等離子體技術(shù)在紡織品整理中的應(yīng)用

1、等離子體技術(shù)在紡織品整理中的應(yīng)用關(guān)鍵字：低溫等離子體 ;紡織品;整理、 EUROPLASMA低溫等離子體技術(shù)在紡織品整理中的應(yīng)用等離子體是由離子、電子、自由基、 激發(fā)態(tài)的分子和原子所組成的電離氣體 .等離子體處于激發(fā)、電離的高能狀態(tài) ,其電 子的負(fù)電荷和離子的正電荷總數(shù)相等 ,宏觀上對外不顯電性 ,呈中性 ,故稱等離子 體 .1后整理中采用低溫等離子體 （主要應(yīng)用電暈放電和輝光放電產(chǎn)生 ）對紡織品 進(jìn)行表面改性 （包括刻蝕、交聯(lián)、聚合和接枝聚合等化學(xué)作用 ）.近年來 ,有關(guān)低溫 等離子體技術(shù)在抗靜電、阻燃、防皺、拒水拒油、衛(wèi)生整理等方面的應(yīng)用研究十 分活躍 .21 抗靜電整理紡織材料間或與其他

2、物體間相互接觸摩擦?xí)r ,物體表面分子被極化 ,其中一側(cè)吸引 另一側(cè)電子 ,而本側(cè)電子后移或由一表面轉(zhuǎn)移到另一表面,產(chǎn)生雙電層 ,形成表面電位或接觸電位 .當(dāng)兩個(gè)物體被分開時(shí) ,若兩物體都是優(yōu)良的絕緣體 ,則一側(cè)物體 表面帶正電 ,另一側(cè)物體表面帶負(fù)電 .靜電會給紡織品的生產(chǎn)和使用帶來麻煩 ,甚 至危險(xiǎn) ,因此,要進(jìn)行抗靜電處理 .低溫等離子體處理紡織品可使纖維表面改性 ,親 水性提高 ,抗靜電性增強(qiáng) ,或通過等離子體聚合或引發(fā)親水性單體在纖維表面接枝 聚合 ,可改善纖維表面特性 ,提高織物的抗靜電性 .1.1 滌綸 用等離子體聚合或引發(fā)接枝聚合的方法可在滌綸織物上進(jìn)行抗靜電整理.等離子體聚合是

3、在纖維表面形成薄膜涂層的加工方法,如用有機(jī)硅氣體低溫等離子體聚合 ,在滌綸織物表面形成薄膜 ,使滌綸制品的抗靜電性、疏水性得到改善 .美國 SAC 公司開發(fā)了等離子體引發(fā)接枝聚合滌綸織物整理方法.3,4 該工藝在真空下用 Ar低溫等離子體對滌綸織物進(jìn)行短時(shí)間處理，使滌綸表面c H鍵的H被沖擊掉而建 立為數(shù)眾多的游離基 ,接著用丙烯酸氣體處理 ,使丙烯酸分子在滌綸表面進(jìn)行接枝 聚合,改善滌綸織物親水性、防污性及抗靜電性 .該法處理的織物具有吸濕性、防 污性和防再沾污性 ,能耐 50 次以上洗滌 ,而且對染色牢度無不良影響 ,織物的拉伸 強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度也不降低 .等離子體引發(fā)甲氧基聚乙二醇甲基丙烯

4、酸酯 （MPEGME） 接枝的滌綸織物摩擦靜電壓、半衰期均比未處理試樣明顯減小 ,即抗靜電效果提 高,而且抗靜電性隨等離子體處理氣體種類及浸漬單體濃度的差異而有所不同 .5 低溫等離子體單獨(dú)表面處理不能完全改善滌綸織物的抗靜電性 ,而等離子體引發(fā) 烯類單體在滌綸織物上接枝聚合也存在單體成本高的問題.西川等對染色的滌綸塔夫綢織物先用胺類抗靜電劑整理后 ,再用不同氣體低溫等離子體處理 ,可進(jìn)一步 改善滌綸織物的抗靜電效果 .61.2 丙綸 丙綸材料吸濕性差，易產(chǎn)生靜電，一旦電荷聚集很難消除.TakashimaK等研究了經(jīng)氬 氣、氮?dú)夂涂諝獾蜌鈮旱入x子體處理后再經(jīng)電暈放電處理的丙綸薄膜在電荷消除前后

5、空間和表面電荷的變化情況，并通過X射線光電子能譜(ESCA分析處理樣品 表面化學(xué)組成變化 ,探討了抗靜電加工機(jī)理 .7研究發(fā)現(xiàn) ,經(jīng)低溫等離子體處理后 , 丙綸表面仍然存在大量負(fù)電荷 ,即等離子體處理本身不能防止電荷在纖維表面聚 集,但處理后能在丙綸表面產(chǎn)生電荷俘獲陷阱,只需將試樣浸入水中 ,表面電荷就能有效地去除 ,抗靜電性有所改善 .同時(shí),等離子體處理后 ,試樣表面的氧、氮極性基 團(tuán)增加.極性基團(tuán)產(chǎn)生的機(jī)理有 2 種:(1)低溫等離子體處理使試樣表面與處理氣體 間反應(yīng)產(chǎn)生極性基團(tuán) ;(2)等離子體處理使樣品暴露于大氣中,所含的不穩(wěn)定自由基會繼續(xù)與空氣反應(yīng) ,產(chǎn)生極性基團(tuán) .極性基團(tuán)增加但并

6、不能防止表面電荷聚集,只有將等離子體處理試樣浸入水中才可以消除試樣表面電荷 ,減弱表面帶電能力 , 改善抗靜電性 .1.3 聚乙烯聚乙烯是易產(chǎn)生靜電的材料 ,該材料經(jīng)低溫等離子體處理后 ,表面產(chǎn)生的活性自由 基與空氣接觸時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)并在試樣上引入羰基、羧基等含氧基團(tuán),試樣處理時(shí)還會結(jié)合上氨基一類的含氮極性基團(tuán) .因此,等離子體處理提高了聚乙烯薄膜表 面的氧、氮基團(tuán)量 ,其結(jié)果是親水性改善、抗靜電性提高 .2 阻燃整理常見的紡織纖維高聚物在 300 C左右發(fā)生裂解，產(chǎn)生部分氣體，與空氣混合形成的 可燃性氣體遇明火燃燒 .選用合適的等離子體氣體在纖維表面進(jìn)行聚合 (等離子體 涂層 )、利用等離子

7、體引發(fā)單體在纖維表面上接枝聚合均可改變纖維熱裂解歷程,減少熱裂解時(shí)可燃性氣體的釋放量 ,或使纖維表面形成一層不燃性物質(zhì)而達(dá)到阻 燃.2.1聚合Shi等研究了經(jīng)CH4等離子體預(yù)處理，再采用CF4/CH4混合氣體等離子體處理后的 聚丙烯薄膜的阻燃效果.研究發(fā)現(xiàn),CF4/CH4等離子體在預(yù)處理后的聚丙烯上的沉 積速率大于處理前 .等離子體處理過的聚合物表面有不飽和鍵 ,會影響試樣阻燃效 果.經(jīng)CF4/CH4等離子體處理的聚丙烯燃燒速率并非均小于未處理試樣,CH4濃度在一定范圍時(shí)，處理試樣的燃燒速率高于未處理試樣,原因是用CF4/CH4等離子體 處理時(shí)氟原子沉積在試樣表面 ,氟原子具有阻燃作用 ,使試

8、樣燃燒性下降 ;同時(shí),等 離子體處理會使高能粒子作用于聚丙烯大分子鏈上,引起大分子鏈斷裂 ,產(chǎn)生一些低聚物及有機(jī)小分子物 ,試樣受熱時(shí)會釋放出這些有機(jī)小分子物 ,導(dǎo)致燃燒性提高 尤其在等離子體處理過程中 ,高活性氟自由基具有很強(qiáng)的刻蝕作用 ,可破壞試樣大 分子交聯(lián)，產(chǎn)生更多有機(jī)小分子物，進(jìn)一步提高了燃燒性用CH4等離子體對聚丙 烯進(jìn)行預(yù)處理，試樣表面會形成一層超薄交聯(lián)層，可阻止CF4/CH4等離子體處理時(shí) 高活性氟自由基對試樣的刻蝕及對大分子鏈的破壞作用,改進(jìn)阻燃效果 .8 2.2 接枝聚合 纖維制品高聚物經(jīng)短時(shí)間非聚合性氣體處理 ,表面生成自由基能引發(fā)難燃性單體或阻燃劑在纖維表面接枝聚合 ,

9、改變纖維表面特性 ,達(dá)到阻燃效果 .同時(shí)因整理劑 牢固地固著在纖維上，耐久性較好利用等離子體引發(fā)丙烯酸在EVA上接枝聚合后, 試樣續(xù)燃、陰燃時(shí)間延長 ,限氧指數(shù)高 ,成炭量隨接枝率的增加而增大 .其他纖維高 分子材料也同樣可用等離子體引發(fā)不燃性單體或阻燃劑在其上發(fā)生接枝聚合,改變纖維材料表面性能達(dá)到阻燃 .劉霞等對棉、滌綸織物采用低溫等離子體進(jìn)行阻燃整理后,表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 ,阻燃織物的耐洗性得到較大提高 .9所以,利用低溫等離子體沉積或低溫等離子體 引發(fā)難燃性單體在纖維表面接枝聚合都可改變纖維表面的燃燒性能 .若等離子體 選擇適當(dāng)、處理?xiàng)l件及單體接枝條件合適可使織物獲得較好的阻燃效果 ,而且

10、污 染小、利于環(huán)保 ,具有良好的發(fā)展前景 .3 拒水、拒油整理拒水、拒油整理是在織物表面施加一種低表面能的物質(zhì) ,并附著于纖維上或與之 形成化學(xué)結(jié)合 ,使織物的表面張力遠(yuǎn)低于水或油類 ,不再被它們潤濕 .織物經(jīng)整理 后仍保持良好的透氣、透濕性 ,不影響手感和風(fēng)格 .傳統(tǒng)的拒水、拒油整理采用化 學(xué)方法,對纖維有損傷,耗水、耗能大,環(huán)境污染嚴(yán)重 .利用低溫等離子體涂層或等離 子體引發(fā)單體在纖維表面接枝聚合，僅作用于纖維表層約10nm,不會對纖維造成 損傷.103.1 涂層AMajid 等研究四氟化碳低溫等離子體處理紡織品 ,在纖維表面沉積氟化烴 ,等離子 體產(chǎn)生的CF-2和CF-3自由基，可形成較

11、長的氟化烴鏈一CF2-CF2-CF3在纖維 上形成特氟隆狀的疏水性表面，具有拒水、拒油效果.11但Yasuda等報(bào)道,在用四 氟化碳等離子體處理時(shí) ,主要發(fā)生對材料的刻蝕作用 ,而不是以等離子體聚合涂層 為主,難以得到優(yōu)良的拒水效果 .若放電氣體中存在 H2 等還原性氣體時(shí)聚合作用 占主導(dǎo)地位.12Lagow等發(fā)現(xiàn)，在高濃度的含氟氣體下，用等離子體短時(shí)間處理可 完成材料表面的氟化 .因此,等離子體處理?xiàng)l件、 等離子體種類相異 ,處理材料表面 氟化程度不同 ,拒水效果亦不同 .經(jīng)CF4低溫等離子體處理后，纖維表面被氟化，接枝上氟化烴,引起纖維質(zhì)量增加, 并可能發(fā)生交聯(lián)反應(yīng) .等離子體處理時(shí) ,高

12、能粒子對纖維表面也有一定的刻蝕作用 引起試樣質(zhì)量減少 .微波等離子體處理采用不含氧的有機(jī)硅化合物,在較低的基質(zhì)溫度(70E)和較高的總氣壓(50Pa下可制備超級拒水膜，改進(jìn)了化學(xué)氣體的沉積工 藝,可在耐熱性差的材料 (如樹脂 )上涂層制備超級拒水膜 ,并可減少材料損傷 .3.2接枝聚合利用等離子體引發(fā)含氟烯類單體十七氟癸基丙烯酸酯(FFA在滌綸織物上接枝聚合,接枝率僅需幾個(gè)百分點(diǎn)就可獲得實(shí)用的防水性 ,并有較好的耐洗牢度 .先用等 離子體處理織物 ,然后立即使其與含氟單體接觸 ,引發(fā)單體與織物接枝聚合 ,或?qū)?織物浸漬在含氟單體中 ,然后進(jìn)行等離子體處理 ,引發(fā)單體在織物上接枝聚合 .Mill

13、andM.M. 等利用后一種聚合法將含氟單體接枝到羊毛纖維上,獲得了良好的拒水、拒油效果 ,也改善了羊毛纖維的防氈縮性 .13徐秀娟等將真絲織物經(jīng)氧 等離子體拒水、拒油整理再將整理劑TG-410接枝到織物表面，并使織物具有優(yōu)良的拒水、 拒油性能.10最佳氧低溫等離子體處理工藝:拒水、 拒油整理 （3min,40Pa,100WH焙烘（140C ,5min）.104 抗菌整理在一定條件下 ,微生物（包括細(xì)菌、真菌和病毒 ）會生長、繁殖甚至變異 .人體分泌 的汗水和皮脂等排泄物附著在皮膚上易導(dǎo)致微生物的滋生和繁殖 .因此,必須進(jìn)行 抗菌整理 .低溫等離子體引發(fā)接枝聚合可用于抗菌整理 .采用氧低溫等離

14、子體處理滌綸 ,使其表面活化 ,引入過氧基團(tuán)引發(fā)丙烯酸接枝共聚 生成含羧酸基的滌綸 -丙烯酸接枝聚合物 ,再將羧酸基用 1 -乙基-3-（3-二甲基氨丙 基）-碳二亞胺活化 ,最后用殼聚糖或季銨化殼聚糖處理,得到殼聚糖接枝滌綸（PET-A-C其中A為丙烯酸基團(tuán),C為殼聚糖分子）及季銨化殼聚糖接枝滌綸 （PET-A-QC其中QC為季銨化殼聚糖）.通過搖瓶試驗(yàn)測定等離子體引發(fā)接枝改性滌 綸紡織品的抗菌效果證明 ,接枝滌綸具有良好的抗菌性,且具有一定的耐洗牢度.145 其他功能性整理5.1 表面活化低溫等離子體處理后 ,有 2種機(jī)理使聚合物表面活化 :（1）等離子體高能粒子與高分 子材料表面作用產(chǎn)生

15、化學(xué)活性 ;（2）高分子材料表面引入含氧或含氮極性基團(tuán)如 OH、一 C- O、一 COO NH2等，提高材料表面能.5.1.1 易去污整理子體處理使聚酯等疏水性纖維表面引入某些含氧基團(tuán),纖維親水性提高 ,水滴容易在纖維表面鋪展 ,接觸角減小 ,織物穿著舒適 ,油污易洗 ,尤其是經(jīng)低溫等離子體處 理后,織物表面產(chǎn)生了活性自由基 .將處理的織物投入含丙烯酸單體的反應(yīng)槽內(nèi),單體被引發(fā)接枝到纖維上 ,使聚酯產(chǎn)生更大的親水性 ,易去污性更好 .現(xiàn)用氬低溫 等離子體處理滌綸織物 ,并通過改變等離子體處理?xiàng)l件 （放電功率、放電時(shí)間 ）來控 制等離子體表面改性程度 ,然后將等離子體活化滌綸織物浸漬在一定濃度的

16、丙烯 酸溶液中處理一段時(shí)間 ,使丙烯酸分子在滌綸織物表面進(jìn)行接枝聚合,從而改善其表面特性 ,易去污性得到明顯改善 .155.1.2親水性整理親水整理是指改變纖維表面組成后 ,使織物容易吸汗 （吸水）、傳濕迅速 ,提高穿著舒 適性和功能性 .利用電暈放電、輝光放電等離子體處理后 ,合成纖維等高分子材料 吸濕性等可大大改善 .選擇合適的等離子體或單體 ,將含氧官能團(tuán)引入到缺乏極性 的高分子材料表面進(jìn)行改性 ,賦予材料親水性 .因用干式處理不產(chǎn)生廢水 ,是一種 綠色生態(tài)加工法 ,因此 ,受到廣泛關(guān)注 .陳杰瑢等利用氧等離子體處理滌綸纖維 ,發(fā) 現(xiàn)經(jīng)等離子體處理后PET表面碳含量降低，氧和氮含量增加,

17、表面非極性基團(tuán)一CH 減少，極性基團(tuán)一CO、一CO0-增加.16低溫等離子體技術(shù)還可制備高吸水性 樹脂.用等離子體聚合合成的樹脂純度高 ,聚合反應(yīng)只需在室溫下進(jìn)行 ,聚合條件 溫和 ,而由等離子體引發(fā)聚合制備高吸水性樹脂是一種安全、低能耗、低污染、 可靠的合成方法 .5.1.3羊毛防縮整理羊毛織物收縮的原因 :( 1 )松弛收縮 ,羊毛織物染整加工多采用松式或張力較小的 設(shè)備,但織物內(nèi)部仍然存在一定的應(yīng)力會使織物存在潛在收縮 ,潤濕后,內(nèi)應(yīng)力釋 放,織物便發(fā)生縮水現(xiàn)象 ;(2)氈化收縮 ,羊毛鱗片層結(jié)構(gòu)引起的定向摩擦效應(yīng)以及 羊毛的彈性造成縮絨性 17,也使織物在服用過程中發(fā)生氈縮,外觀和服用

18、性能受到影響.經(jīng)等離子體處理后的羊毛纖維定向摩擦效應(yīng)減小 ,并在大分子上引入了 NH2、 COOH、OH 等水溶性基團(tuán) ,吸濕性提高 .洗滌時(shí),可在羊毛纖維表面產(chǎn)生水合層 , 防止羊毛纖維彼此摩擦、氈化 ,改善了羊毛織物的防氈縮效果 .此法可取代羊毛織 物的氯化防縮工藝 .185.1.4其他等離子體表面處理是高分子材料表面改性的一種有效方法 ,處理后的表面特性主 要取決于所使用的工藝氣體 .表 1 列出了一些典型工藝氣體對處理材料表面的作 用效果.等離子體表面處理使纖維、高分子材料表面活化,選用合適的助劑或單體可改變纖維表面性能并賦予織物一些特殊性能 ,如防皺、防紫外線、有香味等 ,處理效果 優(yōu)于傳統(tǒng)濕加工法 ,如耐久性提高、助劑用量減少、纖維損傷小、強(qiáng)度保留率高 等.將等離子體表面處理與防皺整理聯(lián)合使用時(shí) ,棉織物的強(qiáng)力保留率遠(yuǎn)高于單用 防皺整理 .王雪燕等