（纺织化学与染整工程专业论文）天然纤维的低温等离子体改性技术研究.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 2 0 m i n 升温速率1 0 m i n t g a 测量温度范围3 0 9 0 0 4 x 射线能谱谱仪 e d s 表面元素分析实验 蚕丝纤维经离子溅射仪喷金处理后 应用 英国o x f o r di n c ae n c r g y2 0 0 能谱仪分析蚕丝纤维表面元素成分 5 电镜实验 采用j s m 5 6 1 0 l v 日本j e o l 扫描电镜观察蚕丝织物表面微观形态 测 试条件 加速电压5 k v 电流5 m a 4 2 2 结果与讨论 4 2 2 1 改性后织物的水接触角测试 等离子体改性的蚕丝织物表面的水接触角见表4 7 t g 4 1 0 整理织物表面水接触角为1 3 8 o o 等离子体改性 丝织物表面水滴的照片如图4 3 所示 圈4 3 蚕丝织物的水接触角 从图4 3 可见 水滴几乎悬于织物表面 并且可以在织物表面滚动而不沾湿织物表面 具有良好的拒水性能 由表4 7 可知在适当的处理条件下 经等离子体处理后拒水效果优 于商用氟系拒水拒油整理剂整理的效果 表4 7e r 等离子俸表面改性精织物承接触维 由表4 7 可得 双绉织物经c r 等离子体表面改性后可获得良好的糖水效果 压强一定 时 增大功率可加强等离子体辩纤维的作用 包括刻蚀律用和含氟基闭的引入 使其拒水 洼爨寒 瑟隧蓑楚理穗鬻懿延长 弓 入的含氟萋霞增多 瞧会掇离织携的拒承经髭 4 2 2 2 薤多 毙谱 薹t l 鬏 分靳 对经等离子处理后用的蚕丝双绉织 物a t r 红外谱图 b 与未处理织物红外谱 图 a 终示蓑 褥到的示麓谱圈 e 溅 得的红外谱图如图4 4 所示 从图4 4 中可以发现 示涟谱中出 现7i 2 0 9e 瑶 帮1 3 6 7e 酊 e f 枣缝振 动特征吸收峰 说明在c f 4 气体等离子 图4 4 蚕丝织物红外谱图 作用下 织物表麟氟化 有含氟基团c f 的引入 3 8 浙江理工大学硕士学位论文 放 不同的蚕丝纤维失水温度略有不同 在这一阶段热失重率均较小 从表4 8 研究结果表明蚕丝纤维的热分解反应大致可分为两个阶段 1 第一阶段的起始温度在3 1 8 3 3 l 之间 在起始温度附近热分解速率较小 当温度大 于3 3 l 以后 其分解速率明显加快 在3 4 3 3 4 9 附近失重速率达到极大值 在d t g a 曲线中出现了极其明显的热分解反应的吸热峰 从表中可明显看出未处理织物与处理 条件 1 0 0 w 3 0 p a 5 m i n 分解始温接近 处理后略有下降 等离子处理条件 1 0 0 4 0 p a 5 m i n 和 1 0 0 w 4 0 p a 2 0 m i n 处理后 织物分解始温均有较大幅度提高 提高了1 0 分析认为 蚕丝纤维在热分孵第一阶段主要是多肽链中肽键断裂 尤其 是c n 键断裂几率最大 这是因为肽键中c n 键能较低 其次是c c 键 c o 键 n n 键亦可发生部分断裂 而经c f j 等离子体处理后 纤维表面上会接上含氟的基团 还会引起表面的交联 由于c f 键是较强的化学键 原予键 相当稳定 不易断裂 从 而使其热稳定性有所提高 而在一定处理条件下 1 0 0 w 3 0 p a 5 m i n 纤维表面可能引 入含氟基团较少 而且由于等离子体的刻蚀作用 其热稳定性会略有下降 2 当温度超过5 0 0 以后 蚕丝纤维热分解速率又开始缓慢增加增加 此时热分解反应进 入第二阶段 这一阶段热分解失重速率达到极大值对应的温度是6 8 0 7 1 0 左右 在 8 5 0 附近左右 可以认为热分解反应第二阶段基本完成 即热分解整个历程已趋于完 成 此时蚕丝纤维的多肽链中几乎所有的化学键都发生了断裂 4 2 2 4x 一射线能谱实验 表4 9 束处理纤维表面元素 ej e m e n t w e i g i l t a t o m i c c k3 6 4 34 2 4 3 n k 1 59 31 5 9 1 o k 4 7 6 4 4 1 6 6 f k0 0 00 0 0 t b t a l s1 0 0 0 0 表4 1 0 处理后纤维表面元素 e i e m c n t w e j g h 慨 a t o m i d c k1 8 3 52 4 6 2 o k3 82 63 8 5 6 f k4 3 3 9 3 6 8 2 1 o t a l s1 0 0 0 0 我们用x 一射线能谱分析仪测试了不同纤维表面元素组成 观察其变化情况 以便了 解等离子体改性效果 由表4 9 中可得 未处理蚕丝纤维表面氟元素含量为o o 而由表 4 1 0 中可得 经c f 4 等离子体处理后纤维表面氟元素含量达4 3 3 9 由图4 9 和图4 1 0 中亦 可看出经c f 4 等离子体后 纤维表面检测出氟元素 这说明蚕丝织物表面引入了含氟基团 4 i 浙江理工大学硕士学位论文 4 2 2 6 反应机理探讨 综合上述各种分析 推测其可能的氟化反应如下 c f 4 一 c f 3 f 1 r h 十 c f 3 r c f 3 h r c f 4 r c f 3 f 其中r h 代表蚕丝纤维 首先c n 按方程 1 的方式分解 在有蚕丝纤维表面存在时 这些游离基会导致纤维表面的氟化作用 在方程 2 中的表面氟化作用或方程 3 中的 氟化烃接枝作用可能是通过c r 的游离基向活性化的纤维的链转移机理而产生 如方程 4 所示 在反应期间形成的这类可及的烷基游离基 也与氟化烃反应 方程 5 表示 由 于活性产物的能量足以产生不加选择的反应 因此在沿着链的任何地方都可能产生交联过 程 对于不同的c f 4 等离子体条件 这些观察结果可能是普遍性的 并导致了所假设的交 联反应机理 4 3 本章小结 1 0 2 低温等离子体结合拒水拒油整理剂对真丝织物进行拒水拒油整理可以提高织物拒水 拒油的耐久性 2 由正交实验得出蚕丝氧等离子体联合拒水拒油整理最佳工艺条件 氧等离子处理时间 为3 m i n 压强4 0 p a 功率l o o w 焙烘温度时间为1 4 0 5 m i n 3 经c f 4 等离子体处理 蚕丝织物的拒水性能大为提高 能达到甚至超过氟系拒水整理 剂熬理的效果 实验中c f 4 等离子体处理条件为气体压强4 0 p a 放电功率1 0 0 w 放 电时间2 0 m i n 时拒水效果最佳 4 经c f 4 等离子体处理后 蚕丝纤维的热稳定性有所提高 5 e d s 表面元素分析 红外实验以及蚕丝纤维处理前后表面形貌的变化 都从不同的侧 面佐证了蚕丝纤维表面已经引入了含氟基团c f 浙江理f 大学硕 学位论文 第五章羊毛等的等离子体表面改性 羊毛是结构最复杂的天然纤维之一 因其纤维的外层是由鳞片层包覆 每一个鳞片细 胞主要由三层组成 即外表皮层 外角质层和内角质层 其中最外一层是外表皮层 它富 含以c 2 1 为主的类脂物质 与最外表皮层相邻的次外表层富含胱氨酸 次外表皮层内胱 氨酸二硫键在羊毛大分子间的高度共价交联和羊毛表面及胞间存在的类脂物质形成了染 料和化学药剂的扩散壁垒 5 1 使得染料难以从鳞片层向内扩散 只有在较高的温度下 鳞片层张开 染料主要从鳞片间的细胞膜复合物这一通道进入纤维内部 而传统的l o o 条件下羊毛染色方法极易导致羊毛泛黄甚至出现凝胶化 严重影响了产品的手感和光泽 为改善羊毛的染色性能 人们研究和开发了许多种羊毛变性方法 目前 国内外毛染整工业应用最广泛的羊毛表面改性方法是氯化法 该法能有效地氧 化羊毛表面胱氨酸的二硫键 去除羊毛表面的类脂物质 然而 由于氯化工艺产生 a o x a d s o r b a b l eo r g a n o h a l o g e n s 物质 目前在欧洲国家正受环境立法的限制并面临着最终 被取缔的压力 低温等离子体处理技术以其清洁 快速和对羊毛损伤少而倍受关注 采用 低温等离子体技术处理羊毛 能使羊毛纤维表层的大分子链断裂形成离子或自由基 提高 纤维表面亲水性能 从而改善了羊毛染色或印花性质 川 等离子体技术还可使羊毛纤维 更易接受后续化学药剂或生物酶的作用 为进一步的改性创造条件 由于低温等离子体处 理只作用于羊毛纤维表面极浅的一层约l o n r n 从而使纤维原有的优点近乎不变 此外 该技术是一个纯粹的物理反应过程 无需加水引发 是最具发展潜力的羊毛物理变性方法 有关研究主要是应用非聚合性气体等离子体对羊毛进行表面改性 本课题使用聚合性 气体c f 4 等离子体对羊毛进行改性 并与氧等离子体对羊毛改性作比较 研究中改变低温 等离子体处理条件 通过染色实验考察等离子体处理条件对羊毛染色的影响 利用傅立叶 红外一衰减全反射法 丌瓜一a 1 r 来探究羊毛纤维经c f 4 等离子体改性后表面官能团的 变化 运用热重分析研究经c f 4 等离子体处理前后热性能变化 并借助s e m 来观察改性 前后羊毛纤维表面形貌的变化 5 1 氧等离子体改性羊毛的研究 5 1 1 实验部分 5 1 1 1 材料 药品及仪器 濒江理王大学硬 学位论文 上染百分率测定 用7 2 2 s 型分光光度计分别测定染色前染液的吸光度a o 和染色后 残滚豹吸走发a l 使罴l c 麟豹魄色露 波长先5 鹳拄m 壤赛下式 1 计算染秘懿上染李 上染率 a o a t a o xl o o 活性染料潮着率的测定 应用s f 6 0 0 型d a t a c o l o r 电子测色配色仪 分别测定皂煮 游压染惫织物戆表瑟颜色浓发 搿s b 帮 燃 a 蘧 稷攒下式嚣算絷瓣的匿善率 固着率一暇 s a 科s b 1 0 0 5 1 2 结果与讨论 s 1 2 1 纤维表丽形貌分析 网5 1 未处理攀嘏 图5 2 氧等离子体处蠼 1 0 0 w 4 0 p a 5 m i n 匿s 3 戴等裹子嚣楚理f 1 0 愀4 羽