等離子體處理紡織品的方法
   

通常來說主要有三種不同的等離子體處理紡織品的方法： 
　　(1)非聚合性等離子體如氧氣、氮?dú)�、氫氣、氨氣或水蒸氣等�?duì)纖維材料產(chǎn)生表面改性。 
　　(2)等離子聚合。用有機(jī)氟、有機(jī)硅的或有機(jī)金屬的等離子體作用于材料表面并在纖維材料表面產(chǎn)生一薄層沉積物。 
　　(3)先用等離子體使聚合物表面活化產(chǎn)生自由基，再用等離子體與己產(chǎn)生的自由基發(fā)生移植作用，從而使纖維材料表面改性。

等離子體處理紡織品的原理 
　　

等離子體的能量可通過光輻射、中性分子流和離子流作用于聚合物表面，這些能量的消散過程就使聚合物表面發(fā)生改性。在等離子體系中的中性粒子將通過連續(xù)不斷地轟擊固體表面將能量轉(zhuǎn)移給聚合物。這些中性粒子的能量具有四種形式：動(dòng)能、振動(dòng)能、離解能和激化能。動(dòng)能和振動(dòng)能只對(duì)聚合物起加熱作用，而自由基離解能則是通過引起聚合物表面的各種化學(xué)反應(yīng)而得到消散的，激化分子和原子是以與固體表面碰撞而達(dá)到消散的。這些準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分子和原子的能量通常大于聚合物的離解能，因而在碰撞過程中會(huì)產(chǎn)生聚合物自由基。所以把織物密封置于該電場(chǎng)，電場(chǎng)中產(chǎn)生的大量等離子體極其高能的自由電子，能促使纖維表層產(chǎn)生腐蝕、交換、接枝和共聚反應(yīng)。此外由于織物在處理過程中，等離子體中的分子、原子和離子滲入到紡織材料表面，材料表面的原子逸入等離子體中。這個(gè)過程使纖維表面大分子鏈斷裂，從而使纖維受到等離子體粒子的刻蝕，表面產(chǎn)生粗糙的凹坑，使織物表面的吸濕性和粘著性增加，纖維之間的摩擦力增加，伴隨著可能產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，使織物表面產(chǎn)生化學(xué)和物理改性。
　

等離子體的應(yīng)用
　　　

1 等離子體在織物前處理中的應(yīng)用 
　　使用等離子體技術(shù)對(duì)織物進(jìn)行前處理，即用等離子體作用于漿料、油脂、蠟質(zhì)等有機(jī)分子，最終使有機(jī)物分解成CO2和H2O跑掉，節(jié)水、節(jié)能、無污染，可代替織物用堿劑進(jìn)行退漿和精練的傳統(tǒng)前處理方法。
   

日本山東鐵工所已于1992年3月開發(fā)設(shè)計(jì)了連續(xù)式低溫等離子體處理裝置，并實(shí)現(xiàn)了在真空中對(duì)棉織物退漿、精練的連續(xù)加工�？√俚妊芯苛擞醚趸蚩諝獾入x子體處理棉坯布后的芯吸性與工藝條件之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)處理后，棉布的去除蠟質(zhì)和漿料的效果與用氫氧化鈉進(jìn)行汽蒸處理相同，而且織物的強(qiáng)力幾乎不受影響。棉坯布經(jīng)氧低溫等離子體處理后，可以不經(jīng)退漿、精練而直接雙氧水漂白，其效果不低于常規(guī)工藝生產(chǎn)的棉織物。因此利用等離子體對(duì)棉坯布處理，使棉織物的前處理簡(jiǎn)單化是完全有可能的。 
   

　　2 棉纖維的等離子體處理 
　　等離子體處理棉纖維一般是等離子體表面處理改性法，通過氧化性氣體輝光放電進(jìn)行的。PVA等漿料的分子鏈被切斷，引入了羥基、羧基和羰基等親水性基團(tuán)，使PVA易于溶解而除去；同時(shí)含C-H鍵較多的蠟質(zhì)也被氧化，使C-O、C=0鍵含量增多，從而使棉的吸水性和毛效得到改進(jìn)。最早將等離子體技術(shù)用于棉紗處理的是Stone和Battett，他們發(fā)現(xiàn)處理過的棉紗吸濕性能顯著增加，其低捻度下的強(qiáng)力也增加了。有報(bào)道說在紡織工序中，棉紗經(jīng)氯氣等離子體處理后，抱合力可增加四倍左右，但是隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，抱合力也會(huì)很快減小，不過最后棉紗的拉伸強(qiáng)力還是可以增加很大，改善了可紡性，織物的耐磨性也得到提高。
   

Ward和Benerito分別采用氬、氦、氨等不同氣體等離子體處理棉織物，發(fā)現(xiàn)棉的吸附水和油的速度都大大加快。而且經(jīng)氨等離子體處理后，由于在棉纖維的大分子上引入氮原子形成了酰胺基，干折皺回復(fù)性大大提高，靠近電極處的干折皺回復(fù)角增加近20%，但濕折皺回復(fù)性沒有變化，有人懷疑氨等離子體可能會(huì)引起纖維素晶格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。Jung等，考察了氬等離子體處理過的棉織物的吸水效應(yīng)，并進(jìn)一步觀察了棉毛巾布經(jīng)等離子體處理后的芯吸效應(yīng)。研究表明，棉織物表面可能已經(jīng)形成了羰基、α-羥基過氧化物以及游離的自由基等。
   

在一個(gè)研究中顯示了棉織物經(jīng)過等離子體處理產(chǎn)生了的效果：含水量降低了；表面電阻率下降了；經(jīng)銅乙二氨溶液處理后發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)等離子體處理的棉纖維在其中完全溶解，而經(jīng)等離子體處理的棉纖維尚有部分未溶解，這表明經(jīng)等離子體處理后，纖維表面發(fā)生了部分交聯(lián)。利用這一特性可改善纖維的防皺性能，若在介質(zhì)中加入氟單體可起到拒水整理的作用。近年來，有人采用等離子體處理引發(fā)不同乙烯基單體、含氟單體對(duì)棉纖維進(jìn)行接枝聚合改性，如Byrne和Brown于70年代初用乙烯單體聚合沉降到棉織物或其它織物表面，觀察到了包括棉纖維拒水性提高等纖維性質(zhì)的一些改變。
　

3 麻纖維的等離子體處理 
　　麻纖維具有良好的機(jī)械物理性能和衛(wèi)生保健性能，其織物服用性能也非常好。但其染色性能較差，不易染成深色，而且鮮艷度也較差。果用等離子體處理后，可使纖維表面的膠質(zhì)分解，并在纖維表面形成較多的親水基團(tuán)、微小凹坑和微細(xì)裂紋。麻織物經(jīng)等離子體處理后，可顯著地增加毛細(xì)管效應(yīng)，使纖維表面的潤(rùn)濕性大為改善，同時(shí)粗糙程度也有所增加，織物的失重率、上染率和染深性都有所提高。麻織物經(jīng)等離子體處理后，可大大提高織物印花的著色性，花紋輪廓也十分清晰。最近還發(fā)展了等離子體用于麻的抗皺整理，以及將等離子體技術(shù)和生物技術(shù)如酶等聯(lián)合使用處理麻等新的方法。
   

亞麻織物的舒適、衛(wèi)生和優(yōu)雅的質(zhì)量使采用亞麻作衣料的需求增加了。但亞麻纖維結(jié)晶度高，導(dǎo)致抗彎硬挺度較高，加工難度大，等離子體處理可以消除這一缺陷。亞麻纖維具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，例如亞麻較棉具有較高的結(jié)晶度和較小的螺旋結(jié)構(gòu)節(jié)距，它沒有那種存在于棉纖維結(jié)構(gòu)中的螺旋反向?qū)雍娃D(zhuǎn)曲。同樣，二者在微孔的結(jié)構(gòu)和微晶的大小方面也存在著顯著的差別。等離子體刻蝕作用，僅攻擊在微晶表面的可結(jié)晶度的末端，不會(huì)造成在纖維整體結(jié)晶度方面的明顯變化。經(jīng)等離子體處理后，可使表面的聚合物分子發(fā)生斷裂，從而使麻纖維具有更好的彎曲撓性，同時(shí)織物的強(qiáng)力增加。
　

　　4 羊毛的等離子體處理 
　　羊毛表面具有鱗片結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生定向摩擦效應(yīng)，從而產(chǎn)生氈縮。傳統(tǒng)的方法是氯化處理，但它會(huì)帶來環(huán)保問題而且會(huì)損傷羊毛 不少學(xué)者對(duì)用等離子體來代替羊毛的化學(xué)處理進(jìn)行了研究。Radetic等用低溫等離子體處理羊毛針織物并與氯化處理相對(duì)比，發(fā)現(xiàn)等離子體處理后羊毛的潤(rùn)濕性和溶脹性都大有提高，對(duì)纖維損傷程度很小；印花后再經(jīng)氯化處理織物會(huì)泛黃，而低溫等離子體處理則對(duì)白度無影響；短時(shí)間處理后，給色量明顯改善。Hesse等對(duì)經(jīng)過等離子體處理的羊毛纖維表面進(jìn)行了研究，指出其防氈縮效果來源于表面的等離子體氧化效應(yīng)，纖維表面親水性增強(qiáng)，就會(huì)在洗滌過程中形成水膜，將單根的纖維分離開來，減少了摩擦，而且等離子體處理產(chǎn)生的高能粒子轟擊纖維表面，使羊毛纖維表面的鱗片層受到破壞，雙向摩擦系數(shù)的差值降低，因此達(dá)到防氈縮目的。
   

用CF4和CHF3等離子體處理羊毛織物后，可以改變羊毛表面的化學(xué)組成，在纖維表面增加部分正電荷中心，改變羊毛在水溶液中的帶電狀況，纖維表面極性增加，從而提高染料對(duì)纖維的吸附能力及降低染料向纖維內(nèi)擴(kuò)散的空間阻力，改善羊毛的染色性能。據(jù)報(bào)道用CF4等離子體處理后，羊毛表面的潤(rùn)濕性降低，但是上染速度卻增快了，而且勻染性不降低，反而有所改進(jìn)，所以上染速度增狀的原因主要不是改善了纖維的潤(rùn)濕性，而是破壞了羊毛鱗片層中的胱氨酸二硫鍵，使染料易于擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部。C.W.Kan等研究了采用低溫等離子體方法處理改善羊毛的染色性能，研究了等離子體處理毛紗的染色動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)，毛紗經(jīng)等離子體處理后，染料上染速度有明顯的增加，但染料平衡上染率沒有明顯地改變，低溫等離子體處理毛紗的熱力學(xué)參數(shù)有明顯變化，可采用低溫染色。
   

等離子體處理還可增加羊毛纖維的表面摩擦系數(shù)，纖維強(qiáng)力也不會(huì)降低，從而提高了紡紗時(shí)纖維相互之間的抱合力和紡紗性能。處理后的羊毛，纖維的平均細(xì)度比未處理前稍細(xì)，短毛率有所增加，手感比處理前略顯粗糙，而回潮率則普遍下降，在紡制高支紗時(shí)的斷頭率有明顯的降低。利用等離子體處理毛織物，可以在織物表面形成薄膜，具有均勻性高、針孔少、耐溶性能優(yōu)、熱穩(wěn)定性高以及在服裝加工中與襯里粘合性好等優(yōu)異性能。
　

5 絲織物的等離子體處理 
　　采用等離子體對(duì)蠶絲的改性處理研究得相對(duì)較少。行人曾利用氮?dú)廨x光放電產(chǎn)生的低溫等離子體處理柞蠶絲，經(jīng)處理后的柞蠶絲可以大大改善其潤(rùn)濕性和染色性。如果絲織物采用微粒子染色時(shí)，采用等離子體照射后，纖維表面受到離子射流的刻蝕，使纖維表面形成許多微小的凹坑和微細(xì)裂紋，可提高織物吸附微粒子的耐久性和染色的鮮艷度，從而提高了絲織物染深性。
   

Yasuda等研究了等離子體處理過的絲纖維表面形態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)CF4氣體改變了絲纖維的潤(rùn)濕性，使其與水的接觸角由0°增加到136°，這表明了氟原子已植入絲纖維表面。蘇州絲綢科學(xué)研究所探索了等離子體處理對(duì)絲綢性能的影響，發(fā)現(xiàn)絲織物在一定條件的低溫等離子體處理后，毛細(xì)管效應(yīng)增加，染色速度加快，但過度的處理反而會(huì)降低織物的吸濕性，通過掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)纖維表面產(chǎn)生了許多凹坑。國(guó)外科研人員對(duì)脫膠絲綢的處理作了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)絲織物經(jīng)等離子體處理后物理性能如拉斷強(qiáng)力、拉斷伸長(zhǎng)無明顯變化；織物白度在一定處理時(shí)間內(nèi)無明顯變化，但處理時(shí)間過長(zhǎng)，白度有所降低；纖維分子量無明顯變化；織物上染能力明顯提高。
　

6 合成纖維的等離子體處理 
　　許多學(xué)者對(duì)合成纖維采用等離子體改性產(chǎn)生了極大的關(guān)注，其主要研究集中在對(duì)滌綸織物的改性，并且已取得了一定的效果。主要是通過等離子體表面處理改性法，使滌綸表面發(fā)生分裂、刻蝕，其表面結(jié)構(gòu)和可潤(rùn)濕性都發(fā)生了相當(dāng)大的變化，纖維表面形成微凹坑和一些微細(xì)裂紋，纖維的表面積增加，不僅可增強(qiáng)這些纖維與其他纖維間的抱合力，而且可提高纖維表面的潤(rùn)濕性、上染率、染深性和染色牢度。文獻(xiàn)將等離子體接枝聚合法用于滌綸織物改性，用低溫等離子體引發(fā)丙烯酰胺對(duì)滌綸織物進(jìn)行接枝處理，發(fā)現(xiàn)接枝后織物的性能大有改善，由于織物導(dǎo)入酰胺基團(tuán)，親水性提高，利于染料向纖維內(nèi)擴(kuò)散。在最近的研究中，探索了等離子體處理和等離子體接枝的滌綸表面電阻率性能，發(fā)現(xiàn)表面電阻率大大地降低了，Maiid Sarmadi等研究用四氯化硅等離子體處理的方法，改善滌綸織物的親水性�？椢镌谒穆然�硅等離子體處理過程中，產(chǎn)生的氯硅陽離子反應(yīng)性很強(qiáng)，能打效的植入纖維表面，其中主要是SiCl3+離子，這種離子在大氣環(huán)境中能與水分子反應(yīng)。迅速轉(zhuǎn)化為Si(OH)x，從而纖維表面呈酸性，能吸附陽離子性物質(zhì)。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，纖維表面增加了硅元素和氧元素，接觸角明顯降低染色織物的K/S值大大增加。
   

此外對(duì)丙綸和錦綸的等離子體改性也進(jìn)行了一定的研究。Yasuda及其合作者運(yùn)用氟碳等離子體處理錦綸織物，并用不同的技術(shù)分析其表面性能的變化，發(fā)現(xiàn)處理后，錦綸織物表面張力大大降低，接近聚四氟乙烯的表面張力，錦綸疏水性增強(qiáng)，織物具有很好的拒水性。拒水性在水洗、烘干后降低，說明纖維表面的分子片段存在著旋轉(zhuǎn)性。還有人用氨等離子體處理聚烯烴、聚酯、聚氯乙烯以及醋酯纖維后，發(fā)現(xiàn)都可以用酸性染料染色，說明纖維表面上接上了含氮的陽離子，所以可以吸附陰離子型的酸性染料。
   

在建造摩天大樓和特大橋梁時(shí)，為了降低其自身的重量常常采用高科技、高性能碳纖維和芳綸纖維來替代鋼材，由于這些纖維強(qiáng)度大大高于鋼材而重量又十分輕。但其表面十分光滑，與其他建筑材料的粘合力不夠理想。可采用等離子體對(duì)其進(jìn)行改性處理，使其表面形成微凹坑和微細(xì)裂紋，有效地增強(qiáng)與其他材料的粘合力，提高高層建筑以及水下建筑的堅(jiān)牢度。

7 產(chǎn)業(yè)用紡織品的等離子體處理 
　　等離子體技術(shù)用于產(chǎn)業(yè)用紡織品的防護(hù)處理具有重要意義。AKZO Nobel公司開發(fā)研制的用等離子體技術(shù)對(duì)彈道材料表面進(jìn)行處理，先用無機(jī)等離子體處理，再用疏水性有機(jī)氣體的等離子體接枝或覆膜，有效地提高彈道材料的防潮能力進(jìn)而提高材料的性能。用等離子體處理滌錦雙組分復(fù)合纖維織物有利于充分開纖，明顯提高超細(xì)纖維的前處理效率。