)電。1995年,Hesse等人指出纖維表面的水分子可以產(chǎn)生一層連續(xù)的薄膜,它可以使纖維表面粒子自由地移動,進而提高纖維的表面電導(dǎo)率。 3.4 提高織物的可染性 MuncheulLee等人曾報道經(jīng)等離子體處理后樣品的初染速率比未處理樣品的大。未處理樣品和處理后樣品的SEM照片表明處理后樣品纖維表面有一些凹槽。纖維表面的這種改變使得染料容易在纖維中擴散,因此,纖維的上染速率和勻染性提高了。但平衡上染率沒有顯著的變化,因為羊毛纖維上存在的染座對平衡上染率起決定性作用。由于染座和羊毛纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān),纖維任何內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變都將影響染座的數(shù)量。而等離子體僅僅能在纖維表面噴濺1000的深度。這還不足以改變纖維的整個內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此,LTP處理后纖維上大多數(shù)染座是保持不變的。纖維表面發(fā)生刻蝕后,形成大量的微小凹坑或裂紋,入射光在表面發(fā)生多次反射和吸收,大大提高吸收效率,對色光起到增深作用。 4 等離子體的局限性及克服方法 研究表明,僅用等離子體處理的織物具有比較明顯的時效性,例如經(jīng)等離子體處理后,隨著放置時間的延長,由于表面親水性基團向內(nèi)翻轉(zhuǎn),使紡織材料表面的親水性會隨之下降,以至一段時間后和未處理過的織物差不多;有的材料經(jīng)等離子體處理后,會在空氣中發(fā)生自氧化作用,生成其它的官能團。僅用等離子體處理的織物遠遠達不到“機可洗”的要求,因此后續(xù)加工是必不可少的。目前,生物技術(shù)、樹脂、等進行后續(xù)加工是研究的重點,利用它們的優(yōu)點與等離子體技術(shù)互補,可達到更好更長久的效果。 5 結(jié)論 傳統(tǒng)的羊毛處理方法以濕加工為主,不但需要消耗大量的水,而且會帶來污水公害的問題。等離子體這一新的環(huán)保型處理工藝為此開辟了廣闊的前景,但以前的研究絕大多數(shù)是真空(低壓)等離子體,設(shè)備的局限性很難使其實現(xiàn)工業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)。隨著常壓等離子體設(shè)備和技術(shù)的深入研究,不久的將來等離子體技術(shù)將會用于羊毛織物的染整加工。 |
