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1、纤 维 生 产 低 温 离 子 体 处 理 技 术 在 化 学 纤 维改 性中 的 应用 卢记军曾宪森程向东武汉科技学院( 中国) 摘要: 描述了 低温等离子体对纺织品进行表面处理的优点及特性。综述了国内外低 温等离 子体在化学纤维表面改性方面的应用情况: 用低温等离 子体处理聚醋、 聚丙烯等纺织纤维材料, 可提高纤维的吸附性、 可染性、 可纺性等性能。 关键词: 低温等离子体, 化学纤维, 表面改性 由于等离子体对材料的作用 只发生在其表面几十至数千埃 ( 1 埃= 1 0 一 0 m ) 厚度范围内, 且可 以在较低的温度或接近室温下进 行 1 ,2 。 低温 等 离 子 体既 可 改 善
2、 聚 合物的表面性质, 同时又不改变聚 合物母体的性质, 使其非常适合纺 织材料的改性。这样既可保持纺 织品原有优点, 又可赋予新特征或 消除某些缺点。自2 0 世纪9 0 年 代中期以 来, 等离子体技术在纺织 材料中的研究与应用倍受关注, 并 被视为当今高新技术发展的前 沿 2 1 。 等 离 子 体处理纺织品的反 应是气相与固相之间的直接作用, 无需水作介质, 无需化学品、 蒸气, 省去了烘干和废水处理过程, 既节 省资源, 又有利环保。 1 概述 等离子体是物质聚集态的第 四态, 是由极具反应活性的电子、 离子、 自由基、 激发态的原子、 分子 等活性粒子组成的集合体。等离 子体中的活
3、性粒子会因运动状态 的改变辐射释放能量。因此, 等离 子体应用于材料处理时, 一方面活 性离子直接参与反应或转移能量, 另一方面通过等离子体辐射释放 的 能量有效地激活反应体系 川。 等离子体具有双温性, 即电子温度 和离子温度。按粒子温度的不同, 等离子体分为高温等离子体和低 温等离子体。高温等离子体( 也叫 热平衡等离子体) 的特征是电子温 度等于离子温度; 低温等离子体 ( 也叫非平衡态等离子体) 的特征 是电子温度( 约1 0 4 K ) 远高于离子 温度( 3 0 0 一 5 0 0 K ) , 离子、 自由基、 中性原子或分子等重粒子的温度 接近或略高于室温。据此称这种 等离 子
4、体为低温等离子体 2 j 。 低 温等离子体一方面具有足够高能 量的活性使反应物分子激发、 电离 或断键, 另一方面不会使被处理材 料热解或烧蚀, 低温等离子体可 用于纺织品处理。 最常用于纺织品改性的低温 等离子体可分为两类: 电晕放电和 辉光放电。到目前为止, 低气压辉 光放电等离子体已经得到较好研 究并已广泛应用于材料加工( 沉 积、 刻蚀和表面改性) 等领域, 这种 放电有比较低的击穿电压, 容易实 现稳定放电, 还可以在较大尺度内 实现均匀以及相对高的活性粒子 浓度等。但低气压放电离不开真 空系统, 这使得材料处理不能连续 地进行, 而且设备价格较昂贵。这 使得人们开始注意对一些大气
5、压 下放电等离子体的应用研究, 如电 晕 放电、 介质阻档放电( d i e l e c t r i c b a r r i e r d i s c h a r g e , D B D ) 和弧放电 等。由于这几类放电等离子体在 某些场合不太适合, 如D B D放电 持续时间太短( 纳秒级) , 而且这种 微放电或丝状放电也不均匀, 容易 导致被处理材料表面凹痕或针眼。 而弧放电则因为能量密度太高很 容易损伤薄的或比较脆弱的工件。 电晕放电是在常压下进行的, 可实 现连续化处理, 且设备价格较低, 因此许多人也在尝试用它对纺织 品进行改性。但电晕放电产生活 性粒子的效率太低且不均匀。两 者比较
6、起来, 辉光放电比较稳定, 对材料的作用比较均匀, 改性的效 果比较好。故大多纺织品的等离 子体改性处理, 都采用辉光放电。 自1 9 8 8 年O k a z a k i 等人报道了一 种大气压下惰性气体中产生的稳 定辉光放电以来 , 由于大气压辉 光放电均匀性好、 能量效率高并且 国际纺织导报2 0 0 5 年第1 2期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤 维 生 产 不需要真空系统, 正日益受到人们 重 视 4 1 。 低温等离子体表面改性的主 要途径
7、包括表面溅射、 表面刻蚀 、 表 面 交 联 和 形 成 新的 化 学结 构川。 等离子体处理技术在纺织品上主 要应用于亲水处理、 干燥清洁处 理、 拒油处理、 预处理、 永久亲水整 理、 拒 水整 理 和深黑 整 理等 2 1 。 2 应用 低温等离子体在天然纤维和 化学纤维改性中得到了广泛的应 用, 使其获得更好的可纺性、 可加 工性和优良的服用性能。低温等 离子体处理技术可处理的纺织材 料有羊毛、 兔毛、 r麻、 棉、 蚕丝、 聚 合 物、 玻漓 纤 维 等 6 ,7 7 。 目 前, 采 用 低温等离子体表面处理技术对纺 织品进行处理在国外已用于工业 化生产, 国内也在积极研究中。本
8、文主要讨论低温等离子体在合成 纤维改性及加工中的应用。P E T , 聚丙烯等合成纤维是不易染色的 纤维, 而且吸湿性极低, 需要采用 专用的染料进行染色, 即使这样, 上染率、 染色牢度和鲜艳度也很难 达到要求。经低温等离子体处理 后, 可使纤维表面形成微凹坑和一 些微细裂纹, 同时还可增加纤维的 表面积, 不仅可增强这些纤维与其 他纤维间的抱合力, 而且可提高纤 维表面的润湿性、 上染率、 染深性 和染色牢度。 东 华 大学唐晓亮等 8 1 采用常 压等离子体处理P E T , 改善染色性 能, 使用不同气体的常压D B D对 P E T 织 物 进行 处理。 研究证明, 处 理后P E
9、T 织物的染色性能得到大 幅度提高。常压D B D处理可大幅 度提高P E T 织物染色K / S 值和上 染量, 其中K / S 值以高温高压法分 散蓝染料染色提高最大, 达3 0 % 一 5 0 %; 上染量以A r 和 0 2 一 A r ( 1 : 1 0 )等离子体处理提高较大, 达2 0 %左右。织物经等离子体处 理不仅上染量提高, 而且摩擦牢度 没有降低, 基本达到5 级。 同 济大学李敏等 9 , 10 采用氧 低温等离子体技术对细旦P E T 进 行改性。结果表明: 在最佳工艺条 件下, 细旦 P E T的上染率提高 1 7 %左右, 且润湿性不随放置时间 衰减。 顾 彪等
10、11 ,12 利 用 无 声 放电、 辉 光放电等离子体方法对聚丙烯纤 维和聚醋( P E T ) 纤维表面进行接 枝改性, 傅里叶红外光谱( F T I R ) 和X射线光电子能谱( X P S ) 表明, P E T 纤维经无声放电引发气相接 枝丙烯酸改性后, 表面的拨基、 经 基和浚基等极性基团增加, 氧碳摩 尔分数比增大。扫描电镜( S E M ) 观察发现纤维表面粗糙度随放电 时间增加而增大, 改性后的P E T 对 碱性染料的上染率有所提高。 细旦聚丙烯纤维是近年来世 界开发的热点, 在服装市场的地位 不断提高, 被称为“ 人体服装空调 器” , 是一种近乎完美的纺织纤维, 具有广
11、阔的发展前景。但聚丙烯 纤维由于大分子链结构规整、 结晶 度高、 缺乏官能基与极性基因, 因 此吸湿性差、 染色性不高, 这限制 了它的进一步推广。聚丙烯纤维 的染色性一直是纺织界致力解决 的难题。 F . M a s s in e s , G . G o u d a 13 采 用H e , N 2 , N 2 一 0 2 辉光D B D等 离子体处理聚丙烯, 通过可湿性和 X P S 观察表明, 放电状态影响到气 体中电子比率和等离子体中的活 性粒子分布, 对聚丙烯改性有较大 影响。采用 H e 作介质时, 比较辉 光D B D等离子体和线状 D B D等 离子体两种处理方法, 聚丙烯的吸
12、湿性前者优于后者, 采用N 2 作介 质时, 则无明显差异。N 2 中加入 0 : 后效果更加显著, 主要原因是 0 , 参与了表面化学过程并弓 ! 起降 解。 金 郡潮等 “ , 用0 2 , N 2 等离 子体处理聚丙烯薄膜, X P S 分析表 明空气等离子体处理3 m i n, 样品 的氧成分由原来的0 . 巧%上升为 1 0 . 5 % , 碳成分由9 9 . 8 5 %下降 为8 9 . 5 %; 2 0 m i n 后氧成分明显 下降, 碳又 重 新上升 至9 5 . 5 %, 这 证实了等离子体与基质的作用主 要有两类, 即弓 入含氧基团和表面 刻蚀作用。在反应初期, 等离子体
13、 对材料以弓 入基团的反应为主, 随 着时间的延长及表面含氧基团的 增加, 其脱落速率也逐步增加, 刻 蚀逐步占据主导作用, 所以含氧基 团的数量会下降。刻蚀作用既减 少极性基因, 又使薄膜表面粗糙 化, 增加比表面积。因此薄膜表面 虽然极性基团减少了, 但接触角仍 然下降。但极性基团对纤维的吸 湿性起主要作用, 所以处理时间不 宜太长。 陈 光良, 、 张 广秋等 16 研究了 等离子体改性聚丙烯纤维对混凝 土抗压性能的影响, 结果表明通过 低温等离子体表面改性处理后, 聚 丙烯纤维表面明显被毛化。纤维 的表面积和表面能增大, 亲水性提 高, 亲水性能的增强使其与混凝土 国际纺织导报2 0
14、0 5年第1 2期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤 维 生 产 的结合力增大。在混凝土中掺加 经等离子体改性的聚丙烯纤维比 掺加未经改性的抗压值提高了 7 . 2 %, 并与掺加进口网状聚丙烯 纤维的混凝土抗压值相当。其在 工业中的运用有待进一步- 1 1 证。 聚乙烯( P E ) 分子链上不含任 何极性基团, 导致 P E制成的纤维 或薄膜有一系列缺点, 如容易带静 电、 易沽污、 粘结牢度低、 生物相容 性差、 难于染色等。接枝共聚是改 善P E
15、表面性能, 使其获得亲水性 的有效途径。天津工业大学牛家 嵘、 顾 振 亚等 17 ,1 8 利用 低温 空 气 等 离子体对聚醋( P E T )薄膜和低密 P E 薄膜进行表面改性。P E薄膜 经微波低温空气等离子体处理后, 与空气接触, 表面生成过氧基团的 浓度的数量级为1 0 一 0 m o l/ c 耐, 可 以引发P E 薄膜与丙烯酸( A A c ) 单 体进行接枝反应。接枝改性后的 P E 薄膜亲水性随着丙烯酸接枝量 的提高而提高, 可使薄膜亲水性获 得持久改善, 且其对碱性染料的着 色量也获得明显提高。 天津大学李加深、 盛京等 19 采用氮气、 二氧化碳和空气等离子 体技术
16、处理聚苯乙烯表面, 并用X 光电子能谱( X P S ) 测定了聚合物 表面的元素组成、 相对含量和表面 功能团的类型。经过不同条件处 理后的聚合物表面引入了含氮和 含氧基团, 明显改善了材料的湿润 性和粘着性; 且不同处理条件对表 面的氮、 氧含量有很大影响。 本课题组用低温等离子体处 理混凝土模板衬, 以改善聚丙烯模 板衬的亲水性, 使模板衬具有较好 的透水性, 使混凝土强度由3 2 . 8 M P a 提高4 3 . 6 M P a ( 2 8 天钻芯取 样) , 且混凝土表面平整, 无气泡, 无缺陷。 3 结论 综上所述, 低温等离子体技术 用于纺织品表面处理在我国是一 项新的技术。采
17、用低温等离子体 处理技术可对纺织品进行亲水处 理、 干燥清洁处理、 拒油处理、 预处 理、 永久亲水整理、 拒水整理、 深黑 整理等, 从而使纺织品表面具有优 良的性能, 进而扩大其应用领域。 低温等离子体法是一种干法工艺, 完全不用水, 设备投资少, 操作简 单, 高效, 环保。 参考文献 葛丽波, 于伟东. 等离子体在纺织材料上 应用现状的探析( 上) . 高分子材料科学与 Z程, 1 9 9 9 , ( 9 ): 2 2 一 2 4 杨文芳, 顾振亚. 低温等离子体技术在纺 织品中的应用. 针织工业, 2 0 0 0 , ( 6 ) : 5 3 5 5 毛志勇. 纺织品低温等离子体表面处
18、理技 术介绍. 非织造布, 2 0 0 3 , 1 2 ( 1 1 ): 2 0 - 2 2 张锐, 刘鹏, 詹如娟. 大气压辉光放电研究 现状及应用前景. 物理, 2 0 0 4 , 3 3 ( 6 ): 4 3 0- 4 3 4 刘松涛, 晏雄. 改善丙纶吸湿性能的方法. 产业用纺织品, 2 0 0 4 , ( 6 ): 3 5 一 3 9 邢声远. 低温等离子体技术在纺织工业中 的应用. 毛纺科技, 2 0 0 4 , ( 1 ): 2 1 - 2 6 陈彦模, 朱美芳. 聚丙烯纤维发展现状和 未来趋势展望. 江苏纺织, 1 9 9 9 , ( 5 ): 2 8-3 1 8 唐晓亮, 任
19、忠夫, 邱高, 等. 常压等离子体 处理改善涤纶染色性能的研究. 印染, 2 0 0 4 , ( 1 9 ): 1 一 3 9 李敏, 韦鹤平, 张勤俭. 氧等离子体改性细 旦涤纶生产工艺. 污染防止技术, 1 9 9 9 , 1 2 ( 4 ): 2 2 5一 2 2 7 1 0 李敏, 张勤俭. 细旦涤纶的氧等离子体改 性清洁工艺研究 环境与开发, 2 0 0 0 , 巧( 4 ): 2 2 一 2 4 1 1顾彪, 陈茹. 辉光放电等离子体对聚丙烯 纤维的表面改性 高分子通报, 2 0 0 3 , ( 2 ): 5 1 一 5 8 1 2顾彪, 彭静, 张砚臣. 无声放电对聚酷织 物表面
20、的等离子体接枝改性. 大连理工大 学学报, 1 9 9 9 , ( 6 ): 7 2 6 一 7 2 9 1 3 M a s s i n e s F , G o u d a G . T h e ro l e o f d i e l e c t r i c b a r r ie r d i s c h a r g e a t m o s p h e r e a n d p h y s i c s o n p o ly p r o p y l e n e s u r f a c e t r e a t m e n t . P l a s m a s a n d P o l y m e r s ,
21、2 0 0 1 , 6 ( 1 一 2 ) : 3 5 一4 9 1 4金郡潮, 戴瑾瑾. 氮等离子体处理羊毛活 性染料染色的研究. 纺织学报, 2 0 0 2 , ( 2 ): 8 9 一 9 0 巧 金郡潮, 戴瑾瑾, 梁静, 等. 离子体处理羊 毛织物防毡缩性能的研究 毛纺科技, 2 0 0 1 , ( 6 ): 1 9 一 2 3 1 6 陈光良, 张广秋, 葛袁静, 等. 离子体改性 聚丙烯纤维对混凝土抗压性能的影响. 北 京印刷学院学报, 1 1 ( 3 ): 2 4 一 2 6 1 7牛家嵘, 顾振亚. 利用微波低温空气等离 子体引发聚乙烯薄膜接枝丙烯酸的研究. 合成纤 维, 2
22、 0 0 4 增刊, 6 一 8 , 2 4 1 8牛家嵘, 顾振亚. 利用低温空气等离子体 改善聚醋和聚乙烯薄膜表面亲水性的研 究. 天津工业大学学报, 2 0 0 4 , 2 3 ( 4 ): 4 0-4 7 1 9李加深, 盛京. X P S 研究低温等离子体聚 苯乙烯表面改性. 高分子学报, ( 2 ): 1 8 2 一 1 8 5 ( 下转第2 1 2 0 0 1 , 页) 国际纺织导报2 0 0 5年第1 2期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纤
23、 维 生 产 一 长 余 辉 发 光 涤 纶 的 发 光 机 理 、 性 能 与 生 产 分 析 唐听广州大学纺织服装学院( 中国) 摘要: 描述了采用母粒注射熔融纺丝生产的长余辉发光涤纶的发光原理。长余辉发 光材料的发光原理是: 稀土中 葫( E u 2 . ) 为激活剂形成发光中 心。分析了生产 中的技术难点, 提出了 若干措施。 关键词: 涤纶, 长余辉, 稀土铝酸盐, 母粒注射法, 熔融纺丝 历史, 最早可以追溯到1 8 6 6 年法 1 长余辉发光材料国 人 制 备 的Z n S - C u , 它 是 第 一 个 具有实际意义的长余辉发光材料。 余辉是指发光物质在光源激在此 基础上
24、, 人们又研制了C a S : B i , 发停止后发射的光。用可见光、 红C a S r S : B i , Z n C d S : C u 等长余辉发 外光、 紫外光等激发发光材料而产光材料。以上硫化物系材料发射 生的发光现象称光致发光, 光致发波长为5 3 0 n m , 该波长区间发光效 光材料主要有荧光材料和磷光材率较高, 但它的余辉时间不够长, 料, 前者余辉时间很短, 后者余辉仅持续几十分钟。再次, 硫化物材 时间 较长, 故称长余辉 , 其在激料 的 化 学 性 质 很 不 稳定, 在 潮 湿空 发光源消失后仍持续发光。长余气中易分解。有时为延长其反光 辉磷光材料通常也称为长余
25、辉发时间会加入放射性元素C o , P m , 但 光材料。这会对人体健康与环境造成危 长 余辉发光材料具有很 长的害 2 1 。 以 稀 土铝酸 盐作为基体制 反光材料的研制工作始于 1 9 4 6 年, 到2 0 世纪9 0 年代, 多种稀土 离子共掺杂的铝酸盐蓄光型发光 材料的开发与产业化促进了蓄光 型发光材料的研究开发, 并使其得 以广泛应用。此类长余辉发光材 料具有无毒、 无污染、 无放射性、 发 光亮度高、 衰减速度慢、 光热化学 性能稳定、 物理性能稳定、 余辉时 间长、 对人体绝对安全等优点, 余 辉时间比硫化物长3 0 一 5 0 倍。长 余辉发光涤给, 即以稀土铝酸盐材 料
26、为发光载体, 采用母粒注射法共 混纺丝, 完成对普通涤纶长丝的改 性, 赋予涤给长丝特殊的 发光性能。 2 长余辉材料的发光机 理 继硫化物后, 目前长余辉发光 、 凡 夕 补生 石 卜 巴万吧多 兮、 七 月 七 写色 夯 认七 绍 卜 生 少 小生 绍 补 色 踌 补 之 多 补忿 万又 多刁 吧 多 矛 之 多 补 之 少 户 乏 绍 奋 士 汽 认 七 几 汉 七 篇 义 多 布 吧 多 刁 吧 多 于 进 乡 矛 之 多 补 乙 芬 份吧多 子之 多小乙 几 A p p lic a t io n s o f lo w t e m p e r a t u r e p la s m a
27、in s u r f a c e mo d i f i c a t i o n o f t e x t i l e ma t e r i a ls L u J ij u n , Z e n g X i a n s e n , C h e n g X i a n g d o n g , D e p a r t m e n t o f E l e c t r o m e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , W u h a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e &E n g i n e e r i n g , W
28、u h a n / C h i n a A b s t r a c t :T h e a d v a n t a g e s a n d p r o p e r t i e s o f l o w t e m p e r a t u r e p l a s m a s u r f a c e m o d i f i c a t i o n t e c h n o l o g y f o r t e x t i l e s a r e d e s c r i b e d . T h e a p p l i c a t i o n s o f l o w t e m p e r a t u r e
29、 p l a s m a i n s u r f a c e m o d i f i c a t i o n o f c h e m i c a l fi b e r s h o m e a n d a b r o a d a r e r e v i e w e d . Wi t h t h e t r e a t m e n t o f l o w t e m p e r a t u r e p l a s m a , t h e a b s o r b i l i t y , d y e a b i l i t y , s p i n n a b i l i t y o f P E T , P P fi b e r s a r e i m p r o v e d . K e y w o r d s : l o w t e m p e r a t u r e p l a s m a , c h e m i c a l f i b e r , s u r f a c e m o d i fi c a t i o n 国际纺织导报2 0 0 5年第1 2期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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