電暈放電技術易于滌綸上漿退漿

　　主持：梁楓

　　嘉賓：武漢紡織大學副院長徐衛林教授

　　主持人：徐教授，如你所說，每種纖維的表面性能差異很大，那在紡織生產加工中我們該如何區別對待六大合成纖維，采用不同的方法實現纖維的表面快速處理，從而實現纖維性能的充分利用?

　　徐衛林：對于六大合成纖維而言，化學結構上親水性基團少，結晶度高，纖維表面致密。在合成纖維后加工的工序中又添加了各種油劑，使得合成纖維的表面反應活性低。對于棉、毛、合成纖維這三大類纖維，其表面性能的共同特點是化學惰性。其產生的原因不同，處理的方式也不同。目前，行業內采用的常規做法就是通過表面活性劑幫助整理劑的滲透、鋪開。

　　但是，這種做法只能治標不能治本。就像我們常見的刷墻，再好的膩子粉刷在玻璃上，不用多久它就會往下掉，再一般的膩子粉刷在毛糙的墻上它粘結的牢度也要比在玻璃上的高一些。同樣道理，上漿好比是在墻上刷膩子粉，如果纖維表面的那層惰性物質存在，必定會導致漿膜在烘干分絞時破壞殆盡，再到織造過程中，被鋼筘和綜眼摩擦后，落漿必定會非常嚴重。這對工廠織布車間的工人身體健康以及織機效率都有非常大的影響。

　　主持人：作為合成纖維的代表——滌綸，你們是采用什么方法實現表面改性處理的?

　　徐衛林：合成纖維中滌綸的使用量越來越大，滌綸因其優良的力學性能、化學穩定性在紡織纖維中的用量越來越多，但其致密的表面結構和缺少親水性功能團使得它很難上漿，我們花了近10年的時間，研究了高壓電暈放電在滌綸及滌棉混紡紗的表面快速處理和漿紗技術，取得了顯著的效果，其原理已經獲得中國發明授權。

　　纖維的表面改性分為化學改性、物理改性和等離子體改性等。傳統處理的物理、化學改性方式工藝流程長，設備占空間大。相對于化學改性、物理改性來說，電暈設備占地面積小，控制簡單。等離子體分為高溫、低溫和混合等離子體，其中混合等離子體是在常壓或略低的壓力下，使用5～10kv直流或交流高阻抗的電源，使氣體電離產生混合等離子體。電暈產生的帶電粒子不斷加速，不斷提升自身能量，同時通過相互間的碰撞將能量轉化或轉移。此外，在粒子被加速的過程中，電子可與空氣中的某些分子撞擊而形成臭氧和氮氧化物，材料也因此產生游離基。

　　當這些能量或高能粒子作用于紡織材料時，可以產生加熱、刻蝕、形成自由基、聚合、結晶與交聯等一系列復雜的物理化學作用而對紡織材料進行表面改性。電暈產生的等離子體是一種全部或部分電離的氣體物質，含有原子、分子、離子亞穩態和激發態，并且電子、負離子、正離子的含量大致相等。因它的組成及特征與普通氣體不同，故又稱為物質的第四態。因為氣體中的電離成分只要超過千分之一，它們的行為就主要由離子和電子之間的庫侖力支配，中性粒子之間的相互作用退居次要地位，而且電離氣體受電場和磁場的作用非常明顯。

　　高效清潔的表面物理改性方法

　　主持人：利用電暈放電技術如何實現滌綸纖維的表面快速處理的?

　　徐衛林：電暈放電等離子體與滌綸纖維材料的反應可以概括為三個步驟：

　　第一步，空氣中的少數離子或自由電子在高壓電場中被加速而獲得較高的能量，在運動時撞擊空間中的其他分子，能量足夠大的可使碰撞后的分子電離成新的自由離子、電子、自由基等粒子，其中荷電粒子又被繼續加速，再碰撞其他分子。其他分子可以是電場中的氣體分子，又可以是滌綸纖維材料表面的大分子鍵。被撞擊的分子接受部分能量，成為激發態分子而具有活性。

　　第二步，激發態分子不穩定，分解成自由基或解離成離子消耗吸收的能量或保留其能量停留于亞穩態。

　　第三步，自由基或離子在滌綸纖維材料表面反應，有可能形成幾種情況：形成致密的交聯層;等離子體與存在的氣體或單體發生聚合反應，沉積在聚合物表面形成具有可設計性的涂層;表面自由基或離子反應和被刻蝕物質表面形成化學反應并形成揮發性反應生成物，反應生成物脫離被刻蝕物質表面。

　　總之，電暈放電對滌綸的穿透能力弱，僅作用于材料表面十幾至幾十埃的淺層，對材料的本體性能影響小，是一種高效清潔的材料表面物理改性方法，電暈處理的材料被稱為綠色材料。同時，電暈放電產生的高能活性粒子能誘發材料表面分子鏈的斷裂、降解和氧化，使纖維表面發生刻蝕反應，增加表面粗糙度，并且電暈放電過程中產生的臭氧是一種強氧化劑，能使材料表面部分分子發生氧化，引入親水基團。這些基團的引入對提高滌綸表面的親水性能具有極大的幫助，隨著電暈電壓和電暈時間的增加，纖維表面被刻蝕嚴重，接入的親水基團越多。當電壓增加到一定程度時，電暈放電還有顯著的燒毛作用。

　　對上漿退漿均有幫助

　　主持人：與傳統做法相比，采用這一技術給加工環節能帶來哪些好處?

　　徐衛林：我們經過多年的理論探索和實驗證明：電暈處理對滌綸及其混紡紗的上漿有著良好的效果。

　　山東魯泰集團在與我們聯合實驗的基礎上，在漿紗機紗線進入漿槽前，安裝了電暈放電設備對紗線進行預處理，可以顯著改善滌綸的表面化學活性，增加表面親水性能，并且通過刻蝕的作用增大其比表面積。快速改性的滌綸紗線在浸入漿液中，在極短的時間內漿液就可擴散在其紗線表面，并且有部分漿液滲透入紗線內部。再在壓漿輥的作用下，漿液會在紗線中形成良好的浸透層。纖維表面的活性基團與漿液形成良好的氫鍵結合力，把漿膜牢牢地固定在紗線表面。制備的經軸在織造時產生的落白明顯減少，斷頭次數也明顯減少。在生產工藝成熟之后，發現電暈放電快速改性紗線表面的方法還可以減少聚乙烯醇漿料(PVA)的使用量，對實現無PVA上漿有極大的幫助。

　　此外，我們團隊在研究中還發現電暈放電技術對退漿處理有一定的幫助。目前，在高支高密的織物品種經紗上漿時，PVA的用量很大。60支紗的漿料配方中，一般工廠PVA的用量均在20公斤左右。如此大的用量下，退漿就是一個難題。PVA退不干凈會對織物后整理，如染色，有很大的影響。我們采用電暈放電設備對坯布進行處理，處理后的織物與未處理的織物在相同條件下退漿，實驗測試證明經過電暈處理的退漿率要高。

　　為了證實電暈處理有利于退漿，我們制備了PVA的漿膜，然后對膜進行電暈放電處理，經過掃描電鏡照片(SEM)可以看出漿膜表面出現了明顯的刻蝕。

　　通過滌綸的例子我們了解到，表面快速處理的方式方法很重要，不同的纖維采用的方法不盡相同。還以電暈放電為例，在純棉紗線上漿前進行電暈放電處理，其效果就沒有滌綸及其混紡紗明顯，這說明針對不同的纖維，我們要探索適應其自身性能的快速處理方法。只有這樣才能夠充分發掘每個纖維的潛能。