CN102644194B - 一种常压等离子体协同碱处理聚酯纤维或织物的减量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种常压等离子体协同碱处理聚酯纤维或织物的减量方法，包括：(1)将聚酯纤维或织物在常压反应性等离子体氛围中进行处理；所述的常压反应性等离子体采用的电源频率范围为20-4000kHz，功率30-1000w，调制脉冲频率1-50kHz，占空比1-99％；(2)将步骤(1)得到的处理后的纤维或织物浸渍在碱溶液进行碱处理，反应结束后，水洗、烘干，即可。本发明的方法操作方便，加工速度快，设备简单，没有额外碱减量化学促进剂；本发明处理后的聚酯纤维或织物，减量均匀稳定，具有蚕丝一般的光泽，柔软性和悬垂性好，强力损失小，综合性能更加优化；由于碱量率低，从源头上减小了碱减量污水中污染物的含量。

Description

一种常压等离子体协同碱处理聚酯纤维或织物的减量方法

技术领域

本发明属于聚酯纤维或织物的减量方法领域，特别涉及一种常压等离子体协同碱处理纤维或织物的减量方法。

背景技术

作为产量最大的合成纤维，聚酯纤维及织物以高强度、高弹性、优良的耐磨性和耐光性等特点，广泛应用于衣料、各种装饰布料以及其它工业用纤维制品。但其本身固有的疏水性、极光效应和较差的悬垂性，限制了聚酯纤维或者织物在某些方面的应用。为了改善这些性质，工业上常采用碱减量方法进行处理。即在100℃左右的温度和一定浓度的NaOH水溶液中，聚酯分子的酯键和NaOH反应，发生水解，在聚酯纤维表面形成大小不一的微凹坑，生成不同聚合度的水解产物，使聚酯纤维的质量减少15％以上，减少光滑的纤维表面对光的直接反射，使光在纤维表面发生漫反射，使其具有真丝般的光泽和柔软性，同时提高其吸湿性、染色性等，已经成为聚酯生产的常规过程。但碱减量过程最终伴随着苯甲酸纳盐、乙二醇等小分子水解产物的大量生成与回收处理，碱的利用率低和回收问题，高温的能耗问题，碱减量后的织物容易发飘，悬垂性下降等，是高能耗高污染的过程。

近年来，国内外学者对改善碱减量处理方法进行了大量的研究。中国专利CN101736571A公开一种聚酯织物可控碱减量的方法。此法采用高温高压，并添加具有渗透、润湿和分散特性的离子表面促进剂，可使减量均匀，碱利用率达95％以上。但该法需要120-130℃高温及高压，以及额外的阴离子添加剂，对设备的要求高，在实际生产中会产生较大的能耗。

中国专利CN102051806A公开一种面料碱减量处理方法。此方法是将聚酯织物先用双氧水进行浸泡，再放入碱槽进行碱减量处理。该方法利用双氧水低温下的强氧化作用，使纤维表面发生预水解，可以显著的降低碱处理温度。但该法在降低处理温度的同时，也带来额外的双氧水的添加。

日本专利JP2005002527A公开一种聚酯纤维碱减量促进剂及其减量加工方法，此方法是采用可回收的乙醇作为碱减量促进剂。日本专利JP10317276A公开的方法是采用乙二醇和氢氧化钠作为碱处理溶液，在较低的碱浓度的条件下即可具有良好的减量重现性。这两种方法都很好地解决了促进剂残留的问题，并且降低了碱的浓度。但减量过程中的碱处理温度并没有显著降低。

这些化学方法对碱减量过程的改善取得了一定效果，但并没有显著减少化学试剂的使用，因此研究人员提出了一些物理方法。

中国专利CN1303970A公开了一种微波碱减量的方法。此法是将浸轧碱液后的聚酯织物经过微波处理进行减量，可以显著降低处理时间，减少工业能耗和污染。日本专利JP9256269A公开的方法是聚酯织物经低压水银灯紫外光辐射后，浸入不加促进剂的碱溶液中进行处理。此法降低了碱的浓度和处理时间，而且不使用促进剂。但两个专利都没有讨论达到柔和光泽和手感时织物的减量率，也没有讨论微波或者紫外光照射对织物力学性能的影响。

低温等离子体含有数电子伏特的能量较高的电子和其他高能活性粒子，足以使聚酯纤维或者织物表面分子发生断键裂解，使材料表面产生物理和化学的变化，从而改善材料的表面性能，虽然等离子体气体温度略高于室温，但不影响材料本体的性质，具有操作简单、加工速度快、处理效果好、节能无污染等优点，已经广泛应用于微电子行业的刻蚀、封装等方面。国内外均有将低温等离子体技术应用于聚酯纤维织物碱减量过程的研究，但是这些产生低温等离子体的装置和设备大都需要昂贵的真空系统，不利于纤维织物低成本连续化工业生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种常压等离子体协同碱处理聚酯纤维或织物的减量方法，该方法操作方便，加工速度快，设备简单，处理效果好，处理后的聚酯纤维或织物，减量均匀稳定，具有蚕丝一般的光泽，柔软性和悬垂性好，强力损失小，综合性能更加优化。

本发明的一种常压等离子体协同碱处理聚酯纤维或织物的减量方法，包括：

(1)将聚酯纤维或织物在常压反应性等离子体氛围中进行处理；所述的常压反应性等离子体采用的电源频率范围为20-4000kHz，功率30-1000w，调制脉冲频率1-50kHz，占空比1-99％；

(2)将步骤(1)得到的处理后的纤维或织物浸渍在碱溶液进行碱处理，反应结束后，经水洗、烘干，即可。

步骤(1)中所述的常压反应性等离子体采用陶瓷、聚四氟乙烯等介质阻挡放电，在常温常压的环境下产生。

步骤(1)中所述的常压反应性等离子体的放电气体为O₂、N₂、Ar气体中的一种或几种。

所述的氩气的流量为1-8SLM，氧气的流量为1-50sccm，氮气的流量为1-50sccm。

步骤(2)中所述碱溶液中的碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种。

上述碱溶液的质量浓度为5-25％。

步骤(2)中所述碱处理的温度为70-90℃，处理时间为15-30min。

本发明中通过常压等离子体协同减量处理后，聚酯织物减量率低于5％的情况下，就在表面产生均匀分布的凹坑与孔洞，孔洞的直径在0.5-2.5um，与100℃、45min更高温度和更长时间的常规碱减量条件下获得的结果相比，减量率大幅下降，漫反射增强，织物柔软，悬垂性提高，达到了均匀刻蚀协同减量的效果。同时，纤维或织物的亲水性、粘结性及染色性得到了改善。

本发明通过等离子体中活性粒子与织物纤维表面分子的物理化学相互作用，对聚酯纤维进行均匀的表面刻蚀减量，在低减量率的情况下，达到常规碱减量高减量率的效果，从源头上降低了碱减量废水中聚酯水解产物苯甲酸纳盐、乙二醇等的含量，而且碱减量过程可以在更低的温度和更短的时间下进行。制得的纤维或织物在低减量率的情况下，可以达到常规碱减量高减量率的丝绸般柔和光泽和更好的悬垂性。

本方法的特点是处理过程在常温常压下进行，在显著降低了减量率的条件下，获得均匀刻蚀纤维表面和丝绸般柔和光泽，从源头上减小了碱减量对环境的污染和能耗，并降低了碱处理的温度和时间以及化学试剂的用量，对于解决化纤染整行业高能耗高污染问题，具有积极的意义和推广价值。

与常规碱减量方法相比较，本发明所述方法对聚酯纤维织物的减量结果如表1所示：

有益效果：

(1)本发明的方法操作方便，加工速度快，设备简单，处理效果好，没有额外碱减量化学促进剂；在更低温度、更短的时间、更低的减量率情况下，就在表面产生均匀分布的凹坑与孔洞，获得增强的漫反射效果，织物光泽柔和、手感和悬垂性提高；

(2)经本发明处理后的聚酯纤维或织物，减量均匀稳定，具有蚕丝一般的光泽，柔软性和悬垂性好，强力损失小，综合性能更加优化；

(3)由于碱量率低，从源头上减小了碱减量污水中污染物的含量，降低了生产过程对环境的影响；同时由于是常温常压过程，工业应用的可行性大，并可推广应用于其它纤维及其织物表面的协同刻蚀减量和大尺度低成本聚合物纤维、织物、薄膜等的表面微纳米结构构筑。

附图说明

图1常压等离子体协同减量处理方法的工艺流程图；

图2未经过处理的聚酯纤维的扫描电镜图；

图3碱减量处理后的聚酯纤维的扫描电镜图；

图4经过协同减量后的聚酯纤维的扫描电镜图；

图5未经过处理、碱减量处理、协同减量处理的聚酯织物纤维对可见光的反射光谱；

图1中：1纤维或者织物输入装置，2常压等离子体处理装置，3碱减量处理装置，4水洗装置，5烘干装置，6纤维或者织物收集装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

采用图1所示的工艺流程，由输入装置1将聚酯纤维置于常压等离子体装置2产生的氩等离子体氛围区进行表面改性，采用聚四氟乙烯作为阻挡介质进行放电，电源频率20kHz，调制脉冲频率5kHz，占空比98％，功率为500w，速度10m/min，通入的氩气流量为3SLM，然后处理后的纤维被引入碱处理装置3进行浸渍碱液加工，碱液中氢氧化钠的浓度为20％，碱液温度为85℃，浸渍时间为25min，将协同减量后的纤维导入水洗装置4进行水洗，而后经烘干装置5烘干后进入纤维收集装置6，最终获得均匀刻蚀减量的涤纶纤维。

图2所示是未经处理的聚酯纤维的扫描电子显微镜照片，从中可以看出，未处理聚酯纤维表面光滑平整，无明显起伏。经过见单独碱减量处理后的聚酯纤维表面，均匀分布着0.5um量级的凹孔，如图3所示。而经过协同减量处理后的聚酯纤维表面，均匀分布着0.5-2um量级的凹孔，协同刻蚀减量效果显著，如图4所示，碱量率4.5％，可见光反射率26％。静态接触角测试表明，经过协同处理后的聚酯纤维亲水性能提高。纤维单丝拉伸强力测试表明，与原样相比，处理后的纤维强度损失不大。

实施例2

采用图1所示的工艺流程，由输入装置1将聚酯织物置于常压等离子体装置2产生的氩/氧等离子体氛围区进行表面改性，采用陶瓷作为阻挡介质进行放电，功率为800w，电源频率60kHz，调制脉冲频率20kHz，占空比50％，速度5m/min，通入的氩气和氮气流量分别为6SLM、30sccm，然后处理后的织物被引入碱处理装置3进行浸渍碱液加工，碱液中氢氧化钠的浓度为25％，碱液温度为90℃，浸渍时间为30min，将协同减量后的织物导入水洗装置4进行水洗，而后经烘干装置5烘干后进入织物收集装置6，最终获得均匀刻蚀减量的聚酯织物。

通过原子力显微镜观察发现，未经处理的聚酯纤维表面相对光滑平整，经过协同减量处理后，织物纤维表面出现均匀分布的微坑与孔洞，与扫描电镜观察的结果一致。红外光谱(FTIR)与X射线光电子能谱分析表明，经过常压等离子体协同减量处理后的聚酯纤维表面有羟基、羧基等极性基团的引入，物理与化学基团的双重作用，促进了碱碱量过程。碱量率3％，可见光反射率28％。

实施例3

采用图1所示的工艺流程，由输入装置1将聚酯织物置于常压等离子体装置2产生的氩气氮气等离子体氛围区进行表面改性，采用聚四氟乙烯作为阻挡介质进行放电，功率为80w，电源频率2000kHz，调制脉冲频率40kHz，占空比50％，速度1m/min，通入的氩气和氮气流量分别为8SLM、50sccm，处理后的织物被引入碱处理装置3进行浸渍碱液加工，碱液中氢氧化钠的浓度为6％，碱液温度为80℃，浸渍时间为20min，将协同减量后的纤维导入水洗装置4进行水洗，而后经烘干装置5烘干后进入织物收集装置6，最终获得均匀刻蚀，碱量率3％，可见光反射率32％的聚酯织物。

实施例4

采用图1所示的工艺流程，由输入装置1将聚氨酯织物置于常压等离子体装置2产生的氩气氧气等离子体氛围区进行表面改性，采用陶瓷作为阻挡介质进行放电，功率为80w，电源频率3000kHz，调制脉冲频率50kHz，占空比5％，速度10m/min，通入的氩气和氧气流量分别为4SLM、30sccm，处理后的织物被引入碱处理装置3进行浸渍碱液加工，碱液中氢氧化钠的浓度为6％，碱液温度为85℃，浸渍时间为30min，将协同减量后的纤维导入水洗装置4进行水洗，而后经烘干装置5烘干后进入织物收集装置6，最终获得均匀刻蚀减量的聚氨酯织物。碱量率4％，可见光反射率30％。

Claims (4)

1.一种常压等离子体协同碱处理聚酯纤维或织物的减量方法，包括：

（1）将聚酯纤维或织物在常压反应性等离子体氛围中进行处理；所述的常压反应性等离子体采用的电源频率范围为20-4000kHz，功率30-1000w，调制脉冲频率1-50kHz，占空比1-99%；

（2）将步骤（1）得到的处理后的纤维或织物浸渍在碱溶液进行碱处理，反应结束后，经水洗、烘干，即可；

步骤（1）中所述的常压反应性等离子体采用陶瓷或聚四氟乙烯介质阻挡放电，在常温常压的环境下产生；

步骤（1）中所述的常压反应性等离子体的放电气体为O₂、N₂、Ar气体中的一种或几种；所述的氩气的流量为1-8SLM，氧气的流量为1-50sccm，氮气的流量为1-50sccm。

2.根据权利要求1所述的一种常压等离子体协同碱处理聚酯纤维或织物的减量方法，其特征在于：步骤（2）中所述碱溶液中的碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的一种常压等离子体协同碱处理聚酯纤维或织物的减量方法，其特征在于：步骤（2）中所述碱溶液的质量浓度为5-25%。

4.根据权利要求1所述的一种常压等离子体协同碱处理聚酯纤维或织物的减量方法，其特征在于：步骤（2）中所述碱处理的温度为70-90℃，处理时间为15-30min。