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在印染加工中氟碳等离子体的应用技术

2014年10月14日来源: 世界印染网

我国棉纺织物一直是人们日常衣着面料的重要组成部分,但随着人们生活水平的日益提高,人们对棉纺织物的防水抗污也有了一定的要求。以往对于棉纺织物的拒水拒油处理,一般采用的是含氟树脂整理[1~2]。

以下是氟碳化合物等离子体在印染加工中的应用技术。

1实验 1.1材料与试剂 >纤维材料:纯棉织物坯布,19.5tex×19.5tex,267.5(根/10cm)×267.5(根/10cm),退、煮、漂、丝光布,无锡练漂厂;白猫标准洗涤剂(工业合成洗涤剂),上海纺织工业技术监督所监制;C7F16,Lancaster公司,纯度98%。

1.2等离子体处理

本研究所用设备为GPT-3型等离子体处理仪(中央民族大学物理系研制),将原始样品(5cm×10cm)置于等离子体处理仪中,抽真空至10Pa,经全氟庚烷气体洗气2-3次,然后充入一定流量的全氟庚烷气体达到实验所需压强,按实验所需条件处理织物。

1.3测试方法

1.3.1接触角

将织物样品放在JY―82接触角测定仪(河北省承德试验机有限公司)的平台上,用微量注射器在样品上滴5μl蒸馏水或色拉油,测量其接触角。在同一样品上不同部位测量5次,取平均值。

1.3.2耐洗性

洗涤条件:标准洗涤剂20g,低水位标准程序机洗,80℃烘干30min,每次洗涤后测接触角,按所需要求重复5~6次。

1.3.3润湿时间

采用AATCC 79–1995标准进行测试,0.1ml蒸馏水从5cm高处滴下,观察织物润湿时间,分别测得织物五个不同部位的润湿时间,取平均值。

2结果与讨论

2.1气化装置的设计

因C7F16为长链饱和结构,常温下为液体,故本文首先设计了一套液体气化装置,使液体转化为气体,进入等离子体处理仪,以进行下一步处理。 C7F16沸点较低,在真空条件下易气化,等离子体处理装置相对较为简单。我们设计了如图1所示的液体汽化装置与等离子处理仪相连接。

通过调节调压变压器的电压,可以控制气化装置的加热温度,从而控制液体的气化速率。此外,通过调节1、2、3号五个阀门还可以控制气体进入等离子体处理仪真空腔的流量大小,以达到实验要求。

2.2处理条件的影响

除了气体的种类以外还有很多因素可以影响等离子体的处理效果,放电的功率、压强、时间以及被处理物质的表面性能等因素均可以对等离子体的处理效果产生影响。固体表面润湿性大多数是用液滴的接触角来说明的。因此实验中分别在不同的实验条件处理棉织物样品,并通过分析水滴、油滴与处理后样品的接触角来研究处理效果与时间、功率及压强的关系。

2.2.1等离子体处理效果与压强的关系

压强反映了等离子体处理仪真空腔内气体的密度。因此,在功率一定的条件下,压强决定了单位时间内产生的活性粒子的数量。功率设定100W,时间设定3min,在不同的压力条件下对棉织物进行等离子体处理,实验结果如表1所示。

表1等离子体处理棉织物的接触角与处理压强的关系

处理条件:C7F16,100W,3min

表1反映了棉织物在经过不同压强处理后所具有的不同拒水拒油性能。实验表明,未处理的棉织物无拒水拒油性,水滴和油滴立即被吸收,其接触角为0o。处理压强为15Pa时,油和水与棉织物的接触角的值分别提高为154.6

o和123o。但随着处理压强从15Pa增加到50Pa,油和水与棉织物的接触角的值略呈下降趋势。

出现这种现象的原因可能是在开始阶段,即0Pa~15Pa之间,随着压强逐渐增大,等离子体处理仪真空腔中的气体密度增加。因此电离产生的活性粒子的数目也越来越多,使得更多的含氟基团接枝到棉织物表面。但是当气体压强达到一定程度后,由于在等离子体处理仪真空腔中气体密度过大,导致生成的活性粒子之间碰撞的几率变大,活性粒子容易失活,最终导致接枝在棉织物表面的基团减少,从而影响其处理效果。这与我们以前的研究结果一致[9]。

2.2.2等离子体处理效果与功率的关系

处理功率直接影响等离子体气氛中活性粒子的丰度和能量大小。随着处理功率的增大,等离子气氛中的活性粒子可获得更高的能量水平。我们固定时间和压强来研究功率与等离子体处理效果的关系,同时摸索最佳处理功率。设定时间为3min压强为15Pa,测定结果如表2所示。

表2等离子体处理棉织物的接触角与处理功率的关系

处理条件:C7F16,15Pa,3min

表2反映了棉织物在经过不同功率处理后所具有的不同拒水拒油性能。从图中可以看出,功率为25W处理,对水接触角达到154.7 o,随着处理功率的增大,对水与棉织物接触角的值影响并不大。功率为25W和50W时,虽然水接触角可达140

o以上,但是对油的接触角为0 o,说明处理功率过低,没有拒油性能。对油的接触角在150W时达到129.7 o,然后接触角值变化不大。当压强固定为15Pa,即气体密度为定值,在一定的压强条件下增加功率,则等离子体气氛中起表面改性作用的活性粒子数目有所增长,功率达到一定值后活性粒子数目可能已处于稳态平衡,继续提高功率不会增加活性粒子数目,故处理效果不会有明显变化

[6]。

2.2.3等离子体处理效果与时间的关系

我们在压强为15Pa、功率150W的条件下,采用了不同的处理时间进行实验。其结果如表3所示。

表3等离子体处理棉织物的接触角与处理时间的关系

处理条件:C7F16,15Pa,150W

表3反映了棉织物在经过不同处理时间后所具有的不同拒水性能。实验表明,时间为0.5分钟时水的接触角就可达到147.2o,在时间从0.5min增加到10min的过程中,接触角变化不是很明显。而油的接触角则是随着时间的增加逐渐增大,处理时间3min以后,接触角没有明显的变化。

2.4等离子体处理效果的耐洗性

实验证明棉织物经C7F16等离子体处理后其拒水拒油性显著提高。但为测其是否耐水洗,我们选择了一块经过等离子体处理的棉织物,并对其进行了5次洗涤。其实验结果如图5所示。

表4等离子体处理棉织物的接触角与水洗次数的关系

处理条件:C7F16,15Pa,10min,150W

表4反映了棉织物在经过不同水洗次数后拒水性能有所改变。第一次水洗后,经等离子体处理过的棉织物的拒水性有一定的下降,3次水洗后稳定在同一水平上。

水洗会洗去部分吸附在织物表面的C7F16自聚物,造成织物表面拒水性能的下降。另外,洗涤液中含有表面活性剂,虽经多次清洗织物上仍可能残留少量表面活性剂,会造成织物表面亲水性增加,接触角下降。但经3次水洗后曲线趋向平稳,处理效果趋向于稳定。

2.5等离子体处理效果随时间的衰变

润湿时间即从水滴滴到织物表面到完全铺展被吸收所用的时间。为了考察等离子体处理效果的时间效应,我们对经等离子体处理后的棉织物进行了润湿时间的测量,时间间隔分别为1小时、6小时、1天、1周,发现润湿时间均为1小时以上。在1个月和45天后测量的润湿时间也基本无变化。

此外,接触角的测定也显示同样结果。随机抽取3种条件下的处理样品,测定其接触角,结果如表5所示。

表5放置时间对接触角的影响

从表5可以看出,45天后的测量平均值比初次测量平均值仅有微小的下降。可见,等离子体处理产生的拒水效果无衰减现象。

3、结论


六氟丙烯等离子体处理能提高纯棉织物的拒水拒油性能。织物对水的接触角可达到150 o以上,对油的接触角可达到120 o以上。在经过水洗后,经等离子体处理过的纯棉织物的拒水性有一定的下降,再经过3次洗涤后则趋于平稳。放置45天后等离子体处理效果基本没有变化。

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