等离子体技术在纺织领域中的应用

等离子体技术在纺织领域中的应用

工艺中的沉淀、工艺、漂白和丝绸光是湿加工处理的一部分。在处理过程中产生的大量废水容易引起环境破坏。近几年,随着人们对环境问题的重视,特别是对水污染问题的密切关注,绿色生产也成为纺织生产发展的方向。作为染整清洁工艺生产的新技术——等离子体技术,节水、节能、环境污染少,操作简单且易控制,而且对纺织品处理时仅涉及纤维的表面,不破坏纤维自身的性质,理论上可应用于各种纺织品处理。因此,可以说等离子体技术满足了生态纺织品发展的需要,正越来越受到人们的重视。1物质的自然凝聚态等离子与人们熟悉的物质三态(气态、液态和固态)一样,是物质存在的另一种凝聚态,所以等离子态又被称为物质的第四态。1879年,英国的威廉·克鲁克斯在做气体放电实验时,确认电管中存在这种物质的第四态。1928年,朗格缪尔将这种气体的存在形式命名为等离子体。1.1气相色谱图14等离子体是部分离子化的气体由高能电子、离子、自由基、激发态的气体原子和分子以及光量子组成的气态复合物。等离子体处于激发态、电离的高能状态,但其电子所带的负电荷和离子所带的正电荷总数数值相等,宏观上对外不显电,呈中性,故称等离子体。等离子体内的电子可以脱离原子进行完全自由的运动,就像普通气体分子运动一样。1.2生成等离子体气体中的原子只能处于一系列不连续的能量状态,这种不连续的能量状态称为能级。原子从有较高能量的高能级跃迁到有较低能量的低能级时,就要发射一个相应能量的光子,而给原子施加一定的能量也可实现原子从低能级向高能级的跃迁。所以,给普通气体施加一定的能量,就会破坏气体原本的有序度,生成等离子体。生成等离子体的能量供给方式主要有:电能、热能、核能、辐射能、机械能。1.3离子温度ti在等离子体中,电子和离子的能量状态是重要的参数,一般用电子温度Te和离子温度Ti来表示。气体电离生成等离子体时,由于放电方式和体系压力不同,一般分为Te≈Ti和Te>>Ti两种情况,前者称为平衡态等离子体,即高温等离子体,后者称之为非平衡态等离子体,即低温等离子体。1.3.1等离子体技术在高温等离子体中,电子与气体粒子的能量相等,如电弧反应、热核反应、激光诱导反应都属于高温等离子体范畴。由于高温等离子体整个体系温度很高,纤维、高分子材料在这样的高温下都会发生热分解,因此,高温等离子体不适宜处理纺织材料。1.3.2低温状态存在气体不稳定在低温等离子体中,电子温度104~105K,而气体却以低温状态存在。低温等离子体最适用于高分子材料处理,纺织领域基本上应用的是由电晕放电和辉光放电产生的低温等离子体。2用阳离子装置代替线纺织机2.1人们都有好、感悟棉织物作为天然纤维中的一大类,具有穿着舒适、吸湿透气性好、手感自然、抗静电、经济实惠等一系列优点,受到了人们的一致青睐。棉纤维的主要成分是纤维素,其次,含有5%左右的脂肪、蜡质、果胶、含氮物质、糖类、灰分等纤维伴生物。2.2染整加工过程纺织品染整加工主要是通过化学方法用各种机械设备对纺织品进行处理的过程。纺织品的染整加工过程包括:前处理、染色或印花和后整理。棉织物的前处理,包括原布准备、烧毛、退浆、煮练、漂白、开幅、轧水、烘干和丝光等工序。棉织物的后整理有定形整理、光泽和轧光整理、绒面整理、增白整理、手感整理、树脂整理、酸减量整理及功能性整理等。2.3等离子体处理经过浆纱、制造等工序,棉织物表面有纤维共生物及残留有浆料,这些使棉织物表面具有拒水性,影响后步染色和印花工序质量。采用低温等离子体产生的高能粒子撞击棉纤维表面,使纤维表面的附着物分析发生氧化分解反应,生成水溶性基团或是气体和水,从而达到清除杂质的目的。最早将等离子体技术用于棉纱处理的是Stone和Barrett,他们发现经过处理的棉纱吸湿性显著增加,低捻度下的强力也增加。经ESCA测定,氧化反应后聚合物表面产生的-C=O、-COOH、-OH等官能团的密度高达1014~1015个/cm2,这些基团的存在,极大地提高了棉纤维的润湿性。但有报道认为,随着处理时间过长会造成棉织物润湿性下降。棉织物经过低温等离子体处理后,坯布的断裂强度和拉伸强度一般大于常规煮练织物,但使用等离子体退浆、煮练后,如果处理条件不当,也会引起有色织物褪色、重量损失、强度下降等问题。2.4等离子体处理改善表观性能在所有染料中,活性染料由于染色工艺经济和染色性能良好的特点,在棉织物染色中较多使用。但在使用过程中也会出现染色残液不符合环境排放标准等问题,若使用被誉为“绿色整理”的等离子体技术,就能很好地克服这个缺点。低温等离子体用于棉织物染色可以通过以下途径:(1)利用等离子体的高能量传递给纤维大分子,在纤维表面引入可与染料接枝的自由基。(2)利用含有特定粒子气体的等离子体,在纤维表面引入和染料具有反应性的基团。例如,用NH3等离子体处理,在纤维上引入-NH2等含氮基团,提高染料上染性能。(3)利用等离子体表面处理的刻蚀,使纺织品表面粗糙化,提高织物的表观深度。棉纤维上含有许多极性的羟基,是一种亲水性纤维,染色性能良好。然而等离子体处理后可对棉纤维的刻蚀和纤维表面改性,产生的自由基离子一部分通过碎片化和异构化作用而引入大量亲水基团,能与活性染料分子相互作用,将极大地增强纤维表面的吸水性,可改善其染色性能,提高纤维表观深度(K/S)和染料的上染百分率。但对直接染料的上染速度和上染百分率并没明显的影响。2006年,胡春弘等人探讨了使用活性蓝KN2RG对改性织物的染色性能,并测试了改性棉织物的断裂强力。结果表明,选择合适的等离子体处理工艺,染料的上染百分率和织物的断裂强力会得到较大提高。2008年,HAKarahan等人先用氩气常压等离子体对织物进行表面活性处理,然后再在织物表面接枝乙二胺和三乙烯四胺,对比发现,经过接枝提高了棉织物用酸性染料染色的性能。2.5人类对纺织性能的要求随着人们生活水平的提高,传统服装品的性能已满足不了人类对纺织品性能的更高要求,各行业、各领域对纺织品提出了不同的要求。对于纺织品特殊性能可通过采用特殊性整理获得,使纺织品具有原来没有的性能。2.5.1抗紫外线整理棉织物2008年,董媛媛等人选用亲水型有机硅抗辐射整理剂CGKF,利用大气压等离子体技术,采用先浸渍整理剂CGKF再经等离子体处理和先用等离子体处理再浸渍整理剂CGKF的两种工艺,对棉织物进行抗紫外线整理。结果表明,经先浸整理剂CGKF再经等离子体处理工艺整理的棉织物抗紫外线性能较好。2.5.2等离子体处理近年来,有人采用等离子体处理引发不同乙烯基单体、含氟单体对棉纤维进行接枝聚合改性,如Byrne和Brown用乙烯单体聚合沉降到棉织物或其它织物表面,观察到了包括棉纤维拒水性提高等纤维性质的一些改变。2002年,朱峰等人使用某种氟碳化合物的AC等离子体沉积方法,在棉织物表面涂覆一层很薄的憎水膜,并与商用ScotchgardTM防水防污喷雾型保护剂涂覆的织物进行了比较。研究表明,等离子体涂覆织物的这些性能都优于保护剂涂覆织物的性能。2.5.3等离子体处理Ward和Benerito分别采用氢、氦、氨等不同气体等离子体处理棉织物,发现经氨等离子体处理后,由于在棉纤维的大分子上引入氮原子形成了酞胺基,干折皱回复性大大提高,靠近电极处的干折皱回复角增加近20%,但湿折皱回复性没有变化,有人怀疑氨等离子体可能会引起纤维素晶格结构的转变。2004年,王雪燕等人研究等离子体处理对用丝素与乙二醛联合整理及树脂整理后棉织物防皱效果的影响。结果表明,等离子体处理能代替防皱整理工艺中的焙烘工序,促进整理剂与纤维间的交联反应,提高棉织物的抗皱性能,防止棉织物的强力损失,减少棉织物游离甲醛释放量。等离子体处理后再经焙烘,可进一步减少棉织物上游离甲醛含量,提高折皱回复角。3等离子体整理棉织物风格的内在改善在人们的环保意识越加强烈的今天,等离子技术所具有的环保、经济、节能、节水等一系列的优点,使其成为