等离子体处理技术用于纤维、高分子材料表面改性

传统的纺织印染等处理主要以水为介质对纺织品进行湿加工,其耗能、耗水量极大,同时排放大量的污水,引起环境污染。近年来,国际上对环境质量的恶化与生态平衡的失调十分关注,在水资源短缺和水环境污染问题引起了人们的深切关注。在国际市场上掀起绿色旋风之际,对环保技术水平较低的我国纺织印染行业产品生产及出口,无疑提出了严峻的挑战。等离子体技术对纺织品表面进行处理,显示出令人感兴趣的绿色生态结果。由于等离子是干式加工,不涉及使用化学品,不存在废水排放以及废水处理得问题,它能够根据需要在纤维表面引入某种功能团或引发交联、接枝、聚合等一些列反应,使纤维表面化学性能和物理形态发生变化,改善纤维的使用性能,并可以赋予纤维一些新的功能,提高产品的性能和附加值。而且等离子体处理仅仅涉及纤维材料的极表面,因此不会影响到纤维材料的整体性能。

等离子表面处理原理

通过等离子发生装置产生等离子体,等离子体中的各种活性粒子(电子、正离子、自由基、激发态原子/分子和紫外光子等通过辐射、离子流、中性分子流与纤维、高分子材料表面相互作用并使材料表面获得改性。具体来说:在等离子体系中的粒子将通过连续不断地轰击表面将能量转移给聚合物。这些粒子的能量具有四种形式:动能、振动能、离解能和激化能。动能和振动能只对聚合物起加热作用,而自由基离解能则是通过引起聚合物表面的各种化学反应而得到消散的,激化分子和原子是以与固体表面碰撞而达到消散的。这些准稳态分子和原子的能量通常大于聚合物的离解能,因而在碰撞过程中会产生聚合物自由基。所以把织物密封置于该电场,电场中产生的大量等离子体极其高能的自由电子,能促使纤维表层产生腐蚀、交换、接枝和共聚反应。此外由于织物在处理过程中,等离子体中的分子、原子和离子渗入到纺织材料表面,材料表面的原子逸入等离子体中。这个过程使纤维表面大分子链断裂,从而使纤维受到等离子体粒子的刻蚀,表面产生粗糙的凹坑,使织物表面的吸湿性和粘着性增加,纤维之间的摩擦力增加,伴随着可能产生的化学反应,使织物表面产生化学和物理改性。

等离子体处理技术用于纤维、高分子材料表面改性处理的方法可以归纳为3种:

等离子体表面处理:用非聚合性气体处理纤维、高分子材料,使其表面生成化学活性点,发生刻蚀或者亲水化等。利用这种方法进行纺织品的减量加工、羊毛防缩水加工、棉织物前处理加工等。

等离子引发接枝聚合处理:通过等离子体放电在材料表面形成自由基,引发单体在纤维表面聚合。

等离子体聚合处理:使用单体等聚合性有机气体对纤维、高分子材料表面进行等离子体处理,在纤维、高分子材料表面生成聚合膜,也称作等离子体涂层。

等离子处理能实现的功能

改善纤维或织物的吸湿、润湿性

利用低温等离子体中处于激发态的各种高能粒子的物理刻蚀和化学反应,或者通过等离子体的接枝、聚合沉积等方式,可在纺织品的纤维表面产生或引入亲水性基团、支链及侧基,从而可有效改善、提高纺织品的吸湿或润湿性。目前应用在疏水性的涤纶合纤类织物、涤纶/棉混纺交织物、棉纱以及睛纶类纺织品。此外,低温等离子体技术在改善碳纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维及聚四氟乙烯纤维等的润湿性,得到大大改善。跟常规化学方法相比,其工艺更简单、流程更短,而且可轻易实现化学方法所不能进行的改性加工。