（纺织材料与纺织品设计专业论文）常压等离子体设备对不同回潮率下羊毛的表面改性.pdf

东华大学学位论文原创性声明i 鼎嬲 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：砷年 d春丁【 、“匕 日 刁甲r 佛矿 古铲月r 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密嘭在曼年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 指剥撇：谤季 日期：加0 7 年7 卢劬日 牟 丑丫 古伞 r 日【：黟 名 月 签 、_ 储啼 文 力 论 ： 位 期 学 日 c h a p t e ro n e ：i n t r o d u c t l 0 n 1 1s t m c t u r eo f w o o l f i b e r s 1 1 2 p r o p e r t i e so f w o o lf i b e r s 3 1 3w o o ls u r f a c em o d i f i c a t i o nm e t h o d s 3 1 3 1c h l o r i n e h e r c o s e t tp r o c e s s 5 1 3 2c h i t o s a n ( c h t ) t r e a t m e n t ：5 1 3 3l o w t e m p e r a t u r e p l a s m a t r e a t m e n t 6 1 3 3 1p l a s m as u r f a c em o d i f i c a t i o np r o c e s s e s 9 1 3 3 2p l a s m ad e v i c ef o rs u r f a c em o d i f i c a t i o n 。1 1 1 4o b j e c t i v e s ：j 1 2 c h a p t e rt w o ：s r u f a c em o d i f i c a t i o no fw o o lb ya _ p p ja t 、 d i f f e r e n tm o i s t u r er e g a i n s e x p e i m e n t a l 2 1s a m p l ep r e p a r a t i o n 1 3 。 2 2p l a s m a t r e a t m e n t 1 4 2 3c a p i l l a r yr i s eh e i g h t st e s t i n g 1 5 ： 2 4d y e i n go f t h ew o o ls a m p l e s 1 5 2 5s h r i n k - r e s i s t a n c em e a s u r e m e n t 1 6 2 6a i rp e r m e a b i l i t y m e a s u r e m e n t 1 6 2 7s i n g l ef i b e rt e n s i l et e s t 1 7 2 8s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e 峋1 7 2 9s t a t i s t i c a la n a l y s i sm e t h o d s 1 7 c h a p t e rt h r e e ：r e s u l t sa n d d i s s c u s s i o n 3 1s u r f a c em o r p h o l o g y 1 8 3 2c a p i l l a r yr i s eh e i g h t t e s t i n g 。2 0 3 3f a b r i cd y e a b i l i t y m o d i f i c a t i o n ：2 2 3 4s h r i n k - p r o o f t e s t i n g 一：2 3 3 5a i r p e r m e a b i l i t ym e a s u r e m e n t 2 5 3 6 s i n g l ef i b e r t e n s i l et e s t 2 6 3 7c o n c l u s i o n 2 7 3 8r e f e r e n c e s 。2 8 a p p e n d i x 。 o n e 。w a ya n o v a ：c 2 ( t e n s i l es t r e n g t h ) v e r s u sc1 ( p l a s m a t r e a t m e n t ) l i s to ff i g u r e s f i g u r e1 1t h es u b m i c r o s c o p i cs t r u c t u r eo f aw o o lf i b e r 2 f i g u r e1 2s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o n so fd i f f e r e n tp l a s m am o d i f i c a t i o nm e t h o d s 11 f i g u r e 2s c h e m a t i co ft h ea n n o s p h e r i cp r e s s u r ep l a s m at r e a t m e n td e v i c e 14 f i g u r e3 1s e mi m a g e so f p l a s m at r e a t e dw o o lf i b e r s ( a s a m p l e l ；bs a m p l e 2 ；c s a m p l e 3 ；ds a m p l e4 ) 1 8 f i g u r e 3 2s e mp i c t u r e so fp l a s m at r e a t e dw o o lf i b e r ( s a m p l e4 ：u n d e r10 0 r h ) 1 9 f i g u r e3 3o v e r a l lv i e w so ft r e a t e df i b e r s ( s a m p l e4 ：u n d e r10 0 r h ) 2 0 f i g u r e 3 一c a p i l l a r yh e i g h tf o rt h et r e a t e da n du n t r e a t e ds a m p l e s 。2 1 f i g u r e3 5c a p i l l a r yr i s eh e i g h t sv s c a p i l l a r yt i m eo nc o n t r o la n dt r e a t e df a b r i c s 2 2 f i g u r e3 6s i n g l ef i b e rt e n s i l es t r e n g t ho fw o o lf i b e r su n t r e a t e da n dt r e a t e dw i t ha p p j 2 6 l i s to f t a b l e s t a b l e 1t h ek sv a l u eo f t r e a t e da n du n t r e a t e dw o o lf a b r i c s 2 2 t a b l e 2 t h ec m co f t r e a t e da n du n t r e a t e dw o o l f a b r i c s 2 3 t a b l e 3a r e af e l t i n gs h r i n k a g ef o rd i f f e r e n tt r e a t e dw o o lf a b r i c s ( t m 3 1 ) 2 4 t a b l e 4a i rp e r m e a b i l i t yo f t h et r e a t e da n du n t r e a t e dw o o lf a b r i c s 2 5 蜚 一 摘要 ， 纺织品的表面性质很大程度上决定着它们的功能和用途。纺织品 的一些重要的性质，例如：润湿性能，膨胀性能，染色性能以及粘合 。 性能，都受表面性质的影响。尤其对羊毛来说，羊毛表面结构决定着 它的主要性质。羊毛表面的鳞片产生的定向摩擦效应可能是羊毛发生 毡缩的主要因素。同时，这些鳞片层结构也决定着羊毛的润湿性能和 印花性能。许多化学方法已经被用来去除羊毛的鳞片，这些方法非常 有效，但是都会对环境造成不同程度的污染。 。 近几年来，低温等离子体处理被广泛用来进行纤维的表面改性， 通过高能粒子的轰击，纤维表面变得粗糙，这种比较强的刻蚀作用可 以使羊毛表面的鳞片层发生明显破坏，同时，等离子体处理可以引入 、 大量的活性基团，改善羊毛的润湿性能与染色性能。 由于低压等离子体耗时，耗能，同时需要复杂的真空系统。现在 ， 它已经逐渐被常压等离子体所代替。本课题采用常压等离子体喷射装 置，采用氦气为载气，可以通入2 的反应气体。经过喷头里的环状 电极电离后产生等离子，由喷头喷出。喷口面积相对较小，因此混合 粒子的浓度很高。而且混合气体还可以加热，喷头温度的调节范围为 2 5 2 0 0 。这种常压低温等离子体几乎不会对羊毛的机械性质产生 影响，十分适合羊毛的表面改性。 常压等离子处理不同于真空等离子处理的一个突出点就在于常 压等离子处理是在与大气接触的条件下进行的，因此被处理的材料就 会有不同程度的吸湿，而吸湿有可能给等离子处理带来影响。本课题 选取三组含湿量不同的羊毛进行等离子体处理，将不同含湿量的试样 处理，然后与未处理的试样进行比较，以研究湿度对常压等离子体处 理的影响。 本课题主要研究常压等离子体处理对不同含湿量的羊毛的表面 结构，润湿性能，染色性能，毡缩性能以及对单纤维强度的影响。通 过导水性测试和染色实验发现，处理后的羊毛织物亲水性明显改善， 染色性能也有大幅度提高。但是，对不同含湿量的羊毛织物，改善效 果有明显差异，对含湿量最高的羊毛织物改善效果最明显。扫描电镜 实验发现等离子处理对羊毛表面鳞片有一定程度的损伤，但是损伤程 度也随着羊毛含湿量的不同而不同，对含湿量最高的羊毛来说，处理 后，表面鳞片受损伤程度最大，纤维表面变的十分光滑。毡缩实验证 明常压等离子处理后，羊毛织物的防毡缩性能得到改善，含湿量最高 ，的织物效果也是最为明显。最后，单纤维强力实验结果证明等离子体 处理对纤维的作用不至于使羊毛的强力有明显的变化。 一 、 关键词：常亚等离子体喷射装置，羊毛，毡缩性能，染色性能，芯吸效应 a b s t r a c t t h es u r f a c ep r o p e r t i e so ft e x t i l e sa r ei m p o r t a n tf o rt h e i rp r o c e s s i n g a n dp e r f o r m a n c e f o rw o o l f i b e r s ，t h es c a l e so nt h e s u r f a c ea | e r e s p o n s i b l ef o rt h ed i r e c t i o n a lf r i c t i o n a le f f e c tw h i c hi st h em a i nc a u s eo f f e l t i n gs h r i n k a g e m e a n w h i l e ，t h o s es c a l e sc o v e r e db ye p i c u t i c l ep r o v i d e as u r f a c eb a r r i e ra g a i n s td i f f u s i o no f d y e s t u f f si n t ow o o lf i b e r s m a n yc o n v e n t i o n a lc h e m i c a lt r e a t m e n t sh a v eb e e na p p l i e dt om o d i f y t h e s e p r o p e r t i e s ，s u c h a sc h l o r i n e h e r c o s e t t p r o c e s sa n dp o l y m e r d e p o s i t i o n a l t h , o u g he f f e c t i v ei nd e s c a l i n gt h ew o o lf i b e r s ，t h e s em e t h o d s a l s op r o d u c eo r g a n i cc h l o r i d e s ( a o x ) w h i c hr e s u l ti n s e v e r ep o l l u t i o n p r o b l e m s w i t hi n c r e a s i n ge n v i r o n m e n t a la w a r e n e s s ，a l t e r n a t i v em e t h o d s h a v eb e e n i n t e n s i v e l y s t u d i e dt o r e p l a c et h et r a d i t i o n a lc h e m i c a l t r e a t m e n t s i nr e c e n ty e a r s ，l o wt e m p e r a t u r ep l a s m at r e a t m e n t sh a v eb e e nu s e d f o raf i b e rs u r f a c e m o d i f i c a t i o n h o w e v e r , l o w - p r e s s u r ep l a s m at r e a r m e n t r e q u i r e sav a c u u ms y s t e mw h i c hm a k e si te n e r g y - c o n s u m i n g ，e x p e n s i v e ， a n dt h u si n f e a s i b l ef o rm o s to ft e x t i l e m a t e r i a l s a t m o s p h e r i cp r e s s u r e p l a s m at r e a t m e n th a sb e e ni n t r o d u c e dt oo v e r c o m et h ep r o b l e m sf o r1 0 w p r e s s u r ep l a s m at r e a t m e n t a t m o s p h e r i cp r e s s u r ep l a s m a je t ( a p p j ) i sa n e wk i n do fa t m o s p h e r i cp r e s s u r ep l a s m as o u r c ew h i c hd o e sn o tn e e da v a c u l 盯ns y s t e ma n dt h e r e f o r ei sm o r es u i t a b l ef o r t e x t i l em a t e r i a l s h o w e v e r , o n eo ft h em a i nd i f f e r e n c e sb e t w e e na t m o s p h e r i cp r e s s u r e p l a s m at r e a t m e n ta n dl o w p r e s s u r ep l a s m at r e a t m e n ti st h a ti na t m o s p h e r e ， t h es u b s t r a t em a t e r i a lm a yc o n t a i nv a r i o u sq u a n t i t i e so f m o i s t u r e ，w h i c h c a ni n f l u e n c et h ee f f e c t so f p l a s m at r e a t m e n ta c c o r d i n gt oo u rp r e v i o u s s t u d i e s i nt h i s s t u d y , w ea i m e dt oi n v e s t i g a t eh o wt h ee x i s t e n c eo f m o i s t u r ea f f e c t sa t m o s p h e r i cp r e s s u r ep l a s m at r e a t m e n tf o ra n t i f e l t i n g e f f e c to fw o o lf i b e r s i nt h i sp a p e r , t h r e eg r o u p so fw o o lf i b e r sw i t hd i f f e r e n tm o i s t u r e c o n t e mw e r et r e a t e d b ya p p j c a p i l l a r i t yr i s e h e i g h t ，d y e i n g ， s h r i n k - p r o o f i n g ，s i n g l e f i b e rt e n s i l es t r e n g t h ，a n ds c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p y ( s e m ) w e r ec a r r i e do u tt od e t e r m i n et h ep r o p e r t yc h a n g eo f w o o lf i b e r sa f t e rt h ep l a s m at r e a t m e n t a f t e rp l a s m a t r e a t m e n t s ，s c a l e so n t h ef i b e rs u r f a c ef o ra l lg r o u p sw e r ed a m a g e da n dt h es a m p l ew i t ht h e h i g h e s tm o i s t u r er e g a i nh a dt h es c a l e ss m o o t h e do u t t h e c a p i l l a r y h e i g h t s ，k sv a l u e ，a n t i f e l t i n go fw o o lf a b r i ci na l l g r o u p si n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y t h es a m p l ew i t hh i g h e s tm o i s t u r ec o n t e n th a dt h el a r g e s t i m p r o v e m e n ti ns u r f a c ew e t t a b i l i t y , d y e a b i l i t y , a n da n t i f e l t i n g f i n a l l y , t h er e s u l t so fs i n g l ef i b e rt e n s i l es t r e n g t ht e s ts h o w e dt h a t a f t e rp l a s m at r e a t m e n t ，t h et e n s i l es t r e n g t hf o rw o o lf i b e r sw i t hd i 航r e n t m o i s t u r ec o n t e n td i dn o th a v es i g n i f i c a n tr e d u c t i o n w e i h u at e n g ( m a j o r ：t e x t i l em a t e r i a l s ) s u p e r v i s e db yy i p i n go i u k e yw o r d s ： a t m o s p h e r i cp r e s s u r ep l a s m aje t ，w o o l ，a n t i f e l t i n g ，d y e i n gp r o p e r t i e s ， c a p i l l a r yt e s t i n g c h a p t e ro n e i n t r o d u c t i o n 1 1s t r u e t u r eo f w o o lf i b e r s a m o n gt h en a t u r ef i b e r s ，w o o lf i b e ra l m o s th a st h em o s tc o m p l i c a t e ds t m c t u 】旧 t h ei n t r i c a t e p h y s i c a ia n dc h e m i c a ls t r u c t u r eo fw o 。1f i b e rh a sb e e ne x t e n s i v e l y s t u d i e d w o o lf i b e rl e n g t hr a n g e sf r o m1 5 15 i n c h e s ( 3 83 8c e n t i m e t e r s ) i na p p a r e l ， w o o lf i b e r so f2 - 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c o r es t r u c t u r e ( f i g u r e 1 1 ) i ti s m a i n l yc o n s i s t e do fc u t i c l ea n dc o r t e x t h ec o r t e xo rc o r eo ft h ew o o lf i b e r ，w h i c h f o r m sa b o u t9 0 o ft h ef i b e rv o l u m e ，c o n s i s t so f c o u n t l e s sl o n g ，s p i n d l e s h 印e dc e l l s e a c hc e l li s w r a p p e di nac e l lm e m b r a n e ，a n dt h ec e l l sa l eh e l dt o g e t h e rb ya i n t e r c e l l u l a rc e m e n t t h ec e m e n ti sw e a k e rt h a nt h ec e l l s ；s t r e s s e sa r e d i s s i p a t e di nm e w e a k e rr e g i o n s t h ec e m e m g i v e sw a yu n d e rc h e m i c a lo rp h y s i c a ls t r e s s e d ，b e f o r et h e b u l ko ft h ef i b e rb e c o m e sd a m a g e d t h ew e a kc e m e n tc a nb ec h e m i c a l l ym o d i f i e d t o i m p r o v ew e a l p e r f o r m a n c e f i g u r e1 1 t h es u b m i c r o s c o p i cs t r u c t u r eo faw o o lf i b e r t h ec o r t e xi sd i v i d e di n t ot w od i s t i n c t s e c t i o n s ，t h eo r t h o c o r t e xa n dt h e p a r a c o r t e x ，w h i c hs p i r a la r o u n de a c ho t h e ra l o n gt h ef i b e rl e n g t h t h i sa s p e c to fw o o l s t r u c t u r e p a r t l ye x p l a i n st h et h r e e - d i m e n s i o n a lc r i m p i tm a k e sw o o lan a t u r a l b i c o m p o n e n tf i b e r , b e c a u s et h ep o l y m e r sf o r m i n gt h eo r t h o c o r t e xa n dt h ep a r a c o r t e x r e a c td i f f e r e n t l yt oh e a ta n dm o i s t u r e u n l i k eo t h e rn a t u r a lf i b e r s ，w o o lf i b e rc o n s i s t so f c o m p l e xc h e m i c a lc o n s t i t u t i o n a n di sm a d eu po fd i f f e r e n ta m i n oa c i d sw h i c hc o n t r i b u t et od i f f e r e n tc h e m i c a la n d p h y s i c a lp r o p e r t i e s g e n e r a l l ys p e a k i n g ，w o o lf i b e ri sh y d r o p h o b i ci nn a t u r ew h i c hi s m o s tp r o b a b l yd u et ot h ep r e s e n c eo f l a r g ea m o u n to fd i s u l p h i d ec r o s s l i n k i n g ( c y s t i n e ， 一s - s ) i n s i d et h ef i b e r1 t h ef i b e r sa r ec o m p o s e do fa p r o t e i np o l y m e rc a l l e dk e r a t i n t h ek e r a t i np o l y m e r 2 i sah e l i xc o m p o s e do fa m i n oa c i d sj o i n e de n d t o - e n di nas p e c i f i cs e q u e n c e t h ec e l l m e m b r a n ec o m p l e x ( c m c ) i sam i n o rc o m p o n e n to fk e r a t i nf i b e r sa n df o r m sa c o n t i n u o u sp h a s ei nt h ef i b e r , l i n k i n gb o t hc e l lt y p e st oe a c ho t h e r t h ek e r a t i n p o l y m e rc o n t a i n s18d i f f e r e n ta m i n oa c i d s b e c a u s et h ea m i n oa c i d sa r es od i v e r s e ，m a n yd i f f e r e n tc o l o r a n t sa n dc h e m i c a l c a nb eu s e dt oi m p a r tc o l o ra n di m p r o v es p e c i f i cf i b e rp r o p e r t i e s t h ep r e s e n c eo f p o l a rg r o u p si nt h ea m i n oa c i d sa c c o u n t sf o rt h eh y d r o p h i l i c i t yo ft h ew o o lf i b e r t h e p r e s e n c eo fc y s t i n ea m i n oa c i d ，w h i c hc o n t a i n ss u l f u r , i sr e s p o n s i b l ef o rd e g r a d a t i o n b ym o t h sa n db e e t l e s 1 2p r o p e r t i e so fw o o lf i b e r s t h ep r o p e r t i e so fw o o lf i b e rm a i n l yd e p e n du p o nt h e i ru n i q u es t r u c t u r e w o o li s ac o m p a r a t i v e l yw e a kf i b e r i t sl o wt e n a c i t yi sd u et ot h el o wd e g r e eo fo r i e n t a t i o n a n dc r y s t a l l i n i t yo ff i t sp o l y m e r sa n dt ot h er e l a t i v e l yf e wh y d r o g e nb o n d st h a tf o r m b e t w e e nt h e m w o o lf i b e r sc a na b s o r bl a r g eq u a n t i t i e so fw a t e r w a t e re n t e r st h ea m o r p h o u s a r e a sa n di sa t t r a c t e dt ot h ep e p t i d ea n ds a l tl i n k a g e s w o o lf i b e r ss l o wt h er a t eo f e v a p o r a t i o no fb o d yw a t e rb e c a u s et h e yh o l dl a r g eq u a n t i t i e so fw a t e rv a p o ri n t e r n a l l y e v e nw h e nt h ee x t e m a le n v i r o n m e n ti sh o ta n dd r y w o o lf i b e r sh a v ean a t u r a lw a t e rr e p e l l e n c y t h e i re p i c u t i c l ed o e sn o tp e r m i t r e a d ys a t u r a t i o no fl i q u i dw a t e r , s oi tt e n d st ob e a du pa n dr o l lo f f 1 3w o o ls u r f a c em o d i f i c a t i o nm e t h o d s t h em o r p h o l o g yo f w o o li sh i g h l yc o m p l e x ；t h i si sn o tc o n f i n e dt ot h ef i b e rs t e m b u te x t e n d st ot h es u r f a c ea sw e l l c u t i c l ec e l l sa r eo v e r l a p p i n ge a c ho t h e rt oc r e a t ea d i r e c t i o n a lf r i c t i o n a lc o e f f i c i e n t a sa c o n s e q u e n c e ，i na q u e o u sm e d i u m ，b e c a u s eo f t h eh y d r o p h o b i ce f f e c t ，f i b e r sa g g r e g a t ea n d ，u n d e rm e c h a n i c a la c t i o n ，e x c l u s i v e l y m o v et ot h e i rr o o te n d t h i sm a yr e s u l ti nf e l t i n ga n ds h r i n k a g e f e l t i n ga n ds h r i n k i n ga r ec h a r a c t e r i s t i cf e a t u r e so fw o o l ，e s p e c i a l l yd u r i n g w a s h i n g t h ed i m e n s i o n so ff a b r i c sa n dk n i t w e a rd e c r e a s ea n d ，t h es c a l yf i b e rs u r f a c e a n dt h er e s u l to fd i f f e r e n t i a lf r i c t i o n a le f f e c ta r ep r e d o m i n a n t l yr e s p o n s i b l ef o rw o o l f e l t i n g m a n yo t h e ra s p e c t ss u c h 嬲m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n df i b e rc r i m p ，l e n g t h ，a n d d i a m e t e r 2 h a v eb e e nc o n s i d e i e d t h eh y d r o p h o b i c i t yo fw o o lr e s u l t i n gf r o mt h ef a t t ya c i dl a y e r ( f - l a y e r ) o nt h e f i b e rs u r f a c e m a ya l s op l a y a ni m p o r t a n tr o l e i n f e l t i n gp h e n o m e n a 1 8t h i si s a t t r i b u t e dt ot h ep r e s e n c eo f18 一m e t h y l e i c o s a n o i ca c i d ( 1 8 一m e a ) ，w h i c hi sc o v a l e n t l y b o u n dt ot h ef i b e ra st h i o e s t e rt oc y s t e i n er e s i d u e so ft h ew o o lp r