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摘要:等離子體技術(shù)作為一種環(huán)境友好型的新工藝,在紡織工業(yè)中的應(yīng)用正越來(lái)越受到人們重視。重點(diǎn)綜述了近年來(lái)等離子技術(shù)在纖維材料印染加工的應(yīng)用狀況,并簡(jiǎn)要介紹了等離子體設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞:等離子體;紡織印染;應(yīng)用

等離子體表面改性是一項(xiàng)高新技術(shù),它是一種以物理手段處理纖維達(dá)到化學(xué)處理效果的方法。等離子體表面改性是干態(tài)處理,節(jié)能節(jié)水、清潔高效、操作簡(jiǎn)單且易控制、環(huán)境污染小。經(jīng)過(guò)該方法處理的織物僅涉及纖維的表面,不破壞纖維自身的性質(zhì),使纖維表面特性得以改變而達(dá)到理想的應(yīng)用效果。這樣既可保持織物原有優(yōu)點(diǎn),又可賦予其新特性或消除某些缺點(diǎn)。因此,等離子技術(shù)符合可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的要求,正越來(lái)越受重視。

1等離子的概念及基本特性

當(dāng)氣態(tài)物質(zhì)的溫度升高,氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇,當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí),構(gòu)成分子的原子獲得足夠大的動(dòng)能,便開始彼此分離,分裂成單個(gè)原子,這一過(guò)程稱為離解。若再進(jìn)一步加熱,原子外層的電子便擺脫原子核的束縛而成為自由電子。最終使構(gòu)成氣體的分子及原子成為帶正電荷的離子,這個(gè)過(guò)程稱為電離。等離子體指的就是這種電離氣體,是一種導(dǎo)電率很高的導(dǎo)電流體,它是一種屬于物質(zhì)三態(tài)之外的另一種性質(zhì)奇特的物質(zhì)聚集態(tài),即通常所說(shuō)的物質(zhì)的“第四態(tài)”。由于在這種聚集態(tài)中電子的負(fù)電荷總數(shù)與離子的正電荷總數(shù)在數(shù)值上是相等的,宏觀上呈現(xiàn)電中性,因而又稱其為等離子體。

一般將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體兩類。前者又稱為平衡等離子體,它的電子和分子或原子類粒子都具有非常高的溫度,一般用于處理熔點(diǎn)較高的物體,如鋼鐵、噴絲板、化纖的導(dǎo)絲部件等各種金屬制品;后者又稱為非平衡等離子體,它的電子和分子或原子類粒子的溫度比較低,一般用于處理熔點(diǎn)較低的物體。目前,在紡織領(lǐng)域中應(yīng)用的等離子體主要是低溫等離子體。

1·1等離子體產(chǎn)生的方法

等離子體可以通過(guò)多種方法產(chǎn)生。自然界中的日光、雷電和極光都可以產(chǎn)生等離子體。實(shí)驗(yàn)室主要采用電暈放電和輝光放電的方法得到低溫等離子體。電暈放電是指在大氣壓條件(空氣介質(zhì)和通常的氣壓)下產(chǎn)生的弱電流放電。輝光放電又稱為高頻放電,是低于大氣壓條件下的放電。

1·2低溫等離子體處理紡織品的作用方式

低溫等離子體的作用方式主要有三種:等離子體表面處理改性(PST法)、等離子體接枝聚合(PGP法)和等離子體沉積聚合(PPD法)。PST法是指對(duì)材料表面或極薄表層的活化、刻蝕處理,通常稱為減量處理。因?yàn)榈蜏氐入x子體中的電子等活性因素的能量(高達(dá)20eV)比有機(jī)化合物的化學(xué)鍵能(<10eV)高得多,在化學(xué)性上很活躍。當(dāng)處理有機(jī)化合物時(shí),很容易使被處理物表面纖維發(fā)生斷裂,從而改善纖維或織物的吸濕性、拒水性、抗污性及染色性等性能。PGP法是運(yùn)用等離子體作用首先使表面活化,并引入活性基團(tuán),然后再運(yùn)用接枝方法在原表面上接上許多活性支鏈,構(gòu)成新表層。PPD法是將有機(jī)化合物的氣體形成等離子體狀態(tài),通過(guò)控制工藝條件,使其沉積在處理物表面形成覆膜的方法。后兩類是增量處理法。

2等離子技術(shù)在紡織印染中的應(yīng)用

國(guó)外在高分子材料的研究和應(yīng)用上使用等離子技術(shù)起步較早。從目前各國(guó)的研究狀況來(lái)看,美國(guó)的研究工作比較系統(tǒng),偏重于等離子體改性的基礎(chǔ)研究[6~8]。日本的研究則偏重于應(yīng)用領(lǐng)域。目前等離子體在紡織印染行業(yè)應(yīng)用的整體趨勢(shì)是向工業(yè)實(shí)用性方向發(fā)展。

等離子體技術(shù)在紡織印染中的應(yīng)用始于上世紀(jì)50年代,我國(guó)從80年代開始將等離子體技術(shù)應(yīng)用到紡織品工業(yè)中。在紡紗織造過(guò)程中,可用等離子體作用于織物的上漿,使紗線上漿均勻;在印染前處理過(guò)程中,等離子體技術(shù)能夠優(yōu)化織物的退漿、精練,提高前處理效率,還可以改進(jìn)染色和印花工藝,使工藝高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保;在印染后整理過(guò)程中,等離子體處理對(duì)織物抗靜電性、抗起毛起球性、易去污性、拒水拒油性等有著顯著的效果,這對(duì)于提高織物的附加值有著積極的意義。同時(shí)等離子體處理與其它整理劑結(jié)合使用,可以提高整理劑的功效及功能整理的效果。

2·1纖維素纖維的等離子體處理

等離子體處理棉纖維一般是等離子體的表面處理改性法(PST法),可以改善纖維的黏合能力和潤(rùn)濕性能,提高染色性能。早在1992年日本山東鐵工所就開發(fā)設(shè)計(jì)了連續(xù)式低溫等離子體處理裝置,實(shí)現(xiàn)了對(duì)棉等纖維素纖維的退漿、精練的加工。利用輝光放電,氧化性氣體等離子將棉織物上的PVA等漿料的分子鏈切斷,引入了羧基、羥基等親水性基團(tuán),使PVA更加容易去除。棉織物經(jīng)過(guò)等離子處理后強(qiáng)力不會(huì)下降。蔡再生,邱夷平等人研究發(fā)現(xiàn)利用常壓等離子體作用在前處理退漿過(guò)程中,可以使部分PVA漿料大分子氧化成小分子,如CO2、H2O而直接消失在空氣中,另一部分PVA大分子被氧化降解成分子鏈較短的分子,從而提高PVA在水中的溶解率,進(jìn)而有助于PVA漿料去除。同時(shí)經(jīng)FT-IR測(cè)得PVA的C-C、C-H鍵減少,C-O、O-C-O鍵增加,親水性增強(qiáng),有利于退漿。