電暈放電技術(shù)易于滌綸上漿退漿

　　主持：梁楓

　　嘉賓：武漢紡織大學(xué)副院長徐衛(wèi)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(chǎn)加工中我們該如何區(qū)別對待六大合成纖維，采用不同的方法實現(xiàn)纖維的表面快速處理，從而實現(xiàn)纖維性能的充分利用?

　　徐衛(wèi)林：對于六大合成纖維而言，化學(xué)結(jié)構(gòu)上親水性基團(tuán)少，結(jié)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(yīng)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(xué)惰性。其產(chǎn)生的原因不同，處理的方式也不同。目前，行業(yè)內(nèi)采用的常規(guī)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(biāo)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(jié)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(zhì)存在，必定會導(dǎo)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(yán)重。這對工廠織布車間的工人身體健康以及織機(jī)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(xiàn)表面改性處理的?

　　徐衛(wèi)林：合成纖維中滌綸的使用量越來越大，滌綸因其優(yōu)良的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性在紡織纖維中的用量越來越多，但其致密的表面結(jié)構(gòu)和缺少親水性功能團(tuán)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(shù)，取得了顯著的效果，其原理已經(jīng)獲得中國發(fā)明授權(quán)。

　　纖維的表面改性分為化學(xué)改性、物理改性和等離子體改性等。傳統(tǒng)處理的物理、化學(xué)改性方式工藝流程長，設(shè)備占空間大。相對于化學(xué)改性、物理改性來說，電暈設(shè)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(chǎn)生混合等離子體。電暈產(chǎn)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(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)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(chǎn)生游離基。

　　當(dāng)這些能量或高能粒子作用于紡織材料時，可以產(chǎn)生加熱、刻蝕、形成自由基、聚合、結(jié)晶與交聯(lián)等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用而對紡織材料進(jìn)行表面改性。電暈產(chǎn)生的等離子體是一種全部或部分電離的氣體物質(zhì)，含有原子、分子、離子亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài)，并且電子、負(fù)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(zhì)的第四態(tài)。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(shù)如何實現(xiàn)滌綸纖維的表面快速處理的?

　　徐衛(wèi)林：電暈放電等離子體與滌綸纖維材料的反應(yīng)可以概括為三個步驟：

　　第一步，空氣中的少數(shù)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(xù)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(fā)態(tài)分子而具有活性。

　　第二步，激發(fā)態(tài)分子不穩(wěn)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(wěn)態(tài)。

　　第三步，自由基或離子在滌綸纖維材料表面反應(yīng)，有可能形成幾種情況：形成致密的交聯(lián)層;等離子體與存在的氣體或單體發(fā)生聚合反應(yīng)，沉積在聚合物表面形成具有可設(shè)計性的涂層;表面自由基或離子反應(yīng)和被刻蝕物質(zhì)表面形成化學(xué)反應(yīng)并形成揮發(fā)性反應(yīng)生成物，反應(yīng)生成物脫離被刻蝕物質(zhì)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(chǎn)生的高能活性粒子能誘發(fā)材料表面分子鏈的斷裂、降解和氧化，使纖維表面發(fā)生刻蝕反應(yīng)，增加表面粗糙度，并且電暈放電過程中產(chǎn)生的臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，能使材料表面部分分子發(fā)生氧化，引入親水基團(tuán)。這些基團(tuán)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(yán)重，接入的親水基團(tuán)越多。當(dāng)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(tǒng)做法相比，采用這一技術(shù)給加工環(huán)節(jié)能帶來哪些好處?

　　徐衛(wèi)林：我們經(jīng)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(tuán)在與我們聯(lián)合實驗的基礎(chǔ)上，在漿紗機(jī)紗線進(jìn)入漿槽前，安裝了電暈放電設(shè)備對紗線進(jìn)行預(yù)處理，可以顯著改善滌綸的表面化學(xué)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(nèi)漿液就可擴(kuò)散在其紗線表面，并且有部分漿液滲透入紗線內(nèi)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(tuán)與漿液形成良好的氫鍵結(jié)合力，把漿膜牢牢地固定在紗線表面。制備的經(jīng)軸在織造時產(chǎn)生的落白明顯減少，斷頭次數(shù)也明顯減少。在生產(chǎn)工藝成熟之后，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)無PVA上漿有極大的幫助。

　　此外，我們團(tuán)隊在研究中還發(fā)現(xiàn)電暈放電技術(shù)對退漿處理有一定的幫助。目前，在高支高密的織物品種經(jīng)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(shè)備對坯布進(jìn)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(jīng)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(jìn)行電暈放電處理，經(jīng)過掃描電鏡照片(SEM)可以看出漿膜表面出現(xiàn)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(jìn)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(yīng)其自身性能的快速處理方法。只有這樣才能夠充分發(fā)掘每個纖維的潛能。