CN101265659A - 等离子体喷枪改进纺织品材料亲水性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纺织材料的处理方法，具体地说是一种等离子体喷枪改进纺织品材料亲水性的方法。它是将纺织品材料在常压下，通过低温等离子体喷枪装置进行辐照诱变得到的。其中所述的低温等离子体喷枪装置包括一个接地装置，接地装置中间设有一个石英管，石英管与接地装置之间形成等离子体区，石英管内装有高压电极，石英管的上端与进气系统连接。本发明能够有效解决纺织品亲水性的“即时效应”问题，可以促进以干式反应代替湿加工，同时对节水和环境保护也有较大贡献，将为纺织品材料质量的提高起到重要的作用。

Description

等离子体喷枪改进纺织品材料亲水性的方法

技术领域

本发明涉及一种纺织材料的处理方法，具体地说是一种等离子体喷枪改进纺织品材料亲水性的方法。

背景技术

我国是纺织大国，纺织品处理中目前仍以湿加工为主，这不仅消耗了大量用水，使得水资源更加紧张，而且带来污水的公害。大量纺织污水的排放直接危胁着人民的身心健康，治理这些污水的费用和科研投入自然也变成了经济发展过程中所必须消耗的成本。近20多年来，人们逐渐发现利用干式反应法(等离子体辐照、粒子束辐照)不但节水节能、环境污染小，而且操作简单、易于控制、不破坏纤维自身的性质，因此干式方法越来越受到人们的重视。在纺织领域，  织物的上浆和退浆、麻的脱胶、织物的防缩、织物的扎光、合成纤维的亲水化、织物的阻燃性能改进、织物的防静电性能的改进等均可以用等离子体辐照和粒子束(包括离子、电子、紫外线、X射线和γ射线等)辐照方法处理，而且也都取得了许多可喜的进展。然而，目前研究辐照方法(等离子体辐照、粒子束辐照)作用于纺织品材料的工作基本上还处于应用阶段，尚未见到比较深入的综合研究机理的报道。譬如辐射因素作用纺织品表面后各种物理和化学过程的研究，包括辐射作用物质10^-6-10^-9秒以内各种物理和化学反应的机理问题在目前的文献中并无报道。研究者认为在各种干化学方法中，等离子体辐照材料改性是一种综合效应，其中离子、自由基、原子和分子基团、X射线、紫外线、可见光等都在起作用。这样，人们得到的化学组分不是一种条件下的化学反应，而是等离子体条件下的化学反应。在这种反应中，等离子体中的离子和电子起到了非常关键作用，同一种材料在受不同元素的气体等离子体放电影响后所造成的改性有比较大的差别。但对低温等离子体而言离子的温度又比较低，离子的作用比较弱，离子是如何在反应中发挥作用的还有待人们进行深入的研究。因此，对等离子体作用高分子聚合物的原初过程进行研究，重点研究等离子体作用高分子聚合物时的原初作用过程和原初作用过程中各个时间尺度下的成分变化及改性结果，对揭示等离子体条件下的反应机理是有裨益的。这方面目前国内外的研究并不深入，若能取得突破，将有助于研究清楚等离子体与高分子聚合物相互作用的机理问题，对生产实践产生指导作用，促进科研成果产业化。除了综合机理没有深入研究外，目前人们对一些具体现象的机理研究也并不深入，非常典型的2个例子就是辐射作用于纺织品亲水性的即时效应问题和辉光放电作用于羊毛防缩的机理问题。

在纺织品中，涤纶的使用量是最大的。而涤纶本身由于表面分子结构的特殊性，其亲水性较差，人们不得不加入PVA上浆，这就会带来环境污染问题。目前，国际上已经禁止使用PVA，比较普遍的做法是代之以淀粉上浆。为了提高上浆效果，科技人员采用各种物理和化学的手段对涤纶的亲水性进行改进，比如γ射线辐照法、等离子体法辐照法、紫外线辐照法等。生产实践和科学实验均证明这些方法会对亲水性有很好的改进，如等离子体辐照可以使涤纶的亲水性显著提高，但是这种亲水性却随着时间推移而逐渐退化，也就是等离子体作用纺织品后存在亲水性的“即时效应”问题(也称“经时效应”、“时效性”)，使上浆工作必须在涤纶的亲水性还较好时进行，给生产实践带来不少困难，涤纶的使用范围也受到了局限。不仅涤纶受等离子体作用后存在“即时效应”问题，科研人员在等离子体处理棉纺织物表面改性、聚碳酸酯材料表面改性、羊毛表面改性、碳纤维表面优化中均发现了有“即时效应”存在。综合已有的研究，可以肯定的是“即时效应”是一种普遍存在的效应。因此深入研究“即时效应”有重大意义。

目前一般采用的改善时效性的有效措施是等离子体接枝(graft)改性。欲对高分子聚合物表面改性，首先要求在材料表面形成有一定面密度的活化中性，研究“即时效应”的途径依赖于先研究高分子材料等离子体改性时或改性后在高分子上发生的化学反应及反应机理。因此，本项目旨在在原有研究基础上从自身条件出发对等离子体作用于纺织品后的亲水性问题进行深入细致的研究，着重研究等离子体作用纺织品引起亲水性的原初过程和原初过程中各个时间尺度下的成分变化和结果、不同等离子体参数下纺织品表面接枝的效果，探究普遍性规律和合适的解决“即时效应”的方法，以期明确等离子体作用于高分子聚合物后的亲水性机理，提出改进高分子聚合物亲水性和减弱或消除“即时效应”的方法，为等离子体技术应用在纺织品处理上奠定理论基础和应用方法。等离子体作用于高分子聚合物后亲水性机理和“即时效应”问题的解决，将有利于等离子体技术在纺织品处理上的应用，提高纺织品质量，提升技术含量。该技术的突破将以干式反应代替湿加工，同时对节水和环境保护也有较大贡献，将为我国的国民经济发展起到重要的作用。在亲水性领域，目前文献上得到的无“即时效应”的结果较少，大部分的设备(辉光放电，电晕放电等)辐照织物后亲水性在几天内基本上就会减弱甚至消失。目前有一种方法是使用含氟气体，且在真空状态下工作，从环保和产业化来讲是不利的。目前等离子体设备辐照纺织品普遍存在2个弱点，一是很大一部分等离子体设备都是在真空状态下工作，非常不利于对大面积纺织品的辐照，二是即便辐照后有比较好的结果，但存在时效性(也叫经时效应，即时效应或及时效应)，即织物被辐照后随着放置时间延长，辐照后获得的特性逐渐减弱或消失。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种等离子体喷枪改进纺织品材料亲水性的方法，它能够改进纺织品材料的亲水性和减弱或消除“即时效应”，提高纺织品质量。

本发明的技术方案是这样实现的：它是将纺织品材料在常压下，通过低温等离子体喷枪装置进行辐照诱变得到的。

其中所述的纺织品材料为棉、麻、羊毛和合成纤维。

其中所述的低温等离子体喷枪装置包括一个接地装置，接地装置中间设有一个石英管，石英管与接地装置之间形成等离子体区，石英管内装有高压电极，石英管的上端与进气系统连接。

本发明的基本原理：使用等离子体喷枪技术对材料亲水性进行改性。本系统由电源系统、进气系统、等离子体喷枪系统、辐照靶位构成。电源控制等离子体喷枪系统内产生等离子体，进气系统向等离子体喷枪内供入大于1个大气压的气体，气体将等离子体喷出，喷出的等离子体焰作用于靶位上的织物，实现对织物的亲水性改性。以前发现等离子体作用纺织品后亲水性效果较好，但随时间推移，亲水性逐渐变差，这就是“即时效应”。根本原因是亲水基团发生了变化，或者是亲水基团发生了向里反转，或者是亲水基团不稳定。本喷枪方法能够抑制这种“即时效应”，原理上是纺织品表面获得了比较稳定的亲水基团，这表明这种方法与传统等离子体处理方法有着很大的不同。电源系统是采用脉冲高压技术，最大输出电压为25kV(空载)以上，最大电流600mA以上，额定功率最大600W以上。进气系统是有工作载气(一般是采用Ar气)可以混入其它任何反应气体，由气瓶、气体减压阀、气体流量计构成。当气体在圆柱形内电极和圆筒形外电极之间通过时得到击穿电离形成冷等离子体，该冷等离子体在气体压力下通过喷口向外喷出。气体既可以是纯载气，也可以是混合气体。各类气体流速一般为20升/分钟，其具体范围视工作要求而定。等离子体喷枪系统由内高压电极、圆筒形外电极和石英管介质构成。喷出等离子体束流的长度决定于放电功率、放电频率和气体流量。靶位是可以放置织物的平台，可以是金属的，也可一是绝缘的，它可以托着织物滚动。

本发明利用等离子体喷枪对材料亲水性进行改性，辐照环境为常压状态，从而有利于安排织物的位置和运动；辐照的等离子体温度较低，不会对织物有大的破坏，能够有效解决“即时效应”问题，在干法处理纺织品领域应用广泛，可以促进以干式反应代替湿加工，同时对节水和环境保护也有较大贡献，将为我国的国民经济发展起到重要的作用。

附图说明

图1是整个辐照方法的示意图。

图2是低温常压等离子体喷枪系统示意图。

1是电源系统，2是进气系统，3是放电系统，4是等离子体区，5是靶位和织物系统，6接进气系统，7是高压电极，8是石英管，9是等离子体区，10接地装置。

具体实施方式

实施例1

将棉在常压下，通过低温等离子体喷枪装置进行辐照诱变得到的。其中所述的低温等离子体喷枪装置包括一个接地装置，接地装置中间设有一个石英管，石英管与接地装置之间形成等离子体区，石英管内装有高压电极，石英管的上端与进气系统连接。在辐照诱变时用单一用氩气实现过对棉的亲水性改进，亲水性效果明显。辐照时间为1分钟，0.1毫升蒸馏水滴到棉表面后全部散开时间开始只有几秒，几分钟后始终保持在45秒左右，直到半年后仍维持45秒左右的效果，一年(具体放置时间422天)后为300秒的亲水时间。

实施例2

将羊毛在常压下，通过低温等离子体喷枪装置进行辐照诱变得到的。其中所述的低温等离子体喷枪装置包括一个接地装置，接地装置中间设有一个石英管，石英管与接地装置之间形成等离子体区，石英管内装有高压电极，石英管的上端与进气系统连接。在辐照诱变时用单一用氩气实现过对羊毛的亲水性改进，亲水性效果明显。辐照时间为2分钟/厘米，0.1毫升蒸馏水滴到羊毛表面后全部散开时间开始只有几秒，几分钟后始终保持在10几秒左右，若干天后仍维持10几秒左右的效果。

实施例3

前述步骤同实施例2，单方向点辐照，辐照时间为5分钟/点，连续对5厘米长度上进行辐照，辐照总时间30分钟，0.1毫升蒸馏水滴到羊毛表面后全部散开时间开始只有1-2秒，若干天后仍维持1-2秒左右的效果。

实施例4

将涤纶在常压下，通过低温等离子体喷枪装置进行辐照诱变得到的。其中所述的低温等离子体喷枪装置包括一个接地装置，接地装置中间设有一个石英管，石英管与接地装置之间形成等离子体区，石英管内装有高压电极，石英管的上端与进气系统连接。在辐照诱变时用单一用氩气实现过对涤纶的亲水性改进，亲水性效果明显。单一用氩气实现过对棉的亲水性改进，亲水性效果明显。单方向点辐照，辐照时间为5分钟/点，连续对5厘米长度上进行辐照，辐照总时间30分钟，0.1毫升蒸馏水滴到涤纶表面后全部散开时间开始只有1-2秒，若干天后仍维持10几秒左右的效果。

以上实施例表明这种改进亲水性的方法对抑制“即时效应”是非常有效的。

Claims (3)

1、一种等离子体喷枪改进纺织品材料亲水性的方法，它是将纺织品材料在常压下，通过低温等离子体喷枪装置进行辐照诱变得到的。

2、根据权利要求1所述的等离子体喷枪改进纺织品材料亲水性的方法，其中所述的纺织品材料为棉、麻、羊毛和合成纤维。

3、根据权利要求1所述的等离子体喷枪改进纺织品材料亲水性的方法，其中所述的低温等离子体喷枪装置包括一个接地装置，接地装置中间设有一个石英管，石英管与接地装置之间形成等离子体区，石英管内装有高压电极，石英管的上端与进气系统连接。

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