低温等离子体对亚麻织物退浆的影响9-45

王鸿晓  王建明     北京服装学院材料科学与工程学院

原载:第九届全国染整前处理学术讨论会论文集;371-376

 

【摘要】研究了低温等离子体处理对亚麻织物碱退浆的影响。通过测定织物的失重率、毛效评价退浆效果,并结合SEM照片观察了低温等离子体处理后亚麻表面性状的变化,并分析了等离子体的作用原理。研究表明,低温等离子体处理亚麻织物,主要作用于其表面,通过刻蚀作用使浆料表面形成凹坑和裂纹,利于碱液渗入,再经低浓度、短时间退浆处理,就能达到常规碱退浆效果。

【关键词】退浆;等离子体;低温;亚麻织物

 

亚麻织物常规退浆加工存在耗能、耗水、环境污染严重的问题,不符合当今环保的要求,不利于产品的可持续发展,因此有利于生态环境的等离子体在纺织制品染整加工中的应用研究引起人们的极大关注。有研究表明,等离子体处理可以改善纤维制品的润湿、易去污、印花、染色性等15。低温等离子体有电晕放电和辉光放电两种68,本项目主要研究辉光放电。通过测定织物的失重率、毛效和断裂强力,评价低温等离子体处理对棉织物碱退浆的效果,并结合电镜观察分析低温等离子体的作用原理。

1  实验部分

1.1  材料及试剂

织物 纯亚麻坯布

助剂 氢氧化钠(分析纯,北京化学试剂公司),渗透剂ST12 (北京中纺化工有限公司)。

1.2  试验仪器

HD22型冷等离子体改性设备(常州新区世泰等离子体技术开发有限公司),LCK2800型纺织品毛细效应测定仪(山东纺织研究院测控设备开发中心),HD026N型电子强力仪(南通宏大试验仪器有限公司),JSM26360扫描电镜(日本电子)。

1.3  试验方法

1.3.1  常规碱退浆工艺处方/g/L

NaOH      x

润湿剂   2

温度/ 100

时间/min         30

浴比        130

1.3.2  低温等离子体处理碱退浆

工艺流程:亚麻织物105预烘干2 h→低温等离子体处理(氩,30 Pa)→105烘干2 h→称量→碱退浆→热水洗(80℃×2次)→温水洗(50℃×2次)→冷水充分淋洗→105烘干2h,称量

1.4  性能测试方法

1.4.1  失重率测定

失重率=W1-Wh/W1×100%,式中W1为坯布试样质量,Wh为低温等离子处理或碱退浆处理后的试样质量。样品处理后称量前均平衡2 h

1.4.2  毛效测试

FZ/T 01071-1999《纺织品毛细效应试验方法》测试。

1.4.3  断裂强力的测定

GB/T3923.1-1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》,测定织物的断裂强力。

1.4.4   SEM测试 

采用扫描电子显微镜Hitachi S23200N

2  结果与讨论

2.1  常规碱退浆处理

为对比低温等离子体处理对亚麻织物退浆的影响,分别使用浓度为5101520g/LNaOH对纯亚麻坯布进行退浆处理30min,退浆效果见表1

1  常规碱退浆效果

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由表1知,随NaOH浓度增加,失重率和毛效随之增加;NaOH浓度达10 g/L时,失重率达4.76%,毛效达9.0cm/30 min,满足一般染整后加工的要求。

2.2  低温等离子体处理对亚麻织物退浆影响

2.2.1  低温等离子体处理对浆料的作用

为了比较、分析等离子体对浆料的作用情况,将常规碱退浆和经氩气低温等离子体处理不同时间的失重率列于图1中。结合文献7研究成果,确定等离子体处理条件为100 W30 Pa

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由图1可见,低温等离子体处理1510 min的试样失重分别为0.95%1.37%1.97%。这一现象表明随着等离子处理时间的延长,织物的失重率上升,这是因为等离子体对纤维表面有双重作用,一方面对纤维表面进行刻蚀,另一方面极性的等离子体对纤维表面具有氧化作用,使原来结构紧密的部分因氧化而疏松,并逐步被刻蚀下来。处理时间越长,功率越大,等离子引发的高速粒子数量越多,能量也越大,对纤维表面的轰击及刻蚀作用越重。

2.2.2  低温等离子体处理条件对退浆效果的影响

1)处理时间对退浆效果的影响

为了确定亚麻织物最佳低温等离子体处理条件,分别研究了处理时间,处理功率和压强对实验结果的影响。首先研究了处理时间对织物前处理的影响,实验结果如表2所示。

2  低温等离子体处理时间对实验结果的影响

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注:等离子体处理条件100 W30 Pa;工艺处方:NaOH 10 gL-1,时间30 min

由表2的实验结果可以看出,随着处理时间的增加,织物的失重率,毛效均不断增加。亚麻纤维经低温等离子体处理后,在纤维表面形成较多的亲水基团、微小凹坑和微细裂纹,有利于提高织物的吸水性能。观察表2的实验结果,处理时间由5 min增加到10 min,织物的失重率,毛效提高效果不明显,比较合理的低温等离子体处理时间为5min

2)处理功率对退浆效果的影响

在处理时间确定的基础上,进一步研究了处理功率对实验结果的影响。实验结果见表3

3  低温等离子体处理功率对实验结果的影响

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注:等离子体处理条件5 min30 Pa;工艺处方:NaOH 10 gL-1,时间30 min

由表3的实验结果可以看出,随着处理功率的增加,织物的失重率和毛效均不断增加,而织物的毛效在处理功率为200 W的时候达到最大值。由于等离子体处理功率增加,反应室内被激发的等离子气体的数量也相应增加,使其与浆料表面的反应更加彻底,更多的大分子链被打断,形成水溶性较好的小分子,或进一步氧化成气体挥发到周围环境中9。综合处理后织物的各项测试结果,可以看出等离子体最佳处理功率为200 W

3)处理压强对退浆效果的影响

为最终确定纯亚麻织物的最佳低温等离子体处理条件,继续研究了压强对实验结果的影响。实验结果如表4所示。

4  低温等离子体处理压强对实验结果的影响

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由表4可以看出,处理压强为30Pa时,织物的处理效果最好。随着处理压强的增加,反应室内的气体密度增加,被激发的等离子体数量也相应增加。在同样的时间和功率下,压强越大,浆料与等离子体反应越充分,浆料表面发生的物理和化学反应更彻底,浆料的失重率得到提高。

但处理压强也不宜太大,当压强过大,反应室内的气体分子过多,等离子激发时携带一定的能量,气体密度过大会导致部分携带能量的等离子体与其它粒子发生撞击,在撞击的过程中会发生能量传递,等离子体的飞行速度将会降低,使得等离子体撞击浆料表面的速度减小,将会影响等离子体对浆料的刻蚀效果和反应程度。因而等离子体处理压强改变,会使织物的润湿性略有提高或基本不变。

综合上述分析,可以得出低温等离子体处理亚麻织物最佳工艺参数:处理功率为200 W,处理时间为5 min,压强为30 Pa

2.2.3  低温等离子处理对纤维表面的影响

为了探讨低温等离子体对浆料的氧化、降解和刻蚀作用,拍摄了扫描电镜照片(SEM),以观察亚麻纤维表面性状的变化,见图2

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2  亚麻纤维扫描电镜图

2a)是未经处理的纯亚麻坯布的电镜照片。可以看出,纤维表面被浆料完全包覆,纤维之间也连结着的浆料。经低温等离子体处理1 min后(见图2b)),纤维表面的浆料出现凹坑和裂纹,并且连结纤维的浆料消失,这有利于退浆时NaOH的渗入,进而快速溶胀并分解浆料。随着时间的延长,如图2c)、(d)所示,纤维表面浆料的凹坑和裂纹加深。当处理时间达到10 min时,纤维表面开始出现细微缝隙,这为提高毛效提供了可能性。因此,经低温等离子体处理后的亚麻织物就有可能在短时间、低浓度碱条件下,达到理想的退浆效果。

2.2.4  低温等离子体处理后最佳退浆工艺的确定在最佳低温等离子体处理工艺条件(200 W30Pa5 min)下,研究了亚麻织物的低温等离子体处理后的最佳退浆工艺。实验结果如表5所示。

5  低压等离子体处理后最佳退浆工艺的确定

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如表5所示,当退浆时间为10 minNaOH浓度为6g/L时,失重率为4.75%,毛效为9.4 cm30 min-1,达到常规碱退浆30 minNaOH浓度为10 g/L的效果。

为对比坯布、常规碱退浆布以及经低温等离子体处理后的退浆布的性能,将各项测试指标列于表6中。

6  坯布、常规碱退浆布、等离子体处理后退浆布性能对比

项目

失重率%

毛效/cm/30min

经向强力/N/5cm

纬向强力/N/5cm

坯布

-

1.2

847.3

667.3

常规碱退浆布

4.76

9.0

718.0

563.8

等离子体体后退浆布

4.75

9.4

742.8

587.5

如表6所示,等离子体处理后退浆与常规碱退浆的失重率基本一致,断裂强力高于常规退浆布,这是由于碱量减少了40%,时间缩短了67%,降低了纤维的损伤,同时等离子体处理后增加了纤维、纱线之间的抱合力,因此处理后的织物断裂强力有所提高。等离子体处理后纤维表面开始出现细微缝隙,同时高能量的离子束可切断浆料大分子,还可切断纤维所含的一部分蜡质等疏水性物质的大分子链,使其在退浆过程中与浆料一起被去除,从而使毛效和纤维润湿性提高。

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