摘要:等离子体技术作为一种环境友好型的新工艺,在纺织工业中的应用正越来越受到人们重视。重点综述了近年来等离子技术在纤维材料印染加工的应用状况,并简要介绍了等离子体设备的发展现状。
关键词:等离子体;纺织印染;应用
等离子体表面改性是一项高新技术,它是一种以物理手段处理纤维达到化学处理效果的方法。等离子体表面改性是干态处理,节能节水、清洁高效、操作简单且易控制、环境污染小。经过该方法处理的织物仅涉及纤维的表面,不破坏纤维自身的性质,使纤维表面特性得以改变而达到理想的应用效果。这样既可保持织物原有优点,又可赋予其新特性或消除某些缺点。因此,等离子技术符合可持续性发展战略的要求,正越来越受重视。
1等离子的概念及基本特性
当气态物质的温度升高,气体分子的热运动会加剧,当温度升高到一定程度时,构成分子的原子获得足够大的动能,便开始彼此分离,分裂成单个原子,这一过程称为离解。若再进一步加热,原子外层的电子便摆脱原子核的束缚而成为自由电子。最终使构成气体的分子及原子成为带正电荷的离子,这个过程称为电离。等离子体指的就是这种电离气体,是一种导电率很高的导电流体,它是一种属于物质三态之外的另一种性质奇特的物质聚集态,即通常所说的物质的“第四态”。由于在这种聚集态中电子的负电荷总数与离子的正电荷总数在数值上是相等的,宏观上呈现电中性,因而又称其为等离子体。
一般将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体两类。前者又称为平衡等离子体,它的电子和分子或原子类粒子都具有非常高的温度,一般用于处理熔点较高的物体,如钢铁、喷丝板、化纤的导丝部件等各种金属制品;后者又称为非平衡等离子体,它的电子和分子或原子类粒子的温度比较低,一般用于处理熔点较低的物体。目前,在纺织领域中应用的等离子体主要是低温等离子体。
1·1等离子体产生的方法
等离子体可以通过多种方法产生。自然界中的日光、雷电和极光都可以产生等离子体。实验室主要采用电晕放电和辉光放电的方法得到低温等离子体。电晕放电是指在大气压条件(空气介质和通常的气压)下产生的弱电流放电。辉光放电又称为高频放电,是低于大气压条件下的放电。
1·2低温等离子体处理纺织品的作用方式
低温等离子体的作用方式主要有三种:等离子体表面处理改性(PST法)、等离子体接枝聚合(PGP法)和等离子体沉积聚合(PPD法)。PST法是指对材料表面或极薄表层的活化、刻蚀处理,通常称为减量处理。因为低温等离子体中的电子等活性因素的能量(高达20eV)比有机化合物的化学键能(<10eV)高得多,在化学性上很活跃。当处理有机化合物时,很容易使被处理物表面纤维发生断裂,从而改善纤维或织物的吸湿性、拒水性、抗污性及染色性等性能。PGP法是运用等离子体作用首先使表面活化,并引入活性基团,然后再运用接枝方法在原表面上接上许多活性支链,构成新表层。PPD法是将有机化合物的气体形成等离子体状态,通过控制工艺条件,使其沉积在处理物表面形成覆膜的方法。后两类是增量处理法。
2等离子技术在纺织印染中的应用
国外在高分子材料的研究和应用上使用等离子技术起步较早。从目前各国的研究状况来看,美国的研究工作比较系统,偏重于等离子体改性的基础研究[6~8]。日本的研究则偏重于应用领域。目前等离子体在纺织印染行业应用的整体趋势是向工业实用性方向发展。
等离子体技术在纺织印染中的应用始于上世纪50年代,我国从80年代开始将等离子体技术应用到纺织品工业中。在纺纱织造过程中,可用等离子体作用于织物的上浆,使纱线上浆均匀;在印染前处理过程中,等离子体技术能够优化织物的退浆、精练,提高前处理效率,还可以改进染色和印花工艺,使工艺高效、经济、环保;在印染后整理过程中,等离子体处理对织物抗静电性、抗起毛起球性、易去污性、拒水拒油性等有着显著的效果,这对于提高织物的附加值有着积极的意义。同时等离子体处理与其它整理剂结合使用,可以提高整理剂的功效及功能整理的效果。
2·1纤维素纤维的等离子体处理
等离子体处理棉纤维一般是等离子体的表面处理改性法(PST法),可以改善纤维的黏合能力和润湿性能,提高染色性能。早在1992年日本山东铁工所就开发设计了连续式低温等离子体处理装置,实现了对棉等纤维素纤维的退浆、精练的加工。利用辉光放电,氧化性气体等离子将棉织物上的PVA等浆料的分子链切断,引入了羧基、羟基等亲水性基团,使PVA更加容易去除。棉织物经过等离子处理后强力不会下降。蔡再生,邱夷平等人研究发现利用常压等离子体作用在前处理退浆过程中,可以使部分PVA浆料大分子氧化成小分子,如CO2、H2O而直接消失在空气中,另一部分PVA大分子被氧化降解成分子链较短的分子,从而提高PVA在水中的溶解率,进而有助于PVA浆料去除。同时经FT-IR测得PVA的C-C、C-H键减少,C-O、O-C-O键增加,亲水性增强,有利于退浆。
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