等離子體技術(shù)在紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用

等離子體技術(shù)在紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用

工藝中的沉淀、工藝、漂白和絲綢光是濕加工處理的一部分。在處理過程中產(chǎn)生的大量廢水容易引起環(huán)境破壞。近幾年,隨著人們對環(huán)境問題的重視,特別是對水污染問題的密切關(guān)注,綠色生產(chǎn)也成為紡織生產(chǎn)發(fā)展的方向。作為染整清潔工藝生產(chǎn)的新技術(shù)——等離子體技術(shù),節(jié)水、節(jié)能、環(huán)境污染少,操作簡單且易控制,而且對紡織品處理時僅涉及纖維的表面,不破壞纖維自身的性質(zhì),理論上可應(yīng)用于各種紡織品處理。因此,可以說等離子體技術(shù)滿足了生態(tài)紡織品發(fā)展的需要,正越來越受到人們的重視。1物質(zhì)的自然凝聚態(tài)等離子與人們熟悉的物質(zhì)三態(tài)(氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài))一樣,是物質(zhì)存在的另一種凝聚態(tài),所以等離子態(tài)又被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。1879年,英國的威廉·克魯克斯在做氣體放電實驗時,確認(rèn)電管中存在這種物質(zhì)的第四態(tài)。1928年,朗格繆爾將這種氣體的存在形式命名為等離子體。1.1氣相色譜圖14等離子體是部分離子化的氣體由高能電子、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(fù)合物。等離子體處于激發(fā)態(tài)、電離的高能狀態(tài),但其電子所帶的負(fù)電荷和離子所帶的正電荷總數(shù)數(shù)值相等,宏觀上對外不顯電,呈中性,故稱等離子體。等離子體內(nèi)的電子可以脫離原子進行完全自由的運動,就像普通氣體分子運動一樣。1.2生成等離子體氣體中的原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài),這種不連續(xù)的能量狀態(tài)稱為能級。原子從有較高能量的高能級躍遷到有較低能量的低能級時,就要發(fā)射一個相應(yīng)能量的光子,而給原子施加一定的能量也可實現(xiàn)原子從低能級向高能級的躍遷。所以,給普通氣體施加一定的能量,就會破壞氣體原本的有序度,生成等離子體。生成等離子體的能量供給方式主要有:電能、熱能、核能、輻射能、機械能。1.3離子溫度ti在等離子體中,電子和離子的能量狀態(tài)是重要的參數(shù),一般用電子溫度Te和離子溫度Ti來表示。氣體電離生成等離子體時,由于放電方式和體系壓力不同,一般分為Te≈Ti和Te>>Ti兩種情況,前者稱為平衡態(tài)等離子體,即高溫等離子體,后者稱之為非平衡態(tài)等離子體,即低溫等離子體。1.3.1等離子體技術(shù)在高溫等離子體中,電子與氣體粒子的能量相等,如電弧反應(yīng)、熱核反應(yīng)、激光誘導(dǎo)反應(yīng)都屬于高溫等離子體范疇。由于高溫等離子體整個體系溫度很高,纖維、高分子材料在這樣的高溫下都會發(fā)生熱分解,因此,高溫等離子體不適宜處理紡織材料。1.3.2低溫狀態(tài)存在氣體不穩(wěn)定在低溫等離子體中,電子溫度104~105K,而氣體卻以低溫狀態(tài)存在。低溫等離子體最適用于高分子材料處理,紡織領(lǐng)域基本上應(yīng)用的是由電暈放電和輝光放電產(chǎn)生的低溫等離子體。2用陽離子裝置代替線紡織機2.1人們都有好、感悟棉織物作為天然纖維中的一大類,具有穿著舒適、吸濕透氣性好、手感自然、抗靜電、經(jīng)濟實惠等一系列優(yōu)點,受到了人們的一致青睞。棉纖維的主要成分是纖維素,其次,含有5%左右的脂肪、蠟質(zhì)、果膠、含氮物質(zhì)、糖類、灰分等纖維伴生物。2.2染整加工過程紡織品染整加工主要是通過化學(xué)方法用各種機械設(shè)備對紡織品進行處理的過程。紡織品的染整加工過程包括:前處理、染色或印花和后整理。棉織物的前處理,包括原布準(zhǔn)備、燒毛、退漿、煮練、漂白、開幅、軋水、烘干和絲光等工序。棉織物的后整理有定形整理、光澤和軋光整理、絨面整理、增白整理、手感整理、樹脂整理、酸減量整理及功能性整理等。2.3等離子體處理經(jīng)過漿紗、制造等工序,棉織物表面有纖維共生物及殘留有漿料,這些使棉織物表面具有拒水性,影響后步染色和印花工序質(zhì)量。采用低溫等離子體產(chǎn)生的高能粒子撞擊棉纖維表面,使纖維表面的附著物分析發(fā)生氧化分解反應(yīng),生成水溶性基團或是氣體和水,從而達到清除雜質(zhì)的目的。最早將等離子體技術(shù)用于棉紗處理的是Stone和Barrett,他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理的棉紗吸濕性顯著增加,低捻度下的強力也增加。經(jīng)ESCA測定,氧化反應(yīng)后聚合物表面產(chǎn)生的-C=O、-COOH、-OH等官能團的密度高達1014~1015個/cm2,這些基團的存在,極大地提高了棉纖維的潤濕性。但有報道認(rèn)為,隨著處理時間過長會造成棉織物潤濕性下降。棉織物經(jīng)過低溫等離子體處理后,坯布的斷裂強度和拉伸強度一般大于常規(guī)煮練織物,但使用等離子體退漿、煮練后,如果處理條件不當(dāng),也會引起有色織物褪色、重量損失、強度下降等問題。2.4等離子體處理改善表觀性能在所有染料中,活性染料由于染色工藝經(jīng)濟和染色性能良好的特點,在棉織物染色中較多使用。但在使用過程中也會出現(xiàn)染色殘液不符合環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)等問題,若使用被譽為“綠色整理”的等離子體技術(shù),就能很好地克服這個缺點。低溫等離子體用于棉織物染色可以通過以下途徑:(1)利用等離子體的高能量傳遞給纖維大分子,在纖維表面引入可與染料接枝的自由基。(2)利用含有特定粒子氣體的等離子體,在纖維表面引入和染料具有反應(yīng)性的基團。例如,用NH3等離子體處理,在纖維上引入-NH2等含氮基團,提高染料上染性能。(3)利用等離子體表面處理的刻蝕,使紡織品表面粗糙化,提高織物的表觀深度。棉纖維上含有許多極性的羥基,是一種親水性纖維,染色性能良好。然而等離子體處理后可對棉纖維的刻蝕和纖維表面改性,產(chǎn)生的自由基離子一部分通過碎片化和異構(gòu)化作用而引入大量親水基團,能與活性染料分子相互作用,將極大地增強纖維表面的吸水性,可改善其染色性能,提高纖維表觀深度(K/S)和染料的上染百分率。但對直接染料的上染速度和上染百分率并沒明顯的影響。2006年,胡春弘等人探討了使用活性藍KN2RG對改性織物的染色性能,并測試了改性棉織物的斷裂強力。結(jié)果表明,選擇合適的等離子體處理工藝,染料的上染百分率和織物的斷裂強力會得到較大提高。2008年,HAKarahan等人先用氬氣常壓等離子體對織物進行表面活性處理,然后再在織物表面接枝乙二胺和三乙烯四胺,對比發(fā)現(xiàn),經(jīng)過接枝提高了棉織物用酸性染料染色的性能。2.5人類對紡織性能的要求隨著人們生活水平的提高,傳統(tǒng)服裝品的性能已滿足不了人類對紡織品性能的更高要求,各行業(yè)、各領(lǐng)域?qū)徔椘诽岢隽瞬煌囊?。對于紡織品特殊性能可通過采用特殊性整理獲得,使紡織品具有原來沒有的性能。2.5.1抗紫外線整理棉織物2008年,董媛媛等人選用親水型有機硅抗輻射整理劑CGKF,利用大氣壓等離子體技術(shù),采用先浸漬整理劑CGKF再經(jīng)等離子體處理和先用等離子體處理再浸漬整理劑CGKF的兩種工藝,對棉織物進行抗紫外線整理。結(jié)果表明,經(jīng)先浸整理劑CGKF再經(jīng)等離子體處理工藝整理的棉織物抗紫外線性能較好。2.5.2等離子體處理近年來,有人采用等離子體處理引發(fā)不同乙烯基單體、含氟單體對棉纖維進行接枝聚合改性,如Byrne和Brown用乙烯單體聚合沉降到棉織物或其它織物表面,觀察到了包括棉纖維拒水性提高等纖維性質(zhì)的一些改變。2002年,朱峰等人使用某種氟碳化合物的AC等離子體沉積方法,在棉織物表面涂覆一層很薄的憎水膜,并與商用ScotchgardTM防水防污噴霧型保護劑涂覆的織物進行了比較。研究表明,等離子體涂覆織物的這些性能都優(yōu)于保護劑涂覆織物的性能。2.5.3等離子體處理Ward和Benerito分別采用氫、氦、氨等不同氣體等離子體處理棉織物,發(fā)現(xiàn)經(jīng)氨等離子體處理后,由于在棉纖維的大分子上引入氮原子形成了酞胺基,干折皺回復(fù)性大大提高,靠近電極處的干折皺回復(fù)角增加近20%,但濕折皺回復(fù)性沒有變化,有人懷疑氨等離子體可能會引起纖維素晶格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。2004年,王雪燕等人研究等離子體處理對用絲素與乙二醛聯(lián)合整理及樹脂整理后棉織物防皺效果的影響。結(jié)果表明,等離子體處理能代替防皺整理工藝中的焙烘工序,促進整理劑與纖維間的交聯(lián)反應(yīng),提高棉織物的抗皺性能,防止棉織物的強力損失,減少棉織物游離甲醛釋放量。等離子體處理后再經(jīng)焙烘,可進一步減少棉織物上游離甲醛含量,提高折皺回復(fù)角。3等離子體整理棉織物風(fēng)格的內(nèi)在改善在人們的環(huán)保意識越加強烈的今天,等離子技術(shù)所具有的環(huán)保、經(jīng)濟、節(jié)能、節(jié)水等一系列的優(yōu)點,使其成為