等离子体技术在纺织品整理中的应用关键字：低温等离子体;纺织品;整理、EUROPLASMA低温等离子体技术在纺织品整理中的应用等离子体是由离子、电子、自由基、激发态的分子和原子所组成的电离气体.等离子体处于激发、电离的高能状态,其电子的负电荷和离子的正电荷总数相等,宏观上对外不显电性,呈中性,故称等离子体.[1]后整理中采用低温等离子体(主要应用电晕放电和辉光放电产生)对纺织品进行表面改性(包括刻蚀、交联、聚合和接枝聚合等化学作用).近年来,有关低温等离子体技术在抗静电、阻燃、防皱、拒水拒油、卫生整理等方面的应用研究十分活跃.[2]1抗静电整理纺织材料间或与其他物体间相互接触摩擦时,物体表面分子被极化,其中一侧吸引另一侧电子,而本侧电子后移或由一表面转移到另一表面,产生双电层,形成表面电位或接触电位.当两个物体被分开时,若两物体都是优良的绝缘体,则一侧物体表面带正电,另一侧物体表面带负电.静电会给纺织品的生产和使用带来麻烦,甚至危险,因此,要进行抗静电处理.低温等离子体处理纺织品可使纤维表面改性,亲水性提高,抗静电性增强,或通过等离子体聚合或引发亲水性单体在纤维表面接枝聚合,可改善纤维表面特性,提高织物的抗静电性.1.1涤纶用等离子体聚合或引发接枝聚合的方法可在涤纶织物上进行抗静电整理.等离子体聚合是在纤维表面形成薄膜涂层的加工方法,如用有机硅气体低温等离子体聚合,在涤纶织物表面形成薄膜,使涤纶制品的抗静电性、疏水性得到改善.美国SAC 公司开发了等离子体引发接枝聚合涤纶织物整理方法.[3,4]该工艺在真空下用Ar 低温等离子体对涤纶织物进行短时间处理,使涤纶表面C—H键的H被冲击掉而建立为数众多的游离基,接着用丙烯酸气体处理,使丙烯酸分子在涤纶表面进行接枝聚合,改善涤纶织物亲水性、防污性及抗静电性.该法处理的织物具有吸湿性、防污性和防再沾污性,能耐50次以上洗涤,而且对染色牢度无不良影响,织物的拉伸强度和耐磨强度也不降低.等离子体引发甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MPEGME)接枝的涤纶织物摩擦静电压、半衰期均比未处理试样明显减小,即抗静电效果提高,而且抗静电性随等离子体处理气体种类及浸渍单体浓度的差异而有所不同.[5]低温等离子体单独表面处理不能完全改善涤纶织物的抗静电性,而等离子体引发烯类单体在涤纶织物上接枝聚合也存在单体成本高的问题.西川等对染色的涤纶塔夫绸织物先用胺类抗静电剂整理后,再用不同气体低温等离子体处理,可进一步改善涤纶织物的抗静电效果.[6]1.2丙纶丙纶材料吸湿性差,易产生静电,一旦电荷聚集很难消除.TakashimaK等研究了经氩气、氮气和空气低气压等离子体处理后再经电晕放电处理的丙纶薄膜在电荷消除前后空间和表面电荷的变化情况,并通过X射线光电子能谱(ESCA)分析处理样品表面化学组成变化,探讨了抗静电加工机理.[7]研究发现,经低温等离子体处理后,丙纶表面仍然存在大量负电荷,即等离子体处理本身不能防止电荷在纤维表面聚集,但处理后能在丙纶表面产生电荷俘获陷阱,只需将试样浸入水中,表面电荷就能有效地去除,抗静电性有所改善.同时,等离子体处理后,试样表面的氧、氮极性基团增加.极性基团产生的机理有2种:(1)低温等离子体处理使试样表面与处理气体间反应产生极性基团;(2)等离子体处理使样品暴露于大气中,所含的不稳定自由基会继续与空气反应,产生极性基团.极性基团增加但并不能防止表面电荷聚集,只有将等离子体处理试样浸入水中才可以消除试样表面电荷,减弱表面带电能力,改善抗静电性.1.3聚乙烯聚乙烯是易产生静电的材料,该材料经低温等离子体处理后,表面产生的活性自由基与空气接触时发生氧化反应并在试样上引入羰基、羧基等含氧基团,试样处理时还会结合上氨基一类的含氮极性基团.因此,等离子体处理提高了聚乙烯薄膜表面的氧、氮基团量,其结果是亲水性改善、抗静电性提高.2阻燃整理常见的纺织纤维高聚物在300℃左右发生裂解,产生部分气体,与空气混合形成的可燃性气体遇明火燃烧.选用合适的等离子体气体在纤维表面进行聚合(等离子体涂层)、利用等离子体引发单体在纤维表面上接枝聚合均可改变纤维热裂解历程,减少热裂解时可燃性气体的释放量,或使纤维表面形成一层不燃性物质而达到阻燃.2.1聚合Shi等研究了经CH4等离子体预处理,再采用CF4/CH4混合气体等离子体处理后的聚丙烯薄膜的阻燃效果.研究发现,CF4/CH4等离子体在预处理后的聚丙烯上的沉积速率大于处理前.等离子体处理过的聚合物表面有不饱和键,会影响试样阻燃效果.经CF4/CH4等离子体处理的聚丙烯燃烧速率并非均小于未处理试样,CH4浓度在一定范围时,处理试样的燃烧速率高于未处理试样,原因是用CF4/CH4等离子体处理时氟原子沉积在试样表面,氟原子具有阻燃作用,使试样燃烧性下降;同时,等离子体处理会使高能粒子作用于聚丙烯大分子链上,引起大分子链断裂,产生一些低聚物及有机小分子物,试样受热时会释放出这些有机小分子物,导致燃烧性提高,尤其在等离子体处理过程中,高活性氟自由基具有很强的刻蚀作用,可破坏试样大分子交联,产生更多有机小分子物,进一步提高了燃烧性.用CH4等离子体对聚丙烯进行预处理,试样表面会形成一层超薄交联层,可阻止CF4/CH4等离子体处理时高活性氟自由基对试样的刻蚀及对大分子链的破坏作用,改进阻燃效果.[8]2.2接枝聚合纤维制品高聚物经短时间非聚合性气体处理,表面生成自由基能引发难燃性单体或阻燃剂在纤维表面接枝聚合,改变纤维表面特性,达到阻燃效果.同时因整理剂牢固地固着在纤维上,耐久性较好.利用等离子体引发丙烯酸在EVA上接枝聚合后,试样续燃、阴燃时间延长,限氧指数高,成炭量随接枝率的增加而增大.其他纤维高分子材料也同样可用等离子体引发不燃性单体或阻燃剂在其上发生接枝聚合,改变纤维材料表面性能达到阻燃.刘霞等对棉、涤纶织物采用低温等离子体进行阻燃整理后,表面结构发生变化,阻燃织物的耐洗性得到较大提高.[9]所以,利用低温等离子体沉积或低温等离子体引发难燃性单体在纤维表面接枝聚合都可改变纤维表面的燃烧性能.若等离子体选择适当、处理条件及单体接枝条件合适可使织物获得较好的阻燃效果,而且污染小、利于环保,具有良好的发展前景.3拒水、拒油整理拒水、拒油整理是在织物表面施加一种低表面能的物质,并附着于纤维上或与之形成化学结合,使织物的表面张力远低于水或油类,不再被它们润湿.织物经整理后仍保持良好的透气、透湿性,不影响手感和风格.传统的拒水、拒油整理采用化学方法,对纤维有损伤,耗水、耗能大,环境污染严重.利用低温等离子体涂层或等离子体引发单体在纤维表面接枝聚合,仅作用于纤维表层约10nm,不会对纤维造成损伤.[10]3.1涂层AMajid等研究四氟化碳低温等离子体处理纺织品,在纤维表面沉积氟化烃,等离子体产生的CF·2和CF·3自由基,可形成较长的氟化烃链—CF2—CF2—CF3,在纤维上形成特氟隆状的疏水性表面,具有拒水、拒油效果.[11]但Yasuda等报道,在用四氟化碳等离子体处理时,主要发生对材料的刻蚀作用,而不是以等离子体聚合涂层为主,难以得到优良的拒水效果.若放电气体中存在H2等还原性气体时聚合作用占主导地位.[12]Lagow等发现,在高浓度的含氟气体下,用等离子体短时间处理可完成材料表面的氟化.因此,等离子体处理条件、等离子体种类相异,处理材料表面氟化程度不同,拒水效果亦不同.经CF4低温等离子体处理后,纤维表面被氟化,接枝上氟化烃,引起纤维质量增加,并可能发生交联反应.等离子体处理时,高能粒子对纤维表面也有一定的刻蚀作用,引起试样质量减少.微波等离子体处理采用不含氧的有机硅化合物,在较低的基质温度(70℃)和较高的总气压(50Pa)下可制备超级拒水膜,改进了化学气体的沉积工艺,可在耐热性差的材料(如树脂)上涂层制备超级拒水膜,并可减少材料损伤.3.2接枝聚合利用等离子体引发含氟烯类单体十七氟癸基丙烯酸酯(FFA)在涤纶织物上接枝聚合,接枝率仅需几个百分点就可获得实用的防水性,并有较好的耐洗牢度.先用等离子体处理织物,然后立即使其与含氟单体接触,引发单体与织物接枝聚合,或将织物浸渍在含氟单体中,然后进行等离子体处理,引发单体在织物上接枝聚合.MillandM.M.等利用后一种聚合法将含氟单体接枝到羊毛纤维上,获得了良好的拒水、拒油效果,也改善了羊毛纤维的防毡缩性.[13]徐秀娟等将真丝织物经氧等离子体拒水、拒油整理再将整理剂TG-410接枝到织物表面,并使织物具有优良的拒水、拒油性能.[10]最佳氧低温等离子体处理工艺:拒水、拒油整理(3min,40Pa,100W)→焙烘(140℃,5min).[10]4抗菌整理在一定条件下,微生物(包括细菌、真菌和病毒)会生长、繁殖甚至变异.人体分泌的汗水和皮脂等排泄物附着在皮肤上易导致微生物的滋生和繁殖.因此,必须进行抗菌整理.低温等离子体引发接枝聚合可用于抗菌整理.采用氧低温等离子体处理涤纶,使其表面活化,引入过氧基团引发丙烯酸接枝共聚生成含羧酸基的涤纶-丙烯酸接枝聚合物,再将羧酸基用1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳二亚胺活化,最后用壳聚糖或季铵化壳聚糖处理,得到壳聚糖接枝涤纶(PET-A-C,其中A为丙烯酸基团,C为壳聚糖分子)及季铵化壳聚糖接枝涤纶(PET-A-QC,其中QC为季铵化壳聚糖).通过摇瓶试验测定等离子体引发接枝改性涤纶纺织品的抗菌效果证明,接枝涤纶具有良好的抗菌性,且具有一定的耐洗牢度.[14]5其他功能性整理5.1表面活化低温等离子体处理后,有2种机理使聚合物表面活化:(1)等离子体高能粒子与高分子材料表面作用产生化学活性;(2)高分子材料表面引入含氧或含氮极性基团如—OH、—C—O、—COO、—NH2等,提高材料表面能.5.1.1易去污整理子体处理使聚酯等疏水性纤维表面引入某些含氧基团,纤维亲水性提高,水滴容易在纤维表面铺展,接触角减小,织物穿着舒适,油污易洗,尤其是经低温等离子体处理后,织物表面产生了活性自由基.将处理的织物投入含丙烯酸单体的反应槽内,单体被引发接枝到纤维上,使聚酯产生更大的亲水性,易去污性更好.现用氩低温等离子体处理涤纶织物,并通过改变等离子体处理条件(放电功率、放电时间)来控制等离子体表面改性程度,然后将等离子体活化涤纶织物浸渍在一定浓度的丙烯酸溶液中处理一段时间,使丙烯酸分子在涤纶织物表面进行接枝聚合,从而改善其表面特性,易去污性得到明显改善.[15]5.1.2亲水性整理亲水整理是指改变纤维表面组成后,使织物容易吸汗(吸水)、传湿迅速,提高穿着舒适性和功能性.利用电晕放电、辉光放电等离子体处理后,合成纤维等高分子材料吸湿性等可大大改善.选择合适的等离子体或单体,将含氧官能团引入到缺乏极性的高分子材料表面进行改性,赋予材料亲水性.因用干式处理不产生废水,是一种绿色生态加工法,因此,受到广泛关注.陈杰瑢等利用氧等离子体处理涤纶纤维,发现经等离子体处理后PET表面碳含量降低,氧和氮含量增加,表面非极性基团—CH —减少,极性基团—CO—、—C00—增加.[16]低温等离子体技术还可制备高吸水性树脂.用等离子体聚合合成的树脂纯度高,聚合反应只需在室温下进行,聚合条件温和,而由等离子体引发聚合制备高吸水性树脂是一种安全、低能耗、低污染、可靠的合成方法.5.1.3羊毛防缩整理羊毛织物收缩的原因:(1)松弛收缩,羊毛织物染整加工多采用松式或张力较小的设备,但织物内部仍然存在一定的应力会使织物存在潜在收缩,润湿后,内应力释放,织物便发生缩水现象;(2)毡化收缩,羊毛鳞片层结构引起的定向摩擦效应以及羊毛的弹性造成缩绒性[17],也使织物在服用过程中发生毡缩,外观和服用性能受到影响.经等离子体处理后的羊毛纤维定向摩擦效应减小,并在大分子上引入了—NH2、—COOH、—OH等水溶性基团,吸湿性提高.洗涤时,可在羊毛纤维表面产生水合层,防止羊毛纤维彼此摩擦、毡化,改善了羊毛织物的防毡缩效果.此法可取代羊毛织物的氯化防缩工艺.[18]5.1.4其他等离子体表面处理是高分子材料表面改性的一种有效方法,处理后的表面特性主要取决于所使用的工艺气体.表1列出了一些典型工艺气体对处理材料表面的作用效果.等离子体表面处理使纤维、高分子材料表面活化,选用合适的助剂或单体可改变纤维表面性能并赋予织物一些特殊性能,如防皱、防紫外线、有香味等,处理效果优于传统湿加工法,如耐久性提高、助剂用量减少、纤维损伤小、强度保留率高等.将等离子体表面处理与防皱整理联合使用时,棉织物的强力保留率远高于单用防皱整理.王雪燕等研究了等离子体处理对棉织物防皱整理效果的影响,适当的等离子体处理能代替防皱整理工艺中的焙烘工序,改善了棉织物的抗皱性能,保证棉织物具有较高的强力保留率,同时也能降低织物上游离甲醛量,若等离子体处理后再焙烘,可进一步降低织物上甲醛量,但织物的强力保留率没有提高.[19]5.2表面涂层通过低温等离子体聚合反应,使单体在织物表面沉积并形成一层致密牢固膜,即等离子体表面涂层.能沉积的涂层聚合物是碳氢化合物、氟碳化合物、有机硅烷化合物等.利用等离子体聚合方法所生成的涂层薄膜均匀性高(对凹凸形状织物也能均匀涂层)、气泡少、耐溶剂性能优良、热稳定性好、对底布粘接性好、涂层膜薄(10μm以下),但涂层速度较慢,因为生成的聚合物结构不明确,预测其特性困难,并且涂层膜可被洗去.选择合适的等离子体涂层可开发出新的功能性产品,如防紫外线、防远红外线、拒水、拒油、防菌、防霉等功能,还能开发出金刚石类的有价值涂层、金属涂层、陶瓷涂层等.6结语利用低温等离子体处理活化纤维表面,使之能和后处理的各类整理剂(或单体)发生反应,使整理剂(或单体)牢度地固着在织物上,或者将浸轧整理剂(或单体)的织物用低温等离子体处理,直接引发纤维与整理剂(或单体)发生反应,其作用相当于焙烘.在反应性、处理效果的耐久性、减轻纤维损伤及环境保护方面,低温等离子体处理更具优势.。
低温常压等离子体技术在纺织工业的应用由上海市纺织科学研究院承担的国家技术创新项目《低温等离子体处理羊毛改性技术开发》经过三年研究、攻关，已全面完成计划任务。
用于实施这一新技术的商业化设备—APPS-T型常压等离子体毛条处理机由上海太平洋印染机械有限公司合作制造成功。
本次研制的新设备等离子体发生器部分仍由上海市纺织科学研究院设计制造。
由于在绝缘、散热等方面做了一系列优化改进，增加了装置的稳定性和使用寿命。
其核心技术“常压低温等离子体产生装置”已获得国家专利。
新设备的机械运行部分由上海太平洋印染机械有限公司合作制造，从运转精度到整机外观都有了显著的提高。
特别是用网状传送带夹持毛条完成等离子体处理，这就从根本上消除了前期试验中的毛条被拉断现象，确保了设备可连续正常运转。
本机毛球进出采用了上海纺织机械总厂最新研制的FB412混条机，可同时加工10根条子，达到了日处理1吨条子的实际生产能力。
APPS-T型常压等离子体毛条处理机采用三组变频电机调速，整机电气控制采用可编程控制器（即PLC）和彩色显示触摸屏。
可方便的获取和设定速度、温度、产量、故障等相关参数，实现人机对话。
本设备的主要技术参数如下：毛条输入（根）10 毛条输出（根） 1烘燥工作温度（摄氏度）60~80 走带空间宽度（毫米）1020极板空间高度（毫米）10 最高进条速度（米/分）7处理产量（千克/小时）40 装机功率（千瓦）9.6外形尺寸长x 宽x 高(米) 13.3 x 2.3 x2.6上海市纺织科学研究院高级活性碳纤维毡活性碳纤维是一种新型的高效吸附材料。
它具有比表面积大、吸附速度快、易脱附等优点，特别是在低浓度时比颗粒活性碳吸附效率高的优点。
它的微孔分布均匀、透气性良好，可制成任意形状的制品。
适用于溶剂回收装置、空气净化器、净水器、除臭氧过滤器、防毒口罩、外伤用包扎绷带、脱色、脱臭、香烟过滤嘴、贵金属回收装置等等。
应用领域：1、有机溶剂的回收活性碳纤维对有机卤素化合物、芳香族烃类、酒精等有机溶剂吸附能力强的特点，并且由于脱附速度快，可用它制成溶剂回收装置，用于化工、制药、喷漆、化纤、橡胶、轻工等行业的气体，液体溶剂的分离密集净化回收装置。
