（紡織化學與染整工程專業(yè)論文）常壓等離子體處理滌綸.pdf

奠 一 o 常且 東華大學學位論文原創(chuàng)性聲明 m i i l l l 1 l i l i i 1 1 1 1 1 1 l l l i l l l l l l i l l l l l l l i l l y 18 14 5 4 8 本人鄭重聲明 我恪守學術(shù)道德 崇尚嚴謹學風 所呈交的學位 論文 是本人在導師的指導下 獨立進行研究工作所取得的成果 除 文中已明確注明和引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其他個人或集體 已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品及成果的內(nèi)容 論文為本人親自撰寫 我對 所寫的內(nèi)容負責 并完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔 學位論文作者簽名 孛 l 丹 日期 pp 年1 月j 日 常壓等離子體處理滌綸 東華大學學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留 使用學位論文的規(guī)定 同 意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版 允 許論文被查閱或借閱 本人授權(quán)東華大學可以將本學位論文的全部或 部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復 制手段保存和匯編本學位論文 保密d 在j 一年解密后適用本版權(quán)書 本學位論文屬于 不保密1 3 學位論文作者簽名 孛 f 丹 日期 嗣年 月 7 日 指導教師簽名 影魏七 日期 一產(chǎn)毛月夕日 常壓等離子體處理滌綸 常壓等離子體處理滌綸 摘要 滌綸纖維具有斷裂強度和彈性模量高 耐熱耐光性好 回彈 性適中 價格低廉等許多優(yōu)異特點 深得消費者的喜愛 但卻存 在著吸濕性差 染色困難 易產(chǎn)生靜電等缺點 一般情況 滌綸 需要采用下列三種方式染色 高溫高壓染色 熱熔染色 載體染 色 這些方法耗能 耗水大 排污嚴重 等離子體處理技術(shù)僅對材料表面改性而不對材料本體產(chǎn)生 破壞 能最大程度保留材料原有的物理機械性能 特別是干法加 工 不用化學品試劑和水 對環(huán)境污染較少 本論文中采用的等 離子體在大氣壓下工作 不需要抽真空的設備 分別使用射流常 壓等離子體處理儀和脈沖式常壓等離子體設備處理滌綸纖維和 織物 研究等離子體作用對滌綸性能特別是染色性能的影響 用a t o m f l o t m 2 5 0 射流常壓等離子體處理儀處理滌綸纖維是 本論文的一個重點 測試了等離子體處理前后 滌綸纖維的接觸 角 相對拉伸強度 動摩擦系數(shù)等指標 討論了不同處理條件對 滌綸性能的影響 實驗發(fā)現(xiàn)纖維前進角 相對拉伸強度隨著處理 時間的延長和功率的增大而減小 動摩擦系數(shù)則增大 在間距為 2 m m 時滌綸纖維前進角和相對拉伸強度最小 動摩擦系數(shù)最大 常壓等離子體處理滌綸 探討了等離子體處理滌綸陽離子染色的可能性 選擇不同的陽離 子染料 不同的染色溫度 不同p h 考察k s 變化情況 并結(jié)合 z e t a 電位 親水性進行分析 另外 還討論了等離子體引發(fā)丙烯 酸接枝的滌綸的陽離子染色性 有機溶劑能夠使滌綸溶脹 溶脹 的滌綸經(jīng)丙烯酸浸漬和等離子體引發(fā)接枝后 其染色深度明顯增 大 論文的另一重點是使用脈沖式常壓等離子體對滌綸織物進 行處理 測試了等離子體處理滌綸織物毛細效應 白度 透濕性 分析了其對陽離子染料 分散染料的染色性 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn) 隨 著處理時間的延長 其織物的親水性越好 并能保持很好的時效 性 等離子體處理對織物白度等沒有太大的影響 在間距2 m m 處 等離子體處理織物的毛細效應最好 陽離子染料染色最深 另外 選用苯甲醇 氯苯 苯甲醇和氯苯的混合液結(jié)合等離子體 處理滌綸織物 用分散染料染色時 染色深度要明顯大于單獨用 等離子體處理的滌綸織物 經(jīng)等離子體處理的滌綸的分散染料染 色的色牢度并沒有明顯變化 關(guān)鍵詞 滌綸 常壓等離子體 前進角 分散染料 陽離子染料 麟 常壓等離子體處理滌綸 m o d i f i c a t i o no fp e tb ya t m o s p h e r i cp l a s m a p o l y e t h y l e n et e r e p h t h a l a t e p e t a r eb e i n ge x t e n s i v e l y u s e d b e c a u s eo fi t sh i g ht e n s i l es t r e n g t h h i g hm o d u l u so fe l a s t i c i t y h i g hl i g h t r e s i s t a n t h e a tr e s i s t a n t g o o dr e s i l i e n c ep r o p e r t ya n dl o wc o s t b u ti t s p r o p e r t i e s o f p o o r m o i s t u r e r e g a i n p o o rd y e a b i l i t y a n ds t a t i c e l e c t r i f i c a t i o nl i m i t si t sa p p l i c a t i o n s u s u a l l y h i g ht e m p e r a t u r ep r e s s u r e d y e i n gp r o c e s s t h e r m o s o ld y e i n gp r o c e s sa n dc a r d e rd y e i n gp r o c e s s w i t h d i s p e r s ed y ea r et h ew a y so fd y e i n gp e t w h i c h a r ew a s t ee n e r g y w a t e r a n dn o tf r i e n d l yt ot h ee n t i r o n m e n t i th a sb e e np r o v e dt h a tl o wt e m p e r a t u r ep l a s m at r e a t m e n tc a n m o d i f yt h es u r f a c e sp r o p e r t i e so fp o l y m e r sw i t h o u tc h a n g i n gt h eb u l k p r o p e r t i e so ft h ep o l y m e r s a n dt h em e c h a n i c a ls t r e n g t ho ft h ep o l y m e r s c o u l db em a i n t a i n e db yt h e g r e a t e s te x t e n t p a r t i c u l a r l y t h ep l a s m a t r e a t e m e n tc o u l db ec a r d e do u tw i t h o u tu s i n gs u r f a c t a n ta n dl a r g ea m o u n t w a t e rb e c a u s eo fd r ys y s t e m i nt h i sp a p e r s o m ep r o p e r t i e se s p e c i a l l yt h e d y e a b i l i t yo fp e t m o d i f i e db yp l a s m aw e r ei n v e s t i g a t e db yu s i n gj e tt y p e a t m o s p h e r ep l a s m am a c h i n ea n dp u l s et y p ea t m o s p h e r i ca i rp l a s m a m a c h i n e o 霧n i t l i n 孰tg l l e 學i l t 常壓等離子體處理滌綸 t h ea d v a n c i n ga n g l e t e n s i l es t r e n g t h a c t i v ec o e f f i c i e n to ff r i c t i o no f p e tf i b e rw e r et e s t e da n dc o n t r a s t e db e f o r ea n da f t e rm o d i f i e db y a t o m f l o t m 2 5 0 j e ta t m o s p h e r i cp l a s m a w i t ht h el o n g e rt r e a t i n gt i m ea n d h i g h e rp o w e r t h ea d v a n c i n ga n g l e a n dt e n s i l e s t r e n g t hd e c r e a s e d w h e r e a sa c t i v ec o e f f i c i e n to ff r i c t i o ni n c r e a s e d a td i s t a n c eo f2 r a m t h ea d v a n c i n ga n g l e t e n s i l es t r e n g t hw a sm i n i m u ma n dt h ea c t i v e c o e f f i c i e n to ff r i c t i o nh a v eb e e nm a x i m u m t h ep o s s i b i l i t yo f c a t i o n i cd y e s t u f f sd y e i n gp e ta f t e rp l a s m at r e a t m e n tw a sd i s c u s s e d t h ec h a n g e so fk sv a l u ew e r et e s t e db yc h a n g i n gt h ek i n do f d y e s t u f f s t e m p e r a t u r e p h z e t ap o t e n t i a l a n dw e t t a b i l i t y i n a d d i t i o n t h eb e h a v i o r so fc a t i o n i cd y e s t u f f sd y e i n gp e t t r e a t e db y p l a s m ai nc o m b i n a t i o nw i t hg r a f t i n g o fa c r y l i ca c i dw e r ea l s o d i s c u s s e d a n o t h e rp o i n ti nt h i sa r t i c l ei st r e a t i n gt h ep e tf a b r i cb yp u l s e t y p ea t m o s p h e r i ca i rp l a s m a t h ec a p i l l a r ye f f e c t w h i t e n e s s p e r m e a b i l i t y w e r et e s t e d a n dt h ed y e i n gb e h a v i o r so fc a t i o n i ca n dd i s p e r s ed y e s t u f f s w e r ea n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw e t t a b i l i t yw a sb e t t e ra n d a g i n ge f f e c tw a sl e s sw i t ht h el o n g e rt r e a t i n gt i m e w h i l el i t t l e o f m o i s t u r ep e r m e a b i l i t yc h a n g e d a td i s t a n c eo f2 m m t h ec a p i l l a r y e f f e c ta n dt h ed e p t ho fd y e i n gw e r et h eb e s t b e s i d e s t h ed e p t ho f d i s p e r s ed y e s t u f f sd y e i n gp e t w a so b v i o u s l yi m p r o v e da f t e rt h e t r e a t m e n to fo r g a n i cs o l v e n ta n dt h ec o l o rf a s t n e s sw e r e n o t 7 常壓等離子體處理滌綸 c h a n g e do b v i o u s l y l i u d a n t e x t i l ec h e m i s t r ya n dd y e i n g 翻粵穹垂l 罨 f i l l i s h i i l 曲 s u p e r v i s e db yc a iz a i s h e n g k e yw o r d s p e t a t m o s p h e r i cp l a s m a a d v a n c i n ga n g l e d i s p e r s e d y e s t u f f c a t i o n i cd y e s t u f f 目錄 第一章前言 1 1 等離子體含義 分類及產(chǎn)生方法 1 1 1 等離子體的定義 1 1 2 等離子體生成的途徑 1 1 3 等離子體的分類 1 2 低溫等離子體對紡織品的改性 1 2 1 低溫等離子體對紡織品的作用原理 1 2 2 等離子體技術(shù)對紡織品的改性方法 1 3 常壓等離子體處理與低壓等離子體處理的比較 1 4 等離子體對紡織品表面改性的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 5 滌綸的染整工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 6 等離子體對滌綸改性作用的研究現(xiàn)狀 1 6 1 對滌綸表觀形態(tài)的改性 1 6 2 對滌綸的親水 疏水性的影響 1 6 3 滌綸的染色性能和表觀深度 1 6 4 滌綸的粘著性 1 7 本課題研究的意義與內(nèi)容 第二章實驗 2 1 實驗材料與儀器 2 1 1 織物與纖維 2 1 2 主要試劑一 2 1 3 主要設備一 2 2 實驗方案 2 2 1 常壓等離子體射流處理儀 2 2 2 脈沖式常壓空氣等離子體機器 2 2 3 有機溶劑處理滌綸織物 1 1 1 1 2 4 4 5 7 8 9 0 0 0 1 2 2 4 4 4 4 5 6 6 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 工 1 1 1 1 1 2 2 4 等離子體引發(fā)丙烯酸在滌綸織物上接枝 2 2 5 有機溶劑和等離子體結(jié)合引發(fā)丙烯酸在滌綸織物上接枝 2 3 實驗方法 2 3 1 試樣預處理 2 3 2 纖維表面接觸角的測試 2 3 3 纖維拉伸強度測試 2 3 4 纖維的摩擦系數(shù)測試 2 3 5 紅外光譜測試 2 3 6 掃描電鏡測試 2 3 7 z e t a 電位的測試 2 3 8 織物毛細效應測試 2 3 9 織物的潤濕性測試 2 3 1 0 織物透濕性測試 2 3 1 1 白度的測試 2 3 1 2 陽離子染料染色實驗 2 3 1 3 分散染料染色實驗 2 3 1 4 陽離子染料上染速率曲線的測定 2 3 1 5 分散染料上染速率曲線的測定 2 3 1 6 干 濕摩擦牢度的測試 2 3 1 7 皂洗牢度的測試 第三章結(jié)果與討論 第一部分使用a t o m f l o t m 2 5 0 等離子體處理滌綸纖維 3 1 等離子體處理對滌綸纖維親水性能的影響 3 1 1 處理時間對纖維前進角的影響 3 1 2 處理間距對纖維接觸角的影響 3 1 3 處理功率對纖維接觸角的影響 3 2 處理滌綸的紅外譜圖 3 3 處理條件對纖維相對拉伸強度的影響 3 4 處理條件對纖維動摩擦系數(shù)的影響 l q 7 7 8 8 8 9 9 9 9 9 0 0 0 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 6 7 b 9 z 鶴 鴝 塢 塢 均 侈 侈 均 加 加 加 俎 俎 俎 勉 砣 籠 毖 為 乃 紡 為 拍 打 勰 凹 勉 3 5 等離子體處理對陽離子染料上染滌綸的影響 3 5 1 陽離子染料上染滌綸織物 3 5 2 z e t a 電位 3 5 3 溫度對其染色深度的影響及分析 3 5 4 陽離子染色的上染曲線 3 5 5 等離子體引發(fā)丙烯酸在滌綸表面接枝 第二部使用脈沖式等離子體處理滌綸織物 4 1 等離子體處理滌綸織物對其親水性能的影響 4 1 1 處理時間對滌綸織物毛細效應的影響 4 1 2 極板間距對滌綸織物毛細效應的影響 4 1 3 對滌綸的透濕性的影響 4 2 等離子體處理對陽離子染色的影響 4 3 紅外譜圖分析 4 4 等離子體處理滌綸的時效性 4 5 等離子體處理對滌綸白度的影響 4 6 等離子體處理對分散染料1 3 0 染色的影響 4 6 1 處理時間對分散染料1 3 0 染色的影響 4 6 2 處理間距對分散染料1 3 0 染色的影響 4 7 等離子體處理對分散染料l o o 染色的影響 4 7 1 不同染料染色比較 4 7 2 1 0 0 分散染料染色速率曲線 4 7 3 結(jié)合有機溶劑處理對染色的影響 4 7 4 染色速率曲線 4 7 5 分散染料染色色牢度測試 參考文獻 東華大學 碩士研究生在學期間發(fā)表論文情況表 致謝 4 4 5 7 8 9 2 2 2 3 3 4 5 5 6 7 7 8 8 8 9 o 1 1 5 9 9 o 芻 3 a 3 3 9 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 6 常壓等離子體處理滌綸 第一章前言 1 1 等離子體含義 分類及產(chǎn)生方法 傳統(tǒng)的紡織染整生產(chǎn)主要以水為介質(zhì)對紡織品進行濕加工 其耗能 耗水量極大 同時排放大量的污水 造成環(huán)境污染 由于低溫等離子體處 理為干式加工 不涉及使用化學品 不存在廢水排放及廢水處理問題 諸 多的優(yōu)點吸引了國內(nèi)外許多研究者的目光 因此展開了許多相關(guān)的研究 1 1 1 等離子體的定義1 1 5 等離子體實際上是部分離子化的氣體 是由高能電子 離子 自由基 激發(fā)態(tài)的氣體原子和分子以及光量子組成的氣態(tài)復合物 其電子的負電荷 和離子的正電荷總數(shù)數(shù)值相等 宏觀上對外不顯電性 呈中性 故稱等離 子體 通常 等離子體中存在電子 正離子和中性粒子 包括不帶電荷的粒子 如原子或分子以及原子團 等三種粒子 設它們的密度分別為n e n i n n 由于準電中性 所以電離前氣體分子密度為i l c n n 于是 我們定義電離 度6 n e n c n n 以此來衡量等離子體的電離程度 日冕 核聚變中的高 溫等離子體的電離度都是1 0 0 像這樣b i 的等離子體稱為完全電離等 離子體 電離度大于1 b 1 0 也 的稱為強電離等離子體 像火焰中的等離 子體大部分是中性粒子 b 口 常壓等離子體處理滌綸 延長其前進角也隨之降低 但是處理時間大于2 0 s 時 其變化幅度已不明 顯 繼續(xù)延長處理時間到5 0 s 時 前進角為4 9 6 6 相對于處理時間2 0 s 時只減少了4 滌綸親水性改善并不明顯 雖然延長處理時間能夠提高 滌綸纖維的親水性能 但為了節(jié)省氣體和能源 可選擇2 0 s 為最優(yōu)處理時 間 另外 從圖3 1 可知 在處理條件一致的情況下 經(jīng)0 2 h e 等離子體 處理的滌綸纖維的前進角要明顯低于h e 處理的 在處理時間為2 0 s 時 經(jīng)0 2 h e 等離子體處理的滌綸纖維的前進角為5 4 1 9 要比經(jīng)h e 等離子 體處理降低了5 左右 由前言中所講 等離子體處理會對滌綸的表面產(chǎn)生刻蝕作用 為了探 討時間對其處理效果的影響 對不同時間處理的滌綸進行電鏡拍照 圖 3 2 圖3 3 圖3 4 分別為原樣 經(jīng)h e 等離子體處理1 0 s 5 0 s 的滌綸纖 維電鏡照片 如下 圖3 2 滌綸纖維原樣電鏡j 片 幽3 3 經(jīng)h ei 離j 二體處理1 0 s 滌綸纖維i u 銳j f 片 2 4 常壓等離子體處理滌 圖3 4 經(jīng)h e 等離子體處理5 0 s 滌綸纖維電鏡照片 由電鏡照片圖3 2 可見 滌綸纖維原樣表面光潔平滑 無明顯的瑕疵 但是經(jīng)h e 等離子體處理1 0 s 后 見圖3 3 滌綸纖維表面留下道道劃痕 滌綸表面出現(xiàn)較淺的凹槽和凸起 纖維表面粗糙程度增加 繼續(xù)延長處理 時間到5 0 s 見圖3 4 滌綸纖維表面出現(xiàn)很多較深的劃痕 表面斑駁布滿 凹槽和凸起 纖維表面刻蝕現(xiàn)象非常明顯 從電鏡照片中可知處理時間 延長 會使滌綸表面的刻蝕加重 其表面粗糙程度隨之增大 有利于水滴 在其表面鋪展 這是其親水性提高的原因之一 另一方面原因 等離子體處理在滌綸表面產(chǎn)生化學作用 這種化學作 用與其處理的氣體有關(guān) 在本次實驗中使用h e 等離子體和0 1 0 2 h e 等 離子體 其中 h e 氣為非反應性氣體 其在聚合物表面不能直接發(fā)生化學 反應 h e 等離子體放電時 會將通入的h e 部分激發(fā)成高能態(tài)的電子 離 子和中性粒子 這些高能粒子流作用到纖維表面 除了對纖維表面進行刻 蝕外 也會在纖維上產(chǎn)生大量的自由基 接觸空氣后 這些不穩(wěn)定的自由 基與空氣的氧氣 氮氣反應 生成一些極性基團 這樣改變了滌綸表面非 極性拒水的化學性質(zhì) 使滌綸纖維表面親水性增加 0 2 為反應類氣體 其 在聚合物表面能直接發(fā)生反應 放電時激發(fā)其中的氧氣形成含氧粒子和臭 氧 直接和纖維表面發(fā)生反應 破壞纖維表面化學鍵 在滌綸纖維上導入 羰基 羧基或醛基等含氧基團 在h e 中加入0 2 將非反應性氣體和反應 性氣體相結(jié)合 對纖維的刻蝕作用和改性作用就會增強 提高了等離子體 對纖維表面的作用效率 從而在更深程度上改善纖維親水性能 43 1 o 常壓等離子體處理滌綸 3 1 2 處理間距對纖維接觸角的影響 等離子體處理的間距 是指噴出等離子體氣流的噴頭到纖維表面的距 離 目前對間距處理效果的研究還比較少 有的也是對間距2 0m m 3m m 范圍內(nèi)的研究 本文中繼續(xù)減小間距到1m m 考察不同間距對處理效果 的影響 在等離子體處理時間為1 0 s 功率為1 0w 時 間距在1i t l m 2m m 3m m 4m m 時 滌綸纖維前進角的變化 如圖3 5 所示 23 4 d i s t a n c e m m 圖3 5 等離子體處理間距對纖維前進角的影響 由圖3 5 可見 處理間距不同 纖維前進角也不同 在間距為2m m 時 纖維的前進角最小 在相同的處理間距下 0 2 h e 等離子體處理效果 要好于h e 經(jīng)h e 等離子體處理的滌綸 其前進角隨著間距變化較為明顯 間距2m m 時f j 進角為5 4 1 9 間距為4m m 時前進角為6 9 4 0 增大 了約1 5 c 而經(jīng)0 2 h e 等離子體處理的滌綸 其前進角的變化則沒有那么 明顯 間距2m m 時為4 6 3 0 間距為4m m 時前進角為5 0 9 1 增大 了僅4 間距體現(xiàn)了等離子體激發(fā)的高能粒子流作用到織物的距離 當距離過 于大時 被激發(fā)的高能粒子到達纖維表面的距離就會增大 在其路徑中移 動所損失的能量就會增多 距離越大 損失的就越多 對織物的作用也就 會相應減少 m i c h a e ln o e s k e 在他的實驗中也對處理間距進行了研究 他 將問距調(diào)為 2 0m m 1 0m m 5m m 和3m m 研究結(jié)果表明 間距越大 2 6 0 0 0 0 0 0 0 g 8 7 6 5 4 3 一 一 一西c叮ooc佰 v 常壓等離子體處理滌綸 其處理的滌綸中含o 量 含n 量也相應的減少 可見間距越大 等離子體 激發(fā)氣體的力度就會越小 4 5 1 將間距繼續(xù)縮小到1m m 時 滌綸的前進角 反而變大 相關(guān)的理論還不明確 還需進行研究 另外 0 2 h e 等離子體放電時會激發(fā)0 2 將反應性氣體和非反應氣體 結(jié)合起來 其處理的力度會增大 能夠克服間距過大或過小帶來的影響 所以該種等離子體處理受間距的影響不明顯 3 1 3 處理功率對纖維接觸角的影響 由于機器本身限制 h e 等離子體處理的功率可調(diào)為5w 1 0w 0 2 h e 等離子體處理的功率可調(diào)為1 0w 2 0w 3 0 w 4 0w 在等離子體處理 時間為2 0 s 間距2m m 時 滌綸前進角隨功率變化情況如下圖 p o w e r w 圖3 6 等離子體處理功率對纖維前進角的影響 由圖3 6 可見 h e 等離子體在處理功率為5 w 時 滌綸纖維前進角下 降為5 9 9 6 增大功率到1 0w 時 其前進角降低為5 4 1 9 由此可見 處理功率加強 滌綸的前進角減小 0 2 h e 等離子體在功率為1 0w 時 其 前進角為4 6 3 增大功率到3 0w 時 其前進角降低到3 4 8 2 下降趨勢 很快 繼續(xù)增大處理功率到4 0w 時 其前進角反而增大為3 8 8 1 滌綸 的親水性下降 增大等離子體放 乜的功率 可激發(fā)更多的高能粒子 這樣對滌綸的刻 蝕作用也會增強 i j 時也能夠在纖維表面產(chǎn)生更多的極性基團 使滌綸纖 0 o 0 0 0 0 0 9 8 7 6 5 4 3 一 一 一acm oc 口 常壓等離子體處理滌綸 維的親水性增強 0 2 h e 等離子體放電功率在4 0w 時 可能會使滌綸表面 的含氧基團產(chǎn)生一c o o 一聚合 使滌綸表面的極性降低 其親水性也降低 3 2 處理滌綸的紅外譜圖 經(jīng)等離子體處理后會在滌綸表面上產(chǎn)生化學作用 本次實驗使用了兩 種氣體 非反應氣體h e 氣 h e 和0 1 流量的反應性氣體0 2 混合氣體 氣體不同 等離子體處理對滌綸表面的化學作用機理也有所區(qū)別 但是對 滌綸的最終化學改性結(jié)果是否相同 還要求證于紅外譜圖 本文對滌綸的 原樣 經(jīng)兩種等離子體處理后的樣品進行紅外譜圖測試 對處理前后的紅 外譜圖進行示差分析 圖3 7 為滌綸原樣的紅外譜圖c o n t r o l 經(jīng)h e 等離子體處理后的滌綸 纖維紅外譜圖t r e a t e d 及原樣和處理樣的示差譜圖c 圖3 8 為滌綸原樣 的紅外譜圖c o n t r o l 經(jīng)0 2 h e 等離子體處理后的滌綸纖維紅外譜圖t r e a t e d 及原樣和處理樣的示差譜圖c 4 0 0 03 5 0 0 3 0 0 02 5 0 02 0 0 015 0 010 0 0 w a v e n u m b e r s c m 1 c c o n t r o i t r e a t e d 圖3 7h e 等離子體處理前后紅外譜圖及其示著 常壓等離子體處理滌綸 4 0 0 03 5 0 03 0 0 02 5 2 0 0 01 5 0 01 0 w a v e n u m b e r s c m 1 c c o n t r o i 圖3 80 2 h e 等離子體處理前后紅外譜圖及其示差 從紅外譜圖可知 前后樣品沒有明顯區(qū)別 等離子體處理并沒有使滌 綸本身性能發(fā)生變化 但是從示差樣中可以看出 在1 7 1 0c m d 出現(xiàn)c o 的特征峰 1 2 6 0c m 1 和1 1 0 0c m 1 左右出現(xiàn)c o 特征峰 這說明處理后 的樣品的c o c o 官能團增多 表明等離子體處理在滌綸表面引入了 含氧基團c o 和c o 從而使處理后的樣品的親水性提高 h e 和0 2 h e 兩個紅外譜圖的示差圖很相似 表明h e 和0 2 h e 等離子體使織物表面產(chǎn) 生化學變化的機理是相同的 在作用強度和引入的極性基團數(shù)量上有所區(qū) 別 加入0 2 的等離子體處理效果更突出一些 所以處理后滌綸纖維的親 水性比單純用h e 的要好 3 3 處理條件對纖維相對拉伸強度的影響 等離子體處理會在滌綸纖維上產(chǎn)生刻蝕作用 對纖維的表面進行破 壞 可能使纖維的機械強度降低 纖維強度的降低 纖維容易產(chǎn)生斷裂 會影響纖維的紡紗織造的性能 本文考察了不同處理條件下 處理時間 間距 功率 等離子體對滌綸纖維相對拉伸強度的影響 功率1 0w 處理間距2m l l l 條件下 滌綸纖維拉伸強度隨不同處理時 間的變化 如圖3 9 表示 常壓等離子體處理滌綸 岔 正 邑 5 罟 詈 罷 罌 i 竺 01 02 03 04 05 0 t r e a tt i m e s 圖3 9 等離子體處理時間對纖維拉伸強度的影響 由圖3 9 可見 等離子體處理使滌綸纖維的機械強度發(fā)生了變化 使 其相對拉伸強度降低 而且隨著處理時間的延長 滌綸纖維的相對拉伸強 度呈逐漸降低的趨勢 經(jīng)h c 等離子體處理5 0 s 滌綸纖維的相對拉伸強度 較原樣下降了4 3m p a 經(jīng)0 2 h e 等離子體處理5 0 s 其降低了5 2m p a 下 降得更多 這是由于等離子體處理對滌綸表面產(chǎn)生刻蝕作用 對滌綸表觀 形態(tài)有破壞作用 延長處理時間 這種刻蝕作用就越明顯 對滌綸的破壞 就越大 因此其相對拉伸強度隨著處理時間的延長而降低 下文為處理間 距對其滌綸相對拉伸強度的影響 圖3 1 0 為處理時間2 0 s 功率1 0w 條件時 不同間距對滌綸纖維相 對拉伸強度變化的影響 1234 d i s t a n c e m m 圖3 1 0 等離子體處理間距對纖維相對拉伸強度的影響 0 0 0 0 0 o 弱 8 弘 鉉 約 8 5 5 5 5 9 彷山至一c oc 暑 o盛 co卜 o 常壓等離子體處理滌綸 由圖3 1 0 可見 等離子體處理間距不同 滌綸纖維的相對拉伸強度也 不同 在處理間距為2m m 時 纖維的拉伸強度損失最大 經(jīng)h e 等離子體 處理的滌綸纖維 其相對拉伸強度比原樣減少了2 1m p a 經(jīng)0 2 h e 等離子 體處理后 減少了4m p a 同一間距處理下 0 2 h e 等離子體處理纖維損 失較大一些 從和圖3 9 對比中可以發(fā)現(xiàn) 等離子體處理間距對滌綸纖維 的相對拉伸強度影響并沒有處理時間大 圖3 1 1 為處理時間2 0 s 間距2m m 條件時 不同處理功率對滌綸纖 維拉伸強度變化的影響 5 9 0 5 8 0 5 7 0 5 6 0 5 5 0 5 4 0 5 3 0 p o w e r w 圖3 1 1 等離子體處理功率對纖維拉伸強度的影響 由圖3 1 1 可見 增大處理功率 滌綸纖維的相對拉伸強度也隨之降低 兩種等離子體處理都表現(xiàn)這種趨勢 功率越大 所激發(fā)的高能粒子就會增 多 密度增大 其對纖維的刻蝕作用要更加明顯 由圖3 9 圖3 1 0 圖3 1 1 中可以得出 等離子體處理后 滌綸纖維 的相對拉伸強度下降 而且處理的時間越長 功率越大 力度越大其相對 拉伸強度下降得就越多 圖3 1 2 圖3 1 3 為處理時問5 0 s 間距2m m 時 h e 等離子體 0 2 h e 等離子體處理過的滌綸纖維的電鏡照片 宙亂乏一c aco i o cm卜 常壓等離子體處理滌綸 圖3 1 2h e 等離子體處理過的滌綸纖維的電鏡照片 圖3 1 30 2 h e 等離子體處理過的滌綸纖維的電鏡照片 由圖3 1 2 圖3 1 3 可見 處理過后的滌綸纖維表面出現(xiàn)較明顯的弱點 相對拉伸強度的損失一方面是因為等離子體對纖維的刻蝕作用引起的 纖 維上的凹槽使纖維本身出現(xiàn)弱點和斷點 在拉伸纖維時 弱點和斷點處最 先斷裂 這樣就降低了纖維的拉伸強力 隨著處理條件的加劇 出現(xiàn)的弱 點和斷點就會越多 所以相對拉伸強度降低地就越大 3 4 處理條件對纖維動摩擦系數(shù)的影響 纖維的動摩擦系數(shù)反映了纖維表面粗糙程度 纖維表面越粗糙 其動 摩擦系數(shù)就越大 表面很粗糙的滌綸纖維在紡紗織造時 纖維之間的摩擦 系數(shù)會增大 如果纖維強力不高的話 容易出現(xiàn)纖維被拉斷和產(chǎn)生靜電情 況 這就為紡紗織造帶來了困難 本文考察了不同處理條件下 處理時間 間距 功率 等離子體對滌綸纖維動摩擦系數(shù)的影響 設定處理條件 處理間距2m m 功率1 0w 在不同處理時間下 纖 3 2 常壓等離子體處理滌綸 維動摩擦系數(shù)的變化情況如下圖 o t 0 3 0 o 車0 2 8 芑 蒿0 2 6 薯0 2 4 o o 90 2 2 髫 0 2 0 01 02 03 04 05 0 t r e a tt i m e s 圖3 1 4 等離子體處理時間對纖維動摩擦系數(shù)的影響 由圖3 可見 隨著處理時間的延長 纖維的動摩擦系數(shù)也隨之增 大 在相同條件下 經(jīng)0 2 h e 等離子體處理后的滌綸的摩擦系數(shù)要大于經(jīng) h e 等離子體處理的 動摩擦系數(shù)增大 表明等離子體處理使纖維表面形態(tài) 變得粗糙 處理時間越長 這種粗糙程度就越大 另外 加入0 2 后 會 加大等離子體處理的力度 使滌綸纖維的粗糙程度增大 圖3 1 5 為處理時 間2 0 s 功率1 0w 不同間距處理條件下 纖維動摩擦系數(shù)變化情況 o t 0 3 0 召 e0 芑 芒0 o o 茜0 o 孚0 芑 母 薯 2 0 o 3 0 砸 荀 n 4 0 34567891 01 1 p h 圖3 1 8z e t a 電位隨p h 值的變化 由圖3 1 8 可知 滌綸纖維經(jīng)h e 等離子體處理后 其k c i 溶液的z e t a 電位較原樣的有了明顯地降低 一直都處于電負性的狀態(tài)中 滌綸纖維經(jīng) 0 2 h e 等離子體處理后 其k c l 溶液的z e t a 電位降低得更明顯 原因在于 等離子體處理使非極性的滌綸纖維接枝了極性基團 這些帶負電的極性基 團 結(jié)合k c l 溶液中的帶正電離子 使溶液中的z e t a 電位呈電負性 所 以 經(jīng)0 2 h e 等離子體處理后 滌綸織物表面帶有更多的電負性基團 可 見 0 2 等離子體能在滌綸表面接枝更多的電負性基團 本文對陽離子染液的z e t a 電位也進行了探討 所得圖3 1 9 如下 r e d y e l l o w b l u e 圖3 1 9 不同陽離子染液的z e t a 電位值 由圖3 1 9 可知 經(jīng)等離子體處理后 滌綸織物的z e t a 電位明顯降低 0 8 6 4 2 0 毋 為 4 之 0 3一西 一 霉co oq 茍n 常壓等離子體處理滌綸 陽離子紅染液中z e t a 電位變化的更明顯 原因在于等離子體處理在滌綸織 物表面上接枝了許多電負性基團 滌綸織物表面性質(zhì)發(fā)生了改變 由電中 性變成電負性 能夠吸引結(jié)合染液中的陽離子染料 改變陽離子染液中電 荷分布狀態(tài) 從而改變其z e t a 電位 這樣也就提高了疏水性滌綸對陽離子 染料的可染性 z e t a 電位越高 說明滌綸吸引結(jié)合的陽離子染料就越多 陽離子紅染浴的z e t a 電位值最大 其染色k s 值最大 3 5 3 溫度對其染色深度的影響及分析 傳統(tǒng)的陽離子染料染色是待織物在高溫水作用下完全膨脹后 陽離子 染料能夠充分結(jié)合織物上的染座 達到上染 所以陽離子染料的上染率主 要是取決于織物上的染座數(shù)量 等離子體對滌綸的處理僅限織物表面 其 染色性能上和以往的陽離子染色應該有所不同 在本文中討論了染色溫度 和上染曲線 如下 3 5 3 1 溫度對其染色深度的影響 本文選擇2 0 2 4 0 6 0 c 8 0 1 0 0 c 不同溫度條件 對經(jīng)等離 子體處理的滌綸織物進行陽離子染色實驗 所得的k s 值 如下圖3 2 0 0 6 0 0 5 5 0 5 0 迥 y0 4 5 0 4 0 0 3 5 2 04 06 08 01 0 0 t 圖3 2 0 不同溫度染色的k s 由圖3 2 0 可知 染色溫度上升 經(jīng)h e 和0 2 h e 等離子體處理的滌綸 織物 陽離子染色的k s 值都會有所下降 陽離子染料上染滌綸主要和滌 綸表面的電負性極性基團結(jié)合 k s 降低表明溫度對其表面的電負性基團 有影響 下面的實驗進一步考察了溫度刈 電負性基團的影響 3 7 常壓等離子體處理滌綸 3 5 3 2 溫度對其潤濕時間的影響 稱取1g 織物 配1 0 0 1 蒸餾水在不同溫度下振蕩3 0m i n 室溫恒濕 后測試其潤濕時間 表3 1 為處理后織物的潤濕時間的變化情況 表3 1 溫度對其潤濕時間的影響 絮溫度 未浸濕室溫 4 06 08 01 0 0 處理條件 h e 等離子體 o 1 4 1 34 1 54 3 64 9 65 1 9 0 2 h e 等離子體 0 1 3 0 0 3 6 63 8 43 9 44 2 3 滌綸織物在不同溫度條件下處理后 其潤濕時間有了不同程度地降 低 溫度升高的越多 其潤濕時間下降得越多 但是總體上降低的程度不 是很大 潤濕時間的下降 說明滌綸的潤濕性能也下降了 原因可能是在 較高的水溫下 滌綸的大分子發(fā)生轉(zhuǎn)動 極性基團會轉(zhuǎn)到織物內(nèi)部 溫度 越高 這種轉(zhuǎn)動就越充分 也有可能在水的介質(zhì)中 極性基團容易耗散 溫度越高 耗散的越多 滌綸表面的極性基團數(shù)量減少 結(jié)合的陽離子染 料就越少 所以高溫染色時陽離子染色的耐s 值會減少 3 5 4 陽離子染色的上染曲線 圖3 2 1 是滌綸1 0 0 陽離子染色的曲線 0 0 8 0 冰 蒿0 0 4 苞 3 罷0 0 2 u 0 0 0 t m i n 圖3 2 1 陽離子染料上染曲線 一般陽離子染料上染織物時 只有染料向織物內(nèi)部擴散 完全結(jié)合織 物上的染座時才會達到上染平衡 在圖3 2 1 中看到 染料上染滌綸織物的 常壓等離子體處理滌綸 速度很快 在前五分鐘內(nèi)就幾乎達到了上染平衡 而在這五分鐘內(nèi) 滌綸 織物是沒有開始膨脹的 染料還沒有機會擴散到織物內(nèi)部 說明染料只上 染滌綸表面 而沒有進入到滌綸織物內(nèi)部 這也從另一方面證明了等離子 體處理僅限于織物表面 所接枝的極性基團只存在于滌綸的織物表面 所 以染料一接觸織物就和織物上的極性基團發(fā)生結(jié)合 達到上染 3 5 5 等離子體引發(fā)丙烯酸在滌綸表面接枝 由以上的實驗可以得出 經(jīng)等離子體處理后 滌綸的陽離子染色性能 有了顯著的提高 為了進一步提高其染色深度 本次實驗采用丙烯酸接枝 的方法 將親水性很強的 含極性基團一c o o 一的丙烯酸接枝到滌綸織物 上 目的是提高陽離子染料染色深度和探討丙烯酸接枝條件對其染色深度 的影響 3 5 5 1 接枝條件對陽離子染色耐s 的影響 在使用等離子體引發(fā)丙烯酸在滌綸上接枝的研究中 科研人員重點考 慮的是接枝的方法 丙烯酸浸漬滌綸的濃度 以及等離子體處理的條件對 其接枝效果的影響 很少有人注意到滌綸經(jīng)丙烯酸浸漬后 去除水分的過 程對其接枝效果的影響 本次試驗中 重點考察了這一點 并且用陽離子 染料染色 s 值進行表征 滌綸織物在浸入丙烯酸溶液2 4h 后 將其取出 分為a b c d 四種樣品 將a 放入2 0 c 的烘箱中烘3 0m i r a 將b 置于室溫晾干 將c 晾干后 在溫度2 0 1 相對濕度6 0 2 條件下調(diào)濕 d 為原樣 將四 種織物置于等離子體處理器中處理 其處理條件為間距2m m 功率1 0w 處理次數(shù)l o s 圖3 2 2 為其等離子體處理后陽離子染色性能的比較 常壓等離子體處理滌綸 0 8 o 6 c 曼0 4 o 2 0 0 a bc d 圖3 2 2 不同接枝條件k s 比較 由圖3 2 2 中知 經(jīng)等離子體引發(fā)丙烯酸接枝的滌綸織物 其陽離子染 料染色的列s 值比單用等離子體處理的要高出很多 其中滌綸b 的陽離子 染色剮s 值最深 可見織物在室溫晾干時 其接枝效果最為明顯 而a c 處理樣的k s 值則和b 相差很大 可見含水率對其接枝效果有非常重要 的影響 3 5 5 2 有機溶劑和等離子體結(jié)合引發(fā)丙烯酸接枝 有機溶劑氯苯和苯甲醇混合液的溶解參數(shù)與滌綸的溶解參數(shù)相似 它 們能夠擴散進入滌綸纖維內(nèi)部 減弱滌綸大分子鏈間的作用力 使分子鏈 易于運動 增大了滌綸纖維內(nèi)的自由容積 經(jīng)過有機溶劑浸漬處理過的滌 綸織物體積膨脹 這樣在和丙烯酸溶液浸漬時 丙烯酸溶液能進入滌綸纖 維內(nèi)部 和滌綸分子充分作用 另外 脹大的滌綸織物能暴露出更多的部 分 在經(jīng)等離子體處理時 等離子流對其作用就會更加充分 提高了處理 效率 經(jīng)過單因素實驗 確定有機溶劑處理的最佳條件為 氯苯和苯甲醇的 混合液1 1m o l 時間3 0m i n 溫度8 0 a 為經(jīng)丙烯酸浸漬過的滌綸 b 為先用有機溶劑浸漬 再經(jīng)丙烯酸浸 漬處理的滌綸 將a b 兩種滌綸用等離子體處理 其處理條件為i 白j 距2 m m 功率1 0w 處理次數(shù)l o s 然后用陽離子染料染色得圖3 2 3 如下 常壓等離子體處理滌綸 2 0 1 5 廷1 0 y 0 5 o o a b 圖3 2 3a b 兩種織物列s 由圖3 2 3 可見 b 陽離子染色的耐s 值明顯比a 增大很多 膨脹的 滌綸織物 確實是有利于丙烯酸接枝 而且能夠提高等離子體處理的效率 另外 對滌綸的分散染料染色也是有益的 這在第二部分會討論到 4 1 常壓等離子體處理滌綸 第 使用脈沖式等離子體處理滌綸織物 4 1 等離子體處理滌綸織物對其親水性能的影響 4 1 1 處理時間對滌綸織物毛細效應的影響 將織物置于等離子體機器極板間 等離子體處理功率為3 0 0w 極板 間距2m m 處理時間在1m i n 2r a i n 4m i n 5r a i n 6r a i n 1 0r a i n 時 測滌綸的毛細效應 圖4 1 為經(jīng)不同處理時間處理得到的毛細效應 05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 0 t s 圖4 1 等離子體處理時間對毛細效應的影響 由圖4 1 可見 等離子體處理后纖維的毛細效應明顯增大 在織物剛 進入水中時 水就能爬到很高 體現(xiàn)了很好的親水性 等離子體處理時間 越長 最終的爬升高度就越好 處理時間從1m i n 到1 0r a i n 毛細效應由 4 5m m 增大為1 6 1m m 脈沖式等離子體設備是極板問充滿的是空氣 放電時高壓電激發(fā)極板 間的氧氣 氮氣 產(chǎn)生含氧含氮的極性基團并接枝在織物上 這是使織物 親水性改善的一部分原因 同時 等離子體處理會在滌綸表面發(fā)生刻蝕作 用 產(chǎn)生凹槽和突起 這些凹槽和突起賦予滌綸很高的輸水性能 結(jié)合這 兩方面因素滌綸織物的毛細效應有了很大的提高 處理時間越長 對滌綸 織物的蝕刻作用就會越強 滌綸表而的粗糙程度就會越大 同時 也會激 4 2 o 1 1 一e e 一工 常壓等離子體處理滌綸 發(fā)出更多的含氮 含氧基團 織物表面極性會增強 所以織物的毛效會隨 著處理時間的延長而增大 4 1 2 極板間距對滌綸織物毛細效應的影響 相同功率 相同時間 不同極板間距下 常壓等離子體處理滌綸織物 的毛細效