准分子紫外光源对涤纶织物的表面改性yd6007
阎克路 赵炯心 杨 梅 Thomas
Bahners*
东华大学化工学院(200051)*德国西北纺织研究中心
原载：《染整科技》
【摘要】本文采用222nm波长的准分子紫外光源对聚酯纤维面料进行表面改性，通过测试面料表面对蒸馏水的即时吸湿性，研究了直接辐照和用烯丙基甘油醚接枝辐照、以及辐照时间对织物亲水性和时效性的影响。研究结果表明，直接在空气中用222nm准分子紫外光源辐照处理可以提高聚酯纤维面料的亲水性，结合使用GAE进行接枝，既可以增加聚酯纤维面料的即时吸湿性，又赋予其良好的时效性，辐照时间为0.5min就可获得良好的亲水性。
【关键词】准分子紫外光源;辐照;聚酯纤维面料;亲水性
1 前言
当前的国际国内市场对功能纺织品、特别是对产业或技术纺织品的需求日益增长，同时对清洁生产和环保的要求也越来越严格，非常需要一种简单、有效和环保的表面处理新方法。
准分子紫外光源(准分子紫外灯)是一种仅有十几年历史的新型高强度非相干性单色紫外光源，与常规的紫外光源相比较，准分子紫外光源的强度是前者的数十倍，发射光谱是带宽为l0nm的狭谱带[1,2]，可制成高效率低成本的纺织品连续化无水处理设备。
准分子紫外光源对纺织品的表面改性技术是一种清洁、适应面广、快速、节能的最新型的加工方法，它结合了技术简易的灯光和高强度、非相干性的单色光源，与准分子激光和等离子辉光放电处理技术相比，它更适宜于加工大面积移动的纺织品，而且技术简易(用灯光照射)、效率高(处理时间很短)，从而能够第一次实现光化学表面改性的工业化。
准分子紫外光源聚酯面料表面改性的产业化技术开发，是一场加工模式的革命和技术创新。开发与应用推广该技术，对改善印染行业的三废污染问题和聚酯产品的服用性能，开发高附加值的高档聚酯面料，提高印染行业的经济效益，进一步优化提升纺织产品结构和实施清洁生产、发展可持续发展战略，都有着极其重要的现实意义。
本文采用222nm波长的准分子紫外光源对聚酯纤维面料进行不同时间的辐照，并选用烯丙基甘油醚进行接枝，通过测试面料表面对蒸馏水的即时吸湿性来表征处理效果。
2 实验
2.1实验装置
本实验使用222nm准分子紫外光源设备(见图1)，型号为Blue light Curing Module 222/300/5Ohz (Heraeus Noblelight GmbH，Germany)。
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A. 222nm准分子灯 |
B.织物连续处理设备 |
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图1 222nm准分子紫外光源设备 |
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2.2 实验材料与试剂
2.2.1 涤纶织物的净化处理
将普通聚酯纤维面料(PET)置于含有1%洗涤剂的清水中洗15分钟，再用清水冲洗15分钟，于50T烘箱中烘4小时。再浸于二氯甲烷中3小时，取出分别用无水乙醇和去离子水清洗两次，晾干待用。
2.2.2 试剂
丙三醇-1-烯丙基醚
(以下简称GAE，C6H1203)为试剂级。
2.3处理工艺
分为直接辐照和GAE接枝辐照处理，辐照条件:波长222nm，频率l00Hz，电流1.6A，功率1.5KW，灯管与处理织物的空隙为3cm;具体辐照时间见表1。然后将辐照处理过的试样置于索氏提取器中，用无水乙醇洗3小时五个循环，空气中晾干后进行即时吸湿性测量。
2.4亲水性能测试方法
对聚酯纤维面料进行即时吸湿性测量，比较准分子紫外光源辐照的处理参数和处理前后亲水性的变化、以及时效性的变化情况。
即时吸湿性测试:将0.lmL的蒸馏水滴于涤纶织物表面，用秒表测定其浸透时间，以测试其即时吸湿性随辐照时间的变化情况以及时效性，结果见表1。
表l 222nm准分子紫外光源辐照处理对涤纶织物即时吸湿性能的影响
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即时吸湿和时效性 |
辐照处理时间(min) |
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0 |
0.5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
15 |
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水滴浸透织物时间 |
直接辐照 |
733.65 |
8.29 |
23.62 |
22.85 |
6.34 |
2.04 |
1.19 |
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GAE接枝辐照 |
733.65 |
3.42 |
14.42 |
12.06 |
2.68 |
1.37 |
0.79 |
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GAE接枝辐照后放半月 |
733.65 |
3.69 |
15.11 |
12.95 |
3.02 |
1.69 |
0.93 |
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3 结果与讨论
3.1直接辐照对聚酯纤维面料的影响
表l是聚酯纤维面料经过不同时间的准分子紫外光源辐照后，其即时吸湿性的变化情况。从表1中可以清楚地看出:对于直接在空气中经准分子紫外光源辐照0.5min后的聚酯纤维面料，其水滴浸透织物的时间即时吸湿性明显增强，从原来未辐照处理的733.65秒减少为8.29秒;且随着辐照时间的延长，水滴浸透织物的时间有先延长后缩短的趋势。
图2是在准分子紫外光源辐照下，聚酯纤维大分子发生光化学氧化的示意图。
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a·聚酯纤维大分子中砧键断裂生成多种自由基 |
b·聚酯纤维大分干中自由基与空气中的氧气和水的反应 |
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图2准分子紫外光源辐照下聚酯纤维大分子光化学氧化反应示意图[3] |
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经过准分子紫外光源辐照后，聚酯纤维大分子中的酯键断裂，生成多种自由基(图2的a图);这些自由基中有些可能与空气中的氧和水分子发生反应，生成羧基等亲水基团(图2的b图)，使涤纶获得亲水性的表面改性。
3.2GAE接枝辐照对聚酯纤维亲水性的影响
在222nm准分子紫外光源辐照下，聚酯纤维面料接枝GAE后的即时吸湿性以及时效性的变化情况见表l。从表1可见，接枝GAE辐照面料的水滴浸透织物的时间从原来未处理的733.65秒减少为3.42秒;且随着辐照时间的延长，水滴浸透织物的时间也有先延长后缩短的趋势。
对比表l中直接辐照织物的即时吸湿性测试数据，可以清晰地看出接枝GAE辐照织物的水滴浸透织物时间要短 (分别为8.29秒和3.42秒)，说明接枝GAE辐照可以赋予织物更好的亲水性。
从表l中接枝GAE辐照织物的两组测试数据可以看出，辐照后立即测试的亲水性与放置一个月后测试的数据几乎相等。说明聚酯纤维面料在辐照下用GAE接枝，其即时吸湿性明显增强，并且不随时间而衰减。
究其原因可能是准分子紫外光源在空气中辐照聚酯纤维面料，聚酯基质界面就被活化了，纤维表面会发生光氧化反应引发产生自由基，那么吸附在聚酯纤维面料上的GAE与自由基发生反应，将含有强亲水性的双羟基接入聚酯纤维中，既增强了聚酯表面的吸湿性，又赋予良好的时效性(图3)。
另外在研究中发现，聚酯纤维面料经准分子紫外光源辐照时间超过五分钟，即会出现微弱的发黄现象。因此辐照处理时间以0.5min为宜。
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图3准分子紫外光源辊照下GAE与聚酯纤维大分子接枝反应示意图[3] |
4 结论
直接在空气中用222nm准分子紫外光源辐照处理可以提高聚酯纤维面料的即时吸湿性，结合使用GAE进行接枝，既可以增加聚酯纤维面料的即时吸湿性，又赋予其良好的时效性，辐照时间以0.5min为宜。
参考文献
[1]徐金洲，梁荣庆，任兆杏，真空科学与技术，2001，
21(4);298-302
[2]徐学基，照明工程学报，1998，9(1);9-16
[3]
Thomas Bahners, Functional thin layer deposition
by
photo-chemical and plasma process, lecture in
Donghua
Univereity, 2004.10.18, Shanghai.
(第一作者:教授)