等离子体作用原理及在羊毛染整加工应用

　　羊毛是一种天然蛋白质纤维,它具有诸多优良的特性,如光泽柔和、良好的弹性、耐磨性、吸湿性以及保暖性等,但也有许多不足,如羊毛织物易毡缩变形。传统方法处理羊毛鳞片层往往需要用含氯氧化剂,处理过程会产生AOX(可吸的有机卤素),对环境造成的污染比较严重。等离子体技术是干式反应体系,节水节能、环境污染少,处理仅涉及纤维的表面[1,2],不破坏纤维自身的性质,理论上可应用于各种纺织品基质物。本文重点讨论了等离子体技术在羊毛织物染整加工中的应用。

1 传统处理鳞片层的方法

　　普遍认为羊毛鳞片层结构是影响羊毛表面性质的主要因素,目前国内外的毛织物整理方法大都是对鳞片进行适当的破坏。主要有2个途径:一是采用释氯剂如二氯异三聚氰酸或其钠盐等破坏鳞片层。释氯剂价格较低,在酸性和室温条件下的反应速度相当快,使用较方便。二是采用氧化剂如过硫酸及其盐类、高锰酸钾等处理,它们的价格相对较高,反应速度也慢,因此应用得不多。但这2种方法都会引起羊毛的强力损失,还带来污水的公害。

2 等离子体及其作用原理

　　2.1 等离子体概述

　　广义等离子体指包含正负电荷相等的大量带电粒子的物质聚集状态。狭义等离子体是指一种全部或部分被电离的气体。气态物质在热、电等能量的作用下产生不同程度的分子及电子的分离,形成带负电荷的电子和带正电荷的离子等。这种包含原子、分子、电子、离子、光子、各种亚稳态和激发态粒子的混合气体即为等离子体。

　　2.2 等离子体处理织物的作用原理

　　等离子体改性高分子材料的方法主要有3种:一是主要对材料表面或极薄表层进行活化、刻蚀处理;二是首先使处理表面活化并引入活性基团,然后在此基础上运用接枝方法在原表面上形成许多支链,构成新表层;三是运用气相聚合物沉积到处理表面上形成薄膜。

　　在等离子体发生器中,除了等电量的正、负粒子外,还存在许多化学活性物质及其因辐射消散而发出的不同波长的光子。等离子体的能量可通过光辐射、中性分子流和离子流作用于聚合物表面。等离子体中的分子、原子和离子渗入到材料表面,同时材料表面的原子逸入等离子体中。

　　这个过程可以使纤维表层的大分子链断裂,呈微观不平的粗糙状态,为进一步改性创造条件;或在表面生成离子、自由基团而改变纤维表面的亲水性、渗透性、导电性以及分子量等。另外,聚合物表面的结晶相和无定形相的比例也可能发生变化。可应用于等离子体技术的气体有多种,应用不同的气体可获得不同的效果。

　　人工获得等离子体的方法主要有热电离、光电离、气体放电、辐射放电、冲击波等。工业制取等离子体以气体放电为主。等离子体分类有各种方法,大多数将其分为高温等离子体和低温等离子体。纺织染整加工主要应用低温等离子体(LowTemperaturePlasma),它又称非平衡等离子体。

3 等离子体技术在羊毛染整加工中的作用

　　3.1 羊毛防毡缩性

　　经过等离子体处理的羊毛纤维，用扫描电子显微镜观察(放大3000倍)发现,鳞片主体基本完整，而多处鳞片尖角芒刺被打钝,鳞片“起翘角”变小。进一步放大(10000倍)观察,可见羊毛纤维鳞片表面在等离子体处理时被刻蚀的大量痕迹。这种表面微观粗糙度的增加和纤维抱合时接触面积的增加,导致了纤维表面摩擦系数的提高。表1为经氧等离子体处理3min后羊毛表面摩擦系数的变化。