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,,主题七,等离子体技术在纺织上的应用。
概念、特性、原理、应用介绍、前景等。,大家要注意一下这个要求哈，上一位同学做好后最好和下一位说一下自己做好了那不分，一定要避免重复，加油！,,等离子体技术在纺织上的应用,ppt讲解：欧阳标 林福义
ppt制作：邱佳祥 汪存鼎
黄志彬 曾金耀,,前言,目前，纺织染整工业生产仍以湿加工为主，不但需耗用大量的水，而且带来污水公害问题。而作为染整清洁工艺生产的新技术等离子体技术，是干式反应体系(气体体系处理)，节水节能、环境污染和公害少，操作简单且易控制。而且处理仅涉及纤维的表面，不破坏纤维自身的性质，理论上可应用于各种纺织品基质物。因此，可以说等离子体技术迎合了生态纺织品发展的呼声，正越来越受到人们的重视。等离子体技术在纺织上的应用始于上世纪50年代，我国从上世纪80年代开始对等离子体处理纺织品进行研究。在印染工业中，等离子体技术可用于织物的上浆、退浆和麻的脱胶、羊毛的防毡缩、织物的轧光、合成纤维的亲水化外理等诸多领域。等离子体处理也可以改进纤维的染色和印花工艺。近年来，也有人将等离子体处理用于织物的阻燃、防皱和卫生等功能性整理。,,概念,等离子体技术 等离子体技术随当代高技术的发展应运而生，作为一个学科交叉的前沿研究领域，自兴起以来的短短20多年中，已在化学合成、新材料的研制、表面处理等领域开拓出一系列新技术、新工艺。等离子体这一新的存在形式是经气体电离产生的由大量带电粒子和中性粒子所组成的体系，是含有离子、电子、自由基、激发态分子和原子，总的正负电荷取相等，不发生静电中和反应，并表现出集体行为的一种准中性电离气体，继固、液、气三态之后列为物质的第四态-等离子态。,,等离子体的特性,,在纺织加工过程中，等离子体可作用于织前的上浆过程，使 纱线上浆均匀；在印染前处理过程中，等离子体技术能够优 化织物的退浆、精练，提高前处理效率，,还可以改进染色和 印花工艺，使工艺高效、经济、环保；在后整理过程中，等离 子体处理对织物抗静电性、抗起毛起球性、易去污性、拒水 拒油性等有显著的效果。同时等离子体处理与其它整理剂 结合使用，可以提高整理剂的功效及功能整理的效果,,分类,,等离子体可按其压力、带电荷粒子密度和温度等进行分类。在一般情况下，可将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。前者又称为平衡等离子体，其电子和分子或原子类粒子都具有非常高的温度;后者又称为非平衡等离子体，其电子和分子或原子类粒子具有的温度是不同的，电子温度仍然很高，而分子或原子类粒子的温度却较低，低温等离子在纺织染整中的应用最为广泛。,,产生方法,等离子体发生方法很多，归纳起来有3种发生方式：
(1)气体放电法。在电场作用下气体被击穿，发生气体电离，等离子体即是电离的气体;
(2)光致电离法。利用各种射线或具有足够能量的入射光子照射，使粒子获得能量后碰撞，引起气体电离;
(3)热致电离法。借加热作用使粒子获得足够的能量，相互碰撞致电离。,,等离子体处理纺织品的方法,通常来说主要有三种不同的等离子体处理纺织品的方法：
(1)非聚合性等离子体如氧气、氮气、氢气、氨气或水蒸气等对纤维材料产生表面改性。
(2)等离子聚合。用有机氟、有机硅的或有机金属的等离子体作用于材料表面并在纤维材料表面产生一薄层沉积物。
(3)先用等离子体使聚合物表面活化产生自由基，再用等离子体与己产生的自由基发生移植作用，从而使纤维材料表面改性。,,,,原理,等离子体的能量可通过光辐射、中性分子流和离子流作用于聚合物表面，这些能量的消散过程就使聚合物表面发生改性。在等离子体系中的中性粒子将通过连续不断地轰击固体表面将能量转移给聚合物。这些中性粒子的能量具有四种形式：动能、振动能、离解能和激化能。动能和振动能只对聚合物起加热作用，而自由基离解能则是通过引起聚合物表面的各种化学反应而得到消散的，激化分子和原子是以与固体表面碰撞而达到消散的。这些准稳态分子和原子的能量通常大于聚合物的离解能，,,,,能的自由电子，能促使纤维表层产生腐蚀、交换、接枝和共聚反应。此外由于织物在处理过程中，等离子体中的分子、原子和离子渗入到纺织材料表面，材料表面的原子逸入等离子体中。这个过程使纤维表面大分子链断裂，从而使纤维受到等离子体粒子的刻蚀，表面产生粗糙的凹坑，使织物表面的吸湿性和粘着性增加，纤维之间的摩擦力增加，伴随着可能产生的化学反应，使织物表面产生化学和物理改性。,,,,研究概况,等离子体的作用主要有3种：表面刻蚀、接枝改性与 表面沉积。应用时根据加工效果的要求，选择适当的气氛、 单体和加工工艺。等离子体技术在工业生产中的应用面十 分广泛，涉及电子、能源环保、材料等各个领域。以美国为 例，经初步统计与等离子体相关的专利多达26 000多个。,,,,等离子体在纺织印染行业的应用已有广泛的研究，几乎在各个加工环节均有相关文献报道。在一些热点领域(如 涤纶亲水改性等)国内外已有许多学者采用不同等离子体 进行了系统的研究，积累了大量的数据，为等离子体在纺织 印染行业的推广提供了重要的理论基础和数据支撑。其中 一些相关科研项目已获得验收，取得了良好的效果。,,,,国内外研究状况,传统的等离子体技术要求高度真空条件，对加工设备 的要求很高，价格昂贵，连续化生产的难度大。这也是该技 术在20世纪七八十年代就已经成熟，但产业化迟迟未能实 现的主要原因。随着制造技术的进步，生产型等离子体设备 相继问世。 虽然目前等离子体技术已有很多应用，扩展到各个领 域，取得了理想的效果。但是在纺织印染行业，涉及工业生 产的报道较少，尤其在国内，更是凤毛嶙角。,,,,国外应用状况,1973年，美国SAC(surface activation company)公司与 United Dye Works最先合作开发了_一条用于涤纶织物加工的 等离子体生产线，处理织物幅宽1．8 m，运行速度45．7 m／min。 加工产品有舒适的吸湿眭，还有防污和耐洗涤剂等性能。
比利时Europlasma公司自1994年开始生产纺织工业用 低压等离子体设备，工作幅宽40～180 cm。上海某电子元 件公司、东华大学国家染整工程技术中心、中国纺织科学研 究院先后购买了该等离子体处理设备，取得了理想的成效。,,,,2001年，由爱尔兰等离子公司、瑞典织物和聚合物技 术研究院(IFP)等科研机构与6家企业合作开发了对非织 造布及织造布常压等离子体处理的高速连续生产线，成功 地研制出了低温等离子体生产系统PI—AP100。目前已在瑞 典、德国和西班牙安装运行。
目前，德国Freudenberg公司采用两台常压等离子体设 备建立了一个装配良好的中试车间，用以进行大面积被处 理物的连续整理，设计宽度1 m。美国的Plasmatreat公司和 德国Diener电子公司也分别研制了可用于纺织行业的低温 等离子体设备。其中Henniker的产品属于低压等离子体设 备，至今已成功开发Pico、Tetra等4个系列产品，设备处理 空间最高达12 600 L。,等离子体化工技术,在等离子体条件下的化学反应大致过程是这样的，通过低气压的辉光放电、电晕放电或高频放电产生稀薄的低温等离子体。自由电子从电场获得能量之后，跟气体中的原子和分子碰撞，产生激发和电离现象，由此产生的激发分子、激发原子、离子以及自由基都是极不稳定的，具有较高的化学反应性，因而很容易发生在一般条件下无法产生的各种反应，生成新的化合物，或使被处理物体分解失重。由此可见低温等离子体化学反应中气体分子的激发和电离是关键的一步。
而和染整加工有关的主要涉及高分子物（包括纤维）的表面改性和接枝聚合两方面。,,,等离子体接枝聚合有四种方法：,♥♥ 等离子体表面处理后，隔绝空气，直接与气相单体反应，并称为气相一气相接枝处理；
♥♥ 经等离子体表面处理后，隔绝空气，直接与液相或溶液状单体反应，并称为气相一脱气液相接枝处理；
♥♥ 经等离子体表面处理后，置于空气中，使聚合物表面的自由基与氧反应生成过氧化物活性基，然后与液相或溶液状单体反应，按氧化接枝聚合历程开始接枝聚合，并称为气相一常压液相接枝处理；
♥♥ 用低挥发性单体（液体或溶液）浸渍或浸轧聚合物（例如纤维或织物）后，再经等离子体处理，引发单体与聚合物间的接枝聚合反应，即预处理接枝处理。,等离子体表面处理、等离子体聚合和接枝聚合改性方法的特征比较,低温等离子体处理可用于各种纤维、纱线、织物的表面改性，对纤维基体的内部影响小，不损伤纤维原有性能。清洁、快捷、无污染、成本低,在当今倡导清洁和绿色生产、节约资源的形势下, 低温等离子体处理技术以其无需化学品、无需耗用大量水和能源、无需进行高成本废水处理和对环境友好的优势，在纺织工业中具有广阔的应用前景和市场。近年来国内外都在努力加强等离子体技术在纺织领域的应用研究。,等离子体技术在纺织中的优点,等离子体对棉的反应,棉纤维用低温等离子体处理后可改善其粘合性、接枝聚合性及染色性能。原棉纤维在经低温氧等离子体处理时，等离子体中大量基态氧和激发态氧原子等活性粒子将能量传递给棉纤维表面初生胞壁中的分子，使棉纤维表面的伴生物蜡脂、果胶在高能粒子轰击下脱离表面，引起失重．并在棉纤维表面留下许多深浅不同的凹坑，引起棉纤维的表面刻蚀。同时，大量氧活性粒子能使棉纤维表面氧化、接枝，从而使棉纤维吸水性增强。尺寸稳定性等许多方面能获得不同程度的改善，,低温等离子体除去布匹表面的棉蜡及织物表层夹杂物，使得染料更易附着在布匹纤维上，使染色更加牢固的前处理方法。
等离子体通过对布匹进行 30-300S左右的处理，可达到甚至超过湿法漂白棉纤维的精炼效果，从而使精炼的效果大大提高，同时干式精炼法具有节水无污染的突出优点。
低温等离子体用于棉针织物的前处理加工，属于非水干式加工，是通过物理溅蚀或化学改性提高天然杂质水溶性的方式，达到去除棉纤维上果胶、蜡质等天然杂质的目的，符合当今节能、降耗、清洁生产的发展方向﹒,,低温等离子体对棉织物之诱发性好处,除能处理织物的杂质，毛羽，死棉，令表面光洁，处理后部分三丝，尼龙草亦被除去。低温等离子体处理后的织物，尺寸稳定性好，尤以针织物，线圈排列整整齐齐，钭度扭骨亦被改善。
因纤维织物的表面改性，引发后工序得到更佳的效果，如吸色，功能等等。
等离子体在纺织行业中的应用领域无穷，随着第一阶段研究，再进入第二阶段---染色后整，新产品等等。,改善羊毛纤维的防毡缩性能
羊毛纤维表面具有鳞片结构，纤维的弹性也很好，因此在洗涤或湿加工时产生定向摩擦效应，而使纱线和织物发生毡缩。为了改善羊毛纺织品的这种毡缩性能，通常是通过各种化学处理，破坏鳞片结构或树脂包覆鳞片来减少洗涤或湿处理过程中的定向摩擦作用，改善羊毛纺织品的防毡缩性能。不过化学处理方法存在不少问题。由于低温等离子体处理的特点，不少科研人员研究用这种方法来改善羊毛的防毡缩性能。,羊毛纤维等离子体改性,羊毛纱线从一端的毛细管中进入反应室中，并从另一端毛细管中出来，
毛细管和反应室都保持一定的真空度。事实上羊毛在这种辉光放电等
离子体处理时，发生了多种作用，但各种作用的效果是不同的，在这
种处理时，等离子体作用的同时，还存在热和紫外线的作用。 它们的
作用有以下特点：
1，热和紫外线照射不会或很少影响羊毛的毡缩性能及纱线强力；
2，紫外线照射引发了聚合物对羊毛接枝聚合反应；
3，辉光放电等离子体改善了羊毛纱线的防毡缩性，
强力也有提高，而且引起了聚合物对羊毛接枝反应。,纱线连续式辉光放电等离子体处理装置,涤纶纤维等离子体改性,涤纶用等离子体处理后可以获得持久的亲水性、抗静电性，染色性能、粘着性能等也可得到改善。加工目的和流程主要有以下几种：
♠♠ 半制品织物先进行等离子体处理，然后进行染色或整理等加工，可以改善染色和整理加工性能。
♠♠ 染色织物进行等离子体处理，主要进行表面刻蚀，增加颜色深度，并提高整理时的反应性，还可以改善粘着性、抗静电性和亲水性等。
♠♠ 染色和整理后的织物进行等离子体处理，改善
颜色深度，提高抗静电性、亲水性等。,影响等离子体处理的因素也很多，包括纤维和织物的结构、等离子体的气体种类、真空度、功率、处理时间等因素。
涤纶在等离子体处理时，表面受到各种高能粒子作用后，会发生分裂、刻蚀和明显的失重。气压越高，时间越长，功率越大，刻蚀越严重。同时也和等离子体气体的种类有关。
从图中可以看出 在气压较高的条件下，失重较为强烈，织物表面发生明显降解，并伴随黄，不过在适当条件下，并无明显泛黄，只是在处理时间过长，气体压力过低，功率过大时才严重泛黄。泛黄是由于纤维发生裂解，形成了不饱和的基团和发生氧化、交联的结果。,,改善润湿性、亲水性、粘着性和抗静电性,涤纶和羊毛一样，等离子体处理以后纤维的润湿性大大改善，特别是用氦气/氩气等离子体处理后，水渗透时间大为缩短，这是由于纤维表面形成了较多的极性基团，提高了纤维的表面能，所以容易被水润湿，同理也容易被粘着。 不同气体等离子体处理后的涤纶薄膜表面张力见下表,,从上表可以看出，经等离子体处理后涤纶薄膜的总表面由表张力有的会增大，也有的会降低，随处理气体不同而异。这说明等离子体处理不仅会发生刻蚀，而且处理的气体参加了反应，表面发生了化学改性。大部分气体使涤纶薄膜表面张力增加，说明表面极性基团增多，而用CF4和CClF3处理后表面张力是降低的。许多分析结果表明，这种氟碳气体等离子体处理后，涤纶薄膜或纤维表面含有氟原子，并具有拒水和拒油特性，和全氟烃整理剂整理的效果类似，显然表面张力与表面形成 氟烃结构有关,从上表还可看出，表面张力增加量最大的是用O2、N2气体等离子体，它们使表面形成的极性基团最多。分析各种力的表面张力可知，表面张力的增加是氢键力的表面张力增加之故，相对应的是非极性的分散力减小，这也和极性基团增多是相一致的。一般来说，偶极力的表面张力变化不大。,实验发现，经等离子体处理的涤纶长丝表面，和经射流刻蚀处理的相似，表面形成了不少微凹坑，说明纤维表面的分子链被断裂，例如用O2气体等离子体处理涤纶织物的表面形态发生了显著变化，可以看到（扫描电子显微镜观察）具有隆起状的沟槽结构特征，这可能是由于O2气体等离子体对无定形区气体等离子和结晶区产生不同的刻蚀的结果。有趣的是，用CF4气体处理，表面刻蚀后反而变得光滑，甚至比未处理的还要光滑，这可能是由于这种等离子体高活性的关系，使表面均匀刻蚀，可起等离子体抛光作用，由此可知，不同的气体等离子体有不同处理效果。,已经指出等离子体处理后，不仅纤维分子链断裂会形成一些极性基团，一些等离子体的原子或基团也可能被接上纤维表面，例如用氮气和空气等离子体处理后，纤维表面上会接上含氮的基团，用O2等离子体处理会发生氧化反应,以上结果均表明涤纶经等离子体处理后，在纤维表面会形成极性基团，例如，在氧气和空气等离子体中处理，纤维表面可形成含氧的极性基（纤维表面被氧化），在氮气等离子体中处理，纤维表面可形成含氮的极性基。同时还发现，即使在非反应性气体氩气等离子体中处理后，纤维表面也会被氧化，形成含氧极性基，这是由于在等离子体中形成自由基后，随后在和空气接触时与空气中的氧气反应的结果。这些基团的形成都会改变涤纶的表面张力，不仅提高润湿和吸水性，也会提高与粘合剂或涂层剂的粘着性（粘着过程实际是粘合剂对纤维表面的润湿、扩散和建立分子间结合力的过程）。曾有人将此作用来改善涤纶织物的涂料印花牢度，增强复合材料的粘结强度，以及提高与金属镀层的结合力，加工金属化涤纶。,
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