DE69112417T2

DE69112417T2 - Behandlung von textilfasern und vorrichtung zu dieser behandlung.

Info

Publication number: DE69112417T2
Application number: DE69112417T
Authority: DE
Inventors: Franck Callebert; Odile Dessaux; Christian Dupret; Pierre Goudmand
Original assignee: SOMMER SA
Current assignee: SOMMER SA
Priority date: 1990-08-22
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-08-01
Also published as: CA2089883C; DE69112417D1; AU8331791A; US5376413A; JPH06509142A; EP0556183B1; JP3192655B2; EP0556183A1; CA2089883A1; WO1992003591A1

Description

Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Oberflächenbehandlung von Textilfasern durch Abscheidung eines durch Polymerisation erhaltenen Films, der ermöglicht, den Fasern insbesondere schmutzabweisende und benetzungshemmende Eigenschaften zu geben.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Techniken zur Veredlung von Textilien haben beim Finieren in der Industrie der Boden- und/oder Wandbeläge einen wichtigen Platz eingenommen. Diese Techniken ermöglichen insbesondere, nützliche Endeigenschaften, wie beispielsweise schmutzabweisende oder benetzungshemmende Eigenschaften zu erhalten.
Es ist bekannt, daß zum Finieren von Textilbelägen Fluorharzsprays verwendet werden, die ermöglichen, die Fasern, aus denen der Textilbelag besteht, durch Abscheidung von Harz zu "umhüllen", wodurch ihnen eine benetzungshemmende Eigenschaft gegeben wird.
Diese Verfahrensweise ergibt jedoch keine sehr zufriedenstellenden Ergebnisse. Diese Abscheidung durch Zerstäubung (Spray) bewirkt in der Tat eine heterogene Behandlung an der Oberfläche der Fasern.
Andererseits hält diese Art von Umhüllung die durch den Verkehr erzeugte Abnutzung schlecht aus, und sie neigt daher zur Rißbildung, wodurch den Substanzen, die die Flecken hervorrufen, die Möglichkeit gegeben wird, zwischen der Harzschicht und der Faser einzudringen, so daß der Belag nicht mehr von den Flecken befreit werden kann.
Außerdem ist die Verwendung von synthetischen Gerbstoffen (soil release) als Veredlungstechnik bekannt, aber es handelt sich dabei um besonders schwer zu verwirklichende Verfahren.
In dem Dokument EP-A-0 068 775 (TORAY INDUSTRIES) wurde vorgeschlagen, zur Verbesserung der Färbeeigenschaften eines Gewebes äußere Unregelmäßigkeiten (Krater) der Oberflächenfasern mit Hilfe eines kalten Plasmas hervorzurufen. Bei diesem Dokument ist die Verwendung eines Monomers nicht eingeschlossen, und es wird keine Verbesserung der gemäß der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogenen Eigenschaften erzielt.
Aufgrund des Dokuments US-A-4 870 030 (MARKUNAS) ist eine Technik zur Erzeugung von Halbleiterschichten auf einem Substrat mit Hilfe einer Technik zur delokalisierten Entladung (remote plasma) bekannt.
Das Verfahren schließt nicht die Polymerisation eines Monomers ein, sondern betrifft die Abscheidung dünner Schichten, wobei nicht-organische Zwischenstoffe verwendet werden. Der verwendete Generator ist ein RF (Radiofrequenz)- Generator mit 13,56 MHz, und das Verfahren ist diskontinuierlich.
In IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, Band EDL-8, Nr. 9, Sep. 1987, S. 421-424, New York, US; M.M. MOSLEHI et al.: "Formation of MOS gates by rapid thermal/microwave remoteplasma multiprocessing" wird die Technik "Remote Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (RPECVD) zur Abscheidung von metallischen Filmen (Wolfram, Silizium, ...) beschrieben.
Die Abscheidung wird durch starke Beleuchtung mit einer Wolframlampe (UV) und durch starke Erhitzung des Substrats (450 bis 1150ºC) unterstützt. Sie wird nicht zur Polymerisation angewandt.
Die Verwendung von Entladungsplasmen zur Polymerisation wurde außerdem beschrieben in H.V. Boenig, Fundamentals in plasma chemistry and technology, technomic pub. Co. Lancaster-Basel (1988); H. Yasuda, Plasma polymerization, Academic Press, New York (1985) ; G. Akovali and N. Dilsiz, Polymer Eng. Sci. , 30, 485, (1990).
In keinem dieser Dokumente wird eine Lösung angegeben für das der Erfindung zugrunde liegende Problem, das darin besteht, Fasern schmutzabweisende oder benetzungshemmende Eigenschaften zu geben.
In diesen Dokumenten wird in keinem Fall eine Lösung angegeben für die Übertragung eines Verfahrens, gemäß dem Fasern mit einer in wirtschaftlicher Hinsicht ausreichenden Geschwindigkeit behandelt werden können, in den industriellen Maßstab.
Damit eine Technik wirtschaftlich zufriedenstellend ist, ist es in der Tat erforderlich, daß die Lebensdauer der aktiven (angeregten) Arten und das Volumen, das sie einnehmen, ausreichend sind, um die Einwirkung eines Behandlungsmittels, wie beispielsweise eines Monomers oder eines Vorpolymers, bei genügend hohen Geschwindigkeiten zu ermöglichen. Außerdem sollte eine Zerstörung der Fasern oder des durch Polymerisation des Monomers gebildeten Überzugs vermieden werden.

Ziele der Erfindung

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren vorzuschlagen, das die Abscheidung von Umhüllungsfilmen durch Oberflächenbehandlung von Textilfasern ermöglicht, um diesen Textilfasern besondere Eigenschaften, insbesondere schmutzabweisende Eigenschaften zu geben, während zugleich die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Ein weiteres Ziel ist, ein Verfahren vorzuschlagen, das in einem industriellen Maßstab angewandt werden kann.
Ein weiteres zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist, auf der Oberfläche der Fasern eine homogene Abscheidung auszuführen.
Die vorliegende Erfindung zielt außerdem darauf ab, eine Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens vorzuschlagen, und sie zielt insbesondere darauf ab, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von aus Textilfasern bestehenden Fäden vorzuschlagen.
Weitere Ziele und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden.

Hauptsächliche kennzeichnende Elemente der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Textilfaser mittels einer Reaktion eines Monomers oder Vorpolymers, das an einem Polymerisationsprozeß beteiligt ist, wobei eine an der Oberfläche der Faser haftende Umhüllung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser aufeinanderfolgenden Verfahrensphasen unterworfen wird bei ihrem Durchlauf durch ein reaktionsfähiges Medium, das aus abfließendem, kaltem Plasma, das durch Mikrowellenentladung eines plasmaerzeugenden Stickstoffgases erhalten wird, und Monomer und/oder Vorpolymer besteht, wobei die erste Phase bei der delokalisierten Entladung so abläuft, daß eine vorherige Behandlung der Oberfläche der Faser erhalten wird, um ihr Haftvermögen zu erhöhen, und die zweite Phase bei der Nachentladung abläuft, um eine Polymerisationsreaktion der an der Oberfläche der Faser haftenden Umhüllung zu erhalten, die durch die aktiven Arten des abfließenden, kalten Stickstoffplasmas bei dem Monomer/Vorpolymer eingeleitet wird.
Das abfließende Plasma wird durch Entladung in einem plasmaerzeugenden Gas, vorzugsweise in eventuell dotiertem Stickstoff erhalten, und zwar in einer Koppler genannten Vorrichtung, die einen Mikrowellen-Resonanzraum darstellt und an einen Mikrowellengenerator angeschlossen ist. Die Frequenzen der Mikrowellenentladung sind vorzugsweise 433 MHz, 915 MHz, 2450 MHz oder irgendeine andere industrielle Frequenz.
Dieser Resonanzraum weist ein zentrales Rohr auf, durch das das Glasrohr hindurchgeht, das das plasmaerzeugende Gas befördert, und das ein "Gap" (eine Öffnung) aufweist, in dem ein starkes elektrisches Feld herrscht, das für die Entladung erforderlich ist.
Das plasmaerzeugende Gas ist vorzugsweise ein eventuell dotiertes Stickstoffgas (N&sub2;), aber es können auch andere Gase (Ar, Xe, NO oder O&sub2;) verwendet werden.
Die Anwesenheit von Sauerstoff und/oder Wasserdampf in dem Plasma, die in Gegenwart von Ne als Polymerisations- Cofaktor wirken, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Sie können stromaufwärts von dem Monomer oder dem Vorpolymer, oder zusammen mit dem Monomer oder dem Vorpolymer eingeblasen werden.
Der zweiatomige Sauerstoff (O&sub2;) wird vorzugsweise mit einer Strömungsrate von 0,1 bis 20% der Strömungsrate des plasmaerzeugenden Gases verwendet.
Das verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Faser kann bei einem aus Textilfasern, vorzugsweise in Form eines Fadens bestehenden Material kontinuierlich ablaufen.
Als Monomers oder Vorpolymer eignen sich die Siliziumderivate, und vorzugsweise ein Siloxan oder ein Silazan ganz besonders.
Das Verfahren ist bei den meisten synthetischen, halbsynthetischen oder natürlichen Fasern anwendbar, unabhängig davon, ob sie behandelt oder nicht behandelt wurden, insbesondere bei den Fasern, die aus einem organischen polymeren Material, vorzugsweise aus Polyamid, Polypropylen oder Polyester bestehen.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung, wobei diese Vorrichtung eine Zone mit delokalisierter Entladung eines abfließenden, kalten Plasmas, und einen mit Monomeren oder Vorpolymeren versorgten Reaktor umfaßt, durch die der zu behandelnde Faden nacheinander hindurchläuft.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich werden.

Kurze Beschreibung der Figuren

- Die Figur 1 gibt für die kalten Plasmen die Translationstemperaturen für die schweren Partikel und die Elektronen als Funktion des Drucks wieder.
- Die Figur 2 gibt für ein abfließendes Stickstoffplasma die Veränderung der Translations- und der Schwingungstemperatur zum Vergleich wieder.
- Die Figur 3 ist eine schematische Gesamtansicht der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- Die Figur 4 gibt einen 433 MHz-Koppler im Längsschnitt wieder.
- Die Figur 5 gibt die Feldlinien eines 433 MHz-Kopplers wieder.
- Die Figur 6 gibt das elektronische Ersatzschaltbild des 433 MHz-Resonanzraums und seiner Ankopplung wieder.
- Die Figur 7 gibt Werte für die Abscheidungsrate als Funktion des zunehmenden Sauerstoffgehaltes in dem als plasmaerzeugendes Gas dienenden Stickstoff wieder, und zwar bei Anwesenheit und bei Abwesenheit von Wasserdampf.

Definitionen

Es ist angebracht, ein kaltes Plasma, und insbesondere ein abfließendes kaltes Plasma gegenüber den thermischen Plasmen zu definieren.
Ein Plasma ist definiert als ein elektrisch neutrales, ionisiertes, gasförmiges Medium, das also positive Ionen, negative Ionen und Elektronen enthält, wobei die algebraische Summe ihrer Ladungen Null ist. Es weist außerdem angeregte Atom- oder Molekülarten auf. Experimentell wird es erhalten, wenn ein reines Gas oder ein Gasgemisch einer äußeren Erregung unterworfen wird, die fast immer eine elektrische Erregung ist.
Es wird zwischen den thermischen Plasmen und den kalten Plasmen unterschieden.
Die thermischen Plasmen werden bei Drücken über 100 mb im allgemeinen durch massive Injektion von elektrischer Energie (d. h. Plasmabrenner) erhalten und sind im thermodynamischen Gleichgewicht, das heißt, die kinetische Energie von jedem der Partikel kann in der folgenden Form ausgedrückt werden:
Ek = 3/2 kT
mit k = Boltzmannsche Konstante
T = Koeffizient, der in dem Fall des thermodynamischen Gleichgewichts die Temperatur definiert.
Der Koeffizient T hat einen solchen Wert, daß die Gleichgewichtstemperatur für alle Partikel gleich ist. Dies trifft ebenfalls für die elektronische Temperatur zu, und in dem Fall von Molekülen oder molekularen Ionen trifft dies auch für die Schwingungs- oder Rotationstemperaturen zu, die durch spektroskopische Versuche bestimmt werden können, wobei diese Temperaturen bezeichnet sind mit: Telec, Tv und Tr.
Bei den kalten Plasmen können zwei Kategorien unterschieden werden:

a) Die eigentlichen kalten Plasmen,

die bei Drücken unter 100 mb immer Gase mit teilweiser Ionisierung sind. Sie werden bei einer elektrischen Entladung erhalten, und industriell werden gegenwärtig Hochfrequenzentladungen (13,56 MHz) oder Mikrowellenentladungen (2450 MHz oder 433 MHz in Frankreich - 915 MHz in Großbritannien und in den USA) verwendet. Dabei ist anzumerken, daß sie in dem elektrischen Feld und, vor allem bei den dynamischen Systemen, in der nicht elektrischen Umgebung, jedoch in der Nähe dieses Feldes beobachtet werden können.
In der Praxis werden diese Plasmen bei Drücken zwischen 10&supmin;² und 2 mb erhalten.
In der Figur 1 ist die Translationstemperatur TG der schweren Partikel (Atome, Moleküle, Ionen) und die Translationstemperatur Te der Elektronen als Funktion des Drucks wiedergegeben.
Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, daß bei niedrigem Druck die Temperatur des Gases (Translation der schweren Partikel) relativ niedrig bleibt: die Umgebungstemperatur für p < 10&supmin;¹ mb liegt in der Größenordnung von 10.000 K, und für p = 1 mb in der Größenordnung von 1000 K, während die Temperatur, und folglich die kinetische Energie der Elektronen wesentlich höher ist.

b) Die abfließenden kalten Plasmen

Dieses reaktionsfähige Medium wird erhalten durch Extraktion der angeregten Atom- oder Ionenarten aus dem vorherigen Plasma, nach Entspannung, bei dem dynamischen System, in einer Umhüllung außerhalb des elektrischen Feldes.
In linguistischer Hinsicht ist der Ausdruck Plasma insbesondere für ein solches reaktionsfähiges Medium umstritten, das einst unter dem Namen "Atomgas" bekannt war, einem völlig unzutreffenden Ausdruck, außer in dem Fall des Wasserstoffs. Andererseits ist in der englisch-amerikanischen wissenschaftlichen Literatur das Wort "remote plasma" aufgetaucht. Der völlig richtige französische Ausdruck muß "plasma post - décharge en écoulement" (abfließendes Nachentladungsplasma) oder einfacher "plasma différé" (verzögertes Plasma) sein.
Dieses reaktionsfähige Medium ist durch Folgendes gekennzeichnet:
1) Es wird in der Strömung durch Extraktion der aktiven Arten einer Entladung in einem Moleküle enthaltenden Gas erhalten. Dabei muß unterstrichen werden, daß diese Eigenschaft keine allgemeine Eigenschaft ist, und daß ein einatomiges Gas ein verzögertes Plasma ergeben kann durch Bildung von Excimer- Molekülen, die mit den metastabilen angeregten Atomzuständen verbunden ist.
2) Es enthält keine Ionen oder Elektronen in nennenswerter Menge und ist zusammengesetzt aus:
freien Atomen - im allgemeinen im Grundzustand, deren Reaktionsfähigkeit an der radikalartigen Eigenschaft liegt.
Beispiel :
H(²S) freies Monoradikal
O(³P) freies Diradikal
N(&sup4;S) freies Triradikal
von elektronisch oder durch Schwingungen angeregten, zweiatomigen Molekülarten mit relativ langer Relaxationsdauer.
Beispiel:
Zweiatomiger Stickstoff: N&sub2; ¹Σv durch Schwingungen angeregter Grundzustand N&sub2; ³Σ erster Triplettzustand mit Diradikal-Eigenschaft
Zweiatomiger Sauerstoff: O&sub2; (¹Σ) und O&sub2; (¹Δ) chemisch reaktionsfähige, metastabile Zustände des zweiatomigen Sauerstoffs.
3) Es weist ein bedeutendes thermodynamisches Ungleichgewicht auf, das auf die folgende Weise quantifiziert werden kann:
Wenn:
TG die Translationstemperatur der Atome und Moleküle bei Raumtemperatur ist,
TD die Dissoziationstemperatur des Moleküls für die Dissoziation in Atome ist,
Tv die Schwingungstemperatur ist,
Telec die Temperatur der elektronischen Anregung des zweiatomigen Moleküls ist,
dann sind die Werte von TD, Tv Telec sehr hoch und variabel entsprechend dem in Betracht gezogenen System; sie verringern sich mit dem Druck infolge der Relaxationen durch Zusammenstöße.
Als Beispiel gibt die in der Figur 2 dargestellte Kurve die Veränderung der Translations- und der Schwingungstemperatur für ein Stickstoffplasma zum Vergleich wieder.
Die Nachentladungsplasmen werden hauptsächlich mit homonuclearen zweiatomigen Gasen erhalten:
- O&sub2; (aktive Arten: O(³P), O&sub2;(¹Δ) , O&sub2;(¹Σ))
- N&sub2; (aktive Arten: N(&sup4;S) , N&sub2;(¹Σ)v angeregt, N&sub2;(³Σ))
Dabei muß angemerkt werden, daß die Stickstoffplasmen infolge ihrer besonderen Mechanistik eine viel größere "Lebensdauer" und eine viel größere Volumenausdehnung als beispielsweise die Sauerstoffplasmen haben können. Im übrigen muß angemerkt werden, daß es auch andere interessante plasmaerzeugende Gase: CO, CO&sub2;, NO&sub2;, ... gibt.
Schließlich können die Eigenschaften eines Plasmas durch einen Dotierstoff ausgerichtet werden, zum Beispiel NF&sub3;, CF&sub4;, die Halogene, und, vor allem in dem Fall des Stickstoff-Nachentladungsplasmas, NH&sub3;.
Schließlich besitzt das verzögerte Stickstoffplasma eine sehr geringe Viskosität, die seine Wirkung bei jeder Art von Geometrie möglich macht.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das Entladungsplasma und das Nachentladungsplasma auf die folgende Weise unterschieden werden können:

Entladungsplasma, primärer Effekt:

Bombardierung durch schnelle Elektronen. Die experimentell beobachteten Oxydationen werden verursacht durch die Wirkung des atomaren oder molekularen Sauerstoffs auf die freien Radikale, die an der Oberfläche des Kunststoffsubstrats durch die Bombardierung mit den Elektronen erzeugt werden. Arbeitsdruck: < 1 mb
Viskosität des Plasmas: hoch.

Nachentladungsplasma primärer Effekt:

Radikalartige Oberflächenreaktionen von freien Atomen oder angeregten Molekülen, die eine Funktionalisierung der Oberfläche des Substrats erzeugen.
Arbeitsdruck: < 50 mb (Stickstoffplasma).
Viskosität des Plasmas: niedrig.
Volumenausdehnung: groß (Stickstoffplasma).

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfaßt zwei getrennte, aufeinanderfolgende Prozesse:
1) Der erste Prozeß, der aus einem Durchlauf der Faser durch ein abfließendes, kaltes Stickstoffplasma besteht, hat zum Ziel, die Benetzbarkeit und folglich das Haftvermögen der Faser zu erhöhen.
2) Der zweite Prozeß bezieht sich auf die Erzeugung eines polymeren Abscheidung in Form einer Umhüllung der Faser. Diese Polymerisation wird durch die (radikalartigen oder nicht radikalartigen) aktiven Arten des abfließenden, kalten Stickstoffplasmas eingeleitet.
Das abfließende, kalte Plasma, das bei 433 MHz erzeugt wird, weist drei Zustände auf:
- den Zustand der lokalisierten Entladung bei dem Koppler (4),
- den Zustand der delokalisierten Entladung (14),
- den Zustand der Nachentladung (15).
Eine für die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in der Figur 3 dargestellt.
Bei dieser Vorrichtung handelt es sich darum, einen aus Textilfasern, vorzugsweise Polyamidfasern bestehenden Faden kontinuierlich zu behandeln.
Fasern aus irgendeinem anderen polymeren organischen Material, insbesondere aus Polypropylen oder aus Polyester, eignen sich ebenfalls für diese Anwendung.
Der Faden 1 wird von einer Eingangsspule 20 in die Vorrichtung eingeführt, die über eine aus einer U-förmigen Quecksilbersäule von 760 mm Höhe bestehende Dichtung 6 unter Unterdruck gehalten wird.
Der Faden wird danach durch einen Abwischer 7 abgewischt und in die Zone 14 mit delokalisierter Entladung eines abfließenden, kalten Plasmas geführt.
Das plasmaerzeugende Gas 2 besteht aus Stickstoff, der eventuell mit Sauerstoff oder Edelgasen dotiert ist.
Das Gas wird entspannt und mit Hilfe einer Pumpe 9 angesaugt. Die Strömungsrate des Gases wird mit dem Strömungsmesser 10 eingestellt. Das plasmaerzeugende Gas 2 strömt so in ein Entladungsrohr 12 aus Pyrex, das durch den Resonanzraum, der den Koppler 4 bildet, hindurchgeht. Die Entladung wird durch Transfer von Energie erzeugt, die von dem Mikrowellengenerator 5 auf das plasmaerzeugende Gas übertragen wird. In diesem Fall ergeben sich stromabwärts von dem Resonanzraum Zonen 14 mit delokalisierter Entladung.
Wenn der Faden 1 diese Zonen 14 mit delokalisierter Entladung eines abfließenden, kalten Plasmas, in denen seine Haftungseigenschaften verbessert werden, durchlaufen hat, wird er in den Reaktor 13 geführt.
In diesen Reaktor 13 werden über die Einblasdüse 19 Monomere oder Vorpolymere in dem gasförmigen Zustand eingeblasen.
Wenn das Monomer oder das Vorpolymer unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen in dem flüssigen Zustand ist, wird das in einem Vorratsbehälter 3 enthaltene Monomer in einem Verdampfer 8 erhitzt, der von einer durch einen Regelwiderstand 16 geregelten Heizschnur 17 umgeben ist. Ein Kondensator 18 kann das kondensierte Monomer aufnehmen.
Der Faden wird in einen verengten Teil 15 des Reaktors 13 geführt, wo die Polymerisation des Monomers oder Vorpolymers erfolgt, wobei auf der Oberfläche des Fadens 1 eine haftende Umhüllung gebildet wird.
Der Faden wird durch eine der Dichtung 6 ähnliche Dichtung 6' und einen Abwischer 7' herausgeführt und durch die Aufwickelhaspel 22 auf die Spule 21 aufgewickelt.
Ein Druckfühler 11 ermöglicht, den in der Vorrichtung herrschenden Druck zu messen.
Die verwendeten Monomere sind vorzugsweise Siliziumderivate, insbesondere Siloxane mit der allgemeinen Formel
wo R&sub1; und R&sub4; aliphatische Gruppen sind,
R&sub2; eine Methyl-, Hydroxyl-, Äthyl- oder Carboxylgruppe ist,
R&sub3; eine Methylgruppe ist, und
n eine Zahl zwischen 1 und 40 ist,
oder zyklische Monomere, wie beispielsweise das Octamethyltetracyclosiloxan
wo Me das Radikal Methyl ist.
Die halogenierten, vorzugsweise fluorierten organischen Verbindungen eignen sich ebenfalls für diese Behandlung.
Die Polymerisation der Monomere, die in der Polymerisationszone 15 beginnt, ermöglicht, einen Film aus Polymeren zu erhalten, der eine auf der Oberfläche der Fasern haftende Umhüllung darstellt.
Ein Druckfühler 11 ermöglicht, den Druck zu kontrollieren, der auf einem Wert von ungefähr 0,10 mbar gehalten werden soll.
Der Faden 1 durchläuft ein zweites Dichtungssystem 6' und wird durch einen Abwischer 7' abgewischt, bevor er auf einer Ausgangsspule 22 aufgewickelt wird, die auf einer Aufwickelhaspel 21 angebracht ist, die von einem Motor angetrieben wird.
Die Figur 4 gibt den 433 MHz-Koppler in detaillierter Form wieder.
Der 433 MHz-Resonanzraum, der den Koppler darstellt, ist vom koaxialen Typ und weist ein zentrales Rohr 403 auf, durch das das gläserne Entladungsrohr hindurchgeht, das das plasmaerzeugende Gas befördert. Dieses zentrale Rohr 403 weist eine Öffnung 404 auf, die ein "Gap" genannt wird, und in der ein starkes elektrisches Feld herrscht, das für die Entladung erforderlich ist. Die Feldlinien des Resonanzraums sind in der Figur 5 dargestellt.
Das Potential des zentralen Rohrs 403 beträgt 310 V bei einer maximalen Leistung von 400 W, und das Potential der äußeren Oberfläche 408 des Resonanzraums beträgt 0 V.
Dieses Potential wird bei Abwesenheit von Plasma in Abhängigkeit von der Geometrie für die maximale Leistung rechnerisch bestimmt.
Außerdem wird das Verhältnis des Radius der äußeren Oberfläche 408 zu dem Radius des zentralen Rohrs 403 so gewählt, daß ein maximaler Oberflächenstrom in dem Plasma erhalten wird.
Am Eingang des Resonanzraums ist ein Abstimmkondensator 402 angeordnet. Der Wert des Kondensators 402 kann mit einem Feineinstellknopf 401 eingestellt werden, wodurch der reaktive Teil der Schaltung abgestimmt werden kann. Ein Ersatzschaltbild für den Resonanzraum und seine Ankopplung ist in der Figur 6 wiedergegeben, wo
C den variablen Abstimmkondensator darstellt,
Cc und Lc den Kondensator bzw. die Drosselspule des Resonanzraums darstellen,
Zp die Impedanz des Plasmas darstellt,
G den Mikrowellengenerator darstellt.
Außerdem ermöglichen vier Schlitze 406, die Länge des Gaps 404 zu variieren, wodurch die Impedanz Ze des Ersatzschaltbildes verändert wird.
Weiterhin wurde eine Wellenfalle 405 vorgesehen, um die Energieverluste infolge nach außen dringender Energie zu begrenzen.
Die Kühlung des Entladungsrohrs erfolgt durch vorbeiströmende Druckluft 407.

Beispiel

Die Auswirkung der Anwesenheit von O&sub2; bei variablen Strömungsraten bezüglich der Strömungsrate des plasmaerzeugenden Gases N&sub2; auf die Abscheidung von Tetramethyldisiloxan (TMDS) wurde untersucht, wozu das Polymer auf einer wasserfreien Zinkplatte und auf einer feuchten Zinkplatte (0,5% relative Feuchte) aufgefangen wurde.
Die vermutete Funktion des Coagens-Gases scheint durch den Einfluß, den es auf die Energieträger des Plasmas hat, erklärt werden zu können:
N(A³Σu&spplus;) + N(&sup4;S) T N&sub2;(x¹Σg&spplus;)v + N(&sup4;S) (1)
N(&sup4;S) + N(&sup4;S) T N&sub2;(A³Σu&spplus;) + hν (2)
N(&sup4;S) + O&sub2;(³Σg&supmin;) T NO(x²II) + O(³ ) (3)
N(&sup4;S) + O(3 ) T NO(x²II) (4)
Die Reaktionen (1) und (2) stehen mit einander im Wettbewerb, und die Reaktion (2) überwiegt.
Die Reaktion (2) ist energiereicher als die Reaktion (1).
Die Hemmung von N&sub2;(A³Σu&spplus;) durch O&sub2; bringt die Reaktion (2) ins Ungleichgewicht, wodurch die Rekombination von N(&sup4;S) begünstigt wird und ein energiereicheres Plasma erhalten wird.
Die Erhöhung des Anteils des Coagens-Gases zielt darauf ab, N(&sup4;S) zu inaktivieren (Gleichungen (3) und (4), und folglich die Konzentration der Energieträger in dem Plasma zu verringern.
Ein Energiemaximum kann bei dem Gleichgewicht zwischen der Hemmung von N&sub2;(Σu&spplus;) und der Inaktivierung von N(&sup4;S) erhalten werden. TABELLE I Die Tabelle gibt die verschiedenen Abscheidungsraten wieder, die gemäß der bevorzugten Ausführungsweise erhalten wurden: O&sub2;-strömungsrate slpm O&sub2;-Anteil % Druck mb Abscheidungsrate a) mg/cm¹/h
F = 433 MHz Pabs = 360 W
Plasmaerzeugendes Gas = N&sub2; N&sub2;-Strömungsrate = 1,5 slpm
Monomer-Gas = Tetramethyldisiloxan (TMDS)
Strömungsrate = 1,5 cm³/h
Coagens-Gas = O&sub2;
a) Polymer aufgefangen auf wasserfreier Zinkplatte
b) Polymer aufgefangen auf Zinkplatte mit 0,5% relativer Feuchte
Diese experimentellen Ergebnisse sind in der Figur 7 wiedergegeben. Die obere Kurve (schwarze Kreise) wurde bei einer feuchten Zinkplatte erhalten. Die untere Kurve (weiße Quadrate) wurde bei einer wasserfreien Zinkplatte erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Textilfaser mittels einer Reaktion eines Monomers oder Vorpolymers, das bei einem Polymerisationsprozeß beteiligt ist, wobei eine an der Oberfläche der Faser haftende Umhüllung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser aufeinanderfolgenden Verfahrensphasen unterworfen wird bei ihrem Durchlauf durch ein Reaktionsmedium, das aus abfließendem, kaltem Plasma, das durch Mikrowellenentladung eines plasmaerzeugenden Stickstoffgases erhalten wird, und Monomer und/oder Vorpolymer besteht, wobei die erste Phase bei der delokalisierten Entladung so abläuft, daß eine vorherige Behandlung der Oberfläche der Faser erhalten wird, um ihr Haftvermögen zu erhöhen, und die zweite Phase bei der Nachentladung abläuft, um eine Polymerisationsreaktion der an der Oberfläche der Faser haftenden Umhüllung zu erhalten, die durch die aktiven Arten des abfließenden, kalten Stickstoffplasmas bei dem Monomer/Vorpolymer eingeleitet wird.

2. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Faser, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung bei einer Frequenz von 433 MHz, oder 915 MHz, oder 2050 MHz erzeugt wird.

3. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Faser, gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das plasmaerzeugende Gas ein dotiertes Stickstoffgas ist.

4. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Faser, gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Sauerstoff und/oder Wasserdampf als Polymerisations-Cofaktor.

5. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Faser, gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisations-Cofaktor stromaufwärts von dem Monomer oder Vorpolymer, oder zusammen mit dem Monomer oder Vorpolymer eingeblasen wird.

6. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Faser, gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bei einem aus Textilfasern in Form eines Fadens bestehenden Material kontinuierlich erfolgt.

7. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Faser, gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser aus einem polymeren Material, insbesondere aus Polyamid, Polypropylen oder Polyester besteht.

8. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Faser, gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomer oder Vorpolymer ein Siliziumderivat, insbesondere ein Siloxan oder ein Silazan ist.

9. Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zone (14) mit delokalisierter Entladung eines abfließenden, kalten Stickstoffplasmas und einem mit Monomer und/oder Vorpolymer versorgten Reaktor (13) umfaßt, durch die ein zu behandelnder Faden (1) nacheinander kontinuierlich hindurchläuft, wobei die Entladung in dem plasmaerzeugenden Stickstoffgas (2) in einem Koppler (4) erhalten wird, der einen Resonanzraum darstellt, der mit einem Mikrowellengenerator (5) verbunden ist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Hilfe von Dichtungen (6) und (6'), die aus U-förmigen Quecksilbersäulen von 760 mm Höhe bestehen, unter Unterdruck gehalten wird.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenkoppler aus einem koaxialen, zentralen Rohr (403) besteht, durch das das gläserne Entladungsrohr hindurchgeht, das das plasmaerzeugende Gas befördert, und das ein Gap (404) aufweist, in dem das für die Entladung erforderliche elektrische Feld herrscht.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler einen Abstimmkondensator (402) umfaßt, der an dem Eingang des Resonanzraums angeordnet ist, und der so eingestellt wird, daß der reaktive Teil der Schaltung abgestimmt ist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß vier Schlitze (406) ermöglichen, die Länge des Gaps (404) zu verändern.

14. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler eine Wellenfalle (405) umfaßt, die die Energieverluste infolge nach außen dringender Energie begrenzt.

15. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsrohr durch vorbeiströmende Druckluft (407) gekühlt wird.