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    低溫等離子體技術在紡織上的應用方向

      低溫等離子體技術在紡織上的應用始于上世紀50-60年代,我國從80年代開始對低溫等離子體處理紡織品進行研究,近年來,等離子體技術在紡織加工中的應用日益引人注目,將成為21世紀染整技術發展主要方向之一。

      (A)低溫等離子體的原理及在紡織上的技術:

      在真空狀態下給氣體施加電場,氣體在電場提供的能量下會有氣態轉變為等離子體狀態(也稱物質的“第四態)。其中含有大量的電子、離子、光子和各類自由基等活性粒子。等離子體是部份離子化的氣體,與普通氣體相比,主要性質發生了本質的變化,是一種新物質聚集態。

      利用等離子體中含有的大量電子、離子、激發態的原子、分子等活性粒子來轟擊材料表面時.會將能量傳遞給表層分子,使材料發生熱蝕、交聯、降解和氧化,并使材料表面發生大量的自由基或引進一些極性基團而使材料表面性能獲得優化。

      低溫等離子體技術通過高能粒子的物理和化學作用對紡織品/纖維表面進行改性,以其快捷、環保和干態的加工方式等特點,挑戰傳統以水為介質的化學濕法加工生產方式。

      目前有兩種不同“低溫”等離子技術系統可應用于紡織品,電暈放電和輝光放電。

      (1).電暈放電 指在電場作用下,氣體被擊穿,氣體絕緣層被破壞,使得氣體層內阻降低,急劇上升的電流越過自持電流區后,立即引起極問電壓的迅速減小,同時在電極周圍產生昏暗的輝光,此稱電暈放電。電暈放電,電場強度較高,氣體壓力通常為常壓,屬于“高”壓放電,可產生密度較低的低溫等離子體。

      (2).輝光放電 指在電場作用下.達到電暈放電區域后.若繼續增加放電功率,則放電電流也隨之上升,并使輝光由電極附近區域逐步伸展到兩個電極之間的全部放電空間,輝光強度增大,變得十分明亮,此稱為輝光放電。 輝光放電屬于電暈放電的進一步擴展,是一種穩定的自持放電,它所需的電場強度高于電暈放電.放電壓力通常遠低于大氣壓,在真空狀態下進行,產生高強、高密的低溫等離子體,是染整加工領域廣為采用的一種放電形式,

      (B)低溫等離子體技術在紡織上的優點:

      低溫等離子體處理可用于各種纖維、紗線、織物的表面改性,對纖維基體的內部影響小,不損傷纖維原有性能。清潔、快捷、無污染、成本低,在當今倡導清潔和綠色生產、節約資源的形勢下, 低溫等離子體處理技術以其無需化學品、無需耗用大量水和能源、無需進行高成本廢水處理和對環境友好的優勢,在紡織工業中具有廣闊的應用前景和市場。近年來國內外都在努力加強等離子體技術在紡織領域的應用研究。

      (C)現今紡織上的研究應用方向:

      (1)在紡織品前處理中的應用:

      在紡織品的前處理工序中,目前主要可用于各類織物的退漿,真絲和麻類生坯織物的脫膠,以及其它的雜質去除等。傳統的織物退漿工藝(如棉織物等)需要經過退、煮、漂等多種工序,加工工序長,生產效率低,而且需要消耗大量水、能源和化學藥品,同時產生大量的廢水等。而低溫等離子體技術的應用,可大大縮短其工藝流程及生產周期,節約能量和水資源,可有效降低企業的生產成本。

      除此之外,低溫等離子體在去除織物上其它雜質如色素、蠟質、果膠等也具有很好的效果。用氧或空氣等離子體(頻率13.56MHZ,真空度1Torr,放電功率100W)處理棉坯布后的芯吸性與工藝條件之間的關系,用空氣等離子體處理60s,氧等離子體處理在30s后,棉布的除蠟質和漿料的效果達到正常煮煉漂白的程度.

      (2)改善纖維或織物的吸濕、潤濕性:

      利用低溫等離子體中處于激發態的各種高能粒子的物理刻蝕和化學反應,或者通過等離子體的接枝、聚合沉積等方式,可在紡織品的纖維表面產生或引入親水性基團、支鏈及側基,從而可有效改善、提高紡織品的吸濕或潤濕性。目前應用在疏水性的滌綸合纖類織物、滌綸/棉混紡交織物、棉紗以及腈綸類紡織品。

      此外,低溫等離子體技術在改善碳纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維及聚四氟乙烯纖維等的潤濕性,得到大大改善。跟常規化學方法相比,其工藝更簡單、流程更短,而且可輕易實現化學方法所不能進行的改性加工。

      (3)提高毛類纖維紡織品的防縮絨性:

      羊毛類紡織品。由羊毛纖維外覆鱗片層所產生的定向摩擦效應,往往使這類織物在服用和洗滌的過程中產生收縮,從而影響織物的服用性能。因而為提高此類紡織品的尺寸穩定性和可洗性(尤其是可機洗性),常需進行防縮絨加工。

      利用低溫等離子體的刻蝕和化學反應作用,可有效去除或削弱鱗片層的定向摩擦效應,可到達或提高織物的防縮絨性。與濕法化學加工中防縮處理相比,無需額外的化學藥品或助劑,而且節水節能,無任何廢水產生。

      (4)提高或改善紡織品的染色性:

      目前等離子體技術在提高或改善紡織品的染色性方面的研究及應用,主要集中在棉、滌綸、錦綸,以及毛類(如羊毛、兔毛等)紡織品上。通過對棉紗或其織物處理后,可明顯改善紗線或織物的毛效,提高染料及助劑在織物/紗線間的均勻吸附和擴散,使織物的上染率和勻染性得到提高。

      低溫等離子體的物理刻蝕作用,可提高合成纖維表面的粗糙度,對滌綸、錦綸等紡織品產生增深作用,可達到節約染化料的作用。毛類纖維表面的鱗片成,阻礙了染化料向纖維內相的擴散及在表面的吸附作用。經低溫等離子體處理后,纖維鱗片的破壞或消失,可有效提高毛類織物的可染性和染深性,而且可加快上染過程。

      將等離子體與2D樹脂整理聯合處理(先樹脂整理后等離子體處理),對改善直接染料苧麻織物的耐洗及耐摩擦牢度效果非常明顯,而且染色牢度高于固色劑Y處理后的染色牢度,可代替固色劑Y處理。

      (5)在紡織品后整理中的應用:

      低溫等離子體在紡織品后整理中具有廣泛的用途。根據整理目的和要求,可實現紡織品的多種功能加工,大大提高產品附加值。目前其在紡織品中的應用主要包括以下幾類。

      (a)“三防”整理:

      紡織品傳統的“三防”整理,常常需要經過軋、烘、焙等工序,工藝流程長,需要耗用大量的能量;而且需要昂貴的整理劑,以及其它添加劑等。因而其加工成本高,同時整理后,往往也影響或犧牲纖維或織物本身的特性及性能。更為重要的是,這些整理劑或交聯劑,以及其它添加劑中,可能含有或會產生如甲醛等的有毒有害物質,因而其在高檔產品或外貿產品中的應用正越來越受到限制。

      低溫等離子體處理技術,以及特有的環保加工方式,可直接采用單體或相關氣體作為功能整理劑對織物進行處理,同樣可達到傳統的“三防”整理效果。無需從單體到功能整理劑的化學合成過程,無需其它任何交聯劑或添加劑等,而且工藝環保簡單。

      (b)在涂層整理中的應用:

      傳統的涂層整理工藝中,除需要性能較好的涂層劑外,為增強涂層和織物的剝離強力或粘結力,各種交聯劑等往往起到很重要的作用。低溫等離子體處理技術,可直接起到或可取代交聯劑的作用,能達到增強涂層織物剝離強力的功效。同時由于可減少或無需采用交聯劑,涂層織物的手感將得到有效改善。

      (c)其它功能整理:

      根據客戶的要求,采用低溫等離子體處理技術,還可進行各類紡織品的多種多樣的特定整理。凡傳統工藝能達到的效果,一般都可在等離子體處理技術中得到實現。如疏水性合成纖維的抗靜電整理,各類紡織品的阻燃整理,留香整理等等。

      [第一階段研究]—以棉織物為主

      低溫等離子體對棉的反應:

      棉纖維用低溫等離子體處理后可改善其粘合性、接枝聚合性及染色性能。原棉纖維在經低溫氧等離子體處理時,等離子體中大量基態氧和激發態氧原子等活性粒子將能量傳遞給棉纖維表面初生胞壁中的分子,使棉纖維表面的伴生物蠟脂、果膠在高能粒子轟擊下脫離表面,引起失重.并在棉纖維表面留下許多深淺不同的凹坑,引起棉纖維的表面刻蝕。同時,大量氧活性粒子能使棉纖維表面氧化、接枝,從而使棉纖維吸水性增強。尺寸穩定性等許多方面能獲得不同程度的改善,

      低溫等離子體除去布匹表面的棉蠟及織物表層夾雜物,使得染料更易附著在布匹纖維上,使染色更加牢固的前處理方法。

      等離子體通過對布匹進行 30-300S左右的處理,可達到甚至超過濕法漂白棉纖維的精煉效果,從而使精煉的效果大大提高,同時干式精煉法具有節水無污染的突出優點。

      低溫等離子體用于棉針織物的前處理加工,屬于非水干式加工,是通過物理濺蝕或化學改性提高天然雜質水溶性的方式,達到去除棉纖維上果膠、蠟質等天然雜質的目的,符合當今節能、降耗、清潔生產的發展方向﹒

      低溫等離子體對棉織物之誘發性好處:

      除能處理織物的雜質,毛羽,死棉,令表面光潔,處理后部分三絲,尼龍草亦被除去。低溫等離子體處理后的織物,尺寸穩定性好,尤以針織物,線圈排列整整齊齊,鈄度扭骨亦被改善。

      因纖維織物的表面改性,引發后工序得到更佳的效果,如吸色,功能等等。

      等離子體在紡織行業中的應用領域無窮,隨著第一階段研究,再進入第二階段—染色后整,新產品等等。

      結論:

      尤其是近幾年來,人們對紡織面料性能的要求越來越高。等離子體在合成纖維的親水化處理,服裝的無縫粘結,面料風格的改善,抗靜電處理以及改善纖維的表面摩擦性等方面的應用非常廣泛。

      在染整加工過程中,等離子體處理可以改善纖維的染色性和顯色性,這一點對于超細纖維和羊絨的染色尤為重要。利用等離子體技術,還可以對纖維進行減量或增量處理,使功能纖維的表面活化或進行涂層整理。

      來源:紡織科技雜志 

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