棉织物抗紫外线整理工艺的比较

棉织物抗紫外线整理工艺的比较

0棉织物抗紫外线整理中等离子体技术应用中的棉吸湿性好，保暖性好，是回归自然的最佳消费品，也是夏季的首选。然而，由于棉纺材料的抗紫外能力相对较低，因此对其进行了防紫外分类非常重要。等离子体技术作为一种新型的纤维改性和织物处理方法,具有低能耗,污染小,处理时间短,效果明显的特点,采用低温等离子体技术对棉织物进行抗紫外线处理,不仅可提高棉织物抗紫外线性能,而且显示出了绿色的生态效果。由于棉织物的熔点很低,真空等离子体处理棉织物易被击穿,损伤纤维,而且真空系统的使用难以实现流水线连续生产。因此本文选择大气压介质阻挡放电这一先进的等离子体工艺技术应用在棉织物的抗紫外线整理中,采用先浸渍抗紫外线整理剂CGKF再经等离子体处理和先经等离子体处理再浸渍抗紫外线整理剂CGKF两种工艺,整理效果采用紫外线分光光度计测试、扫描电镜观察等方法进行表征。结果表明,两种工艺整理的棉织物抗紫外线性能均提高(前一种工艺略好于后者),且服用性能所受影响不大。1抗菌、整理剂整理织物:纯棉坯布,经纬纱线均为30tex,经纬密度均为60根/25.4mm,幅宽160cm。前处理药剂:烧碱、水玻璃、表面活性剂、亚硫酸氢钠、磷酸三钠。抗紫外线整理剂:CGKF亲水型有机硅抗辐射织物整理剂(扬州晨化科技集团有限公司)。CGKF抗辐射整理剂分子式主链如下:2试验仪器与仪器CTP-2000K低温等离子体电源(南京苏曼电子有限公司),Lambda35型紫外线分光光度计(美国铂金埃尔默仪器有限公司),SpectrumOne-B型傅立叶变换红外光谱议(美国铂金埃尔默仪器有限公司),YG065型电子织物强力试验仪(莱州市电子仪器有限公司),YG461E电脑式透气性测试仪(宁波纺织仪器厂),LLY-01B电脑控制硬挺度仪(常州第一纺织设备有限公司),YG502织物起毛起球仪(南通三思机电科技有限公司),JSM-6460LV型扫描电镜(日本电子公司)。3排序方法3.1剂量的确定工艺流程:轧碱※烧碱和布同时进锅※煮练※水洗轧液工艺条件:烧碱浓度:8g/L,碱液温度:50℃,轧余率:120%。煮练液处方(%):烧碱(100%):3,水玻璃(相对密度1.4):0.5,表面活性剂:0.5,亚硫酸氢钠:0.5,磷酸三钠:1。以上各种药剂用量均以对织物的质量分数计。煮练工艺条件:浴比:1g棉织物加3L煮练液,煮练压力:大气压,煮练温度:100℃,煮练时间:3h。3.2等离子体电源的制备采用两种不同工艺分别对棉织物进行抗紫外线整理。工艺一:棉织物先经过抗紫外线整理剂CGKF整理(整理工艺:整理剂CGKF用量0.3%,浴比1∶40,浸渍时间15min,浸渍温度50℃,焙烘温度120℃,烘干时间15min)后,再用等离子体进行处理。CTP-2000K低温等离子体电源如图1。工艺二:利用低温等离子体先对棉织物进行处理,然后棉织物再经过抗紫外线整理剂CGKF整理(CGKF整理工艺同工艺一)。等离子体处理过程如下:将CTP-2000K低温等离子体电源的电源开关打开,使棉织物在不同的条件下接受等离子体处理。调节电压在50V左右,调节输出频率为20kHz,改变等离子体处理时间、处理距离。处理结束后用紫外线分光光度计和扫描电镜等对经过处理的棉织物样品的紫外线透过率等进行测试和观察分析,可确定等离子体处理棉织物的最佳工艺条件。4紫外线透过率测定(1)紫外线分光光度计测棉织物紫外线透过率:用Lamboda35型分光光度计测定各种试样的紫外线透过率曲线,并用面积比求出280~320nm紫外线区域的平均透过率。(2)扫描电镜观察:利用JSM-6460LV型扫描电镜观察整理前后试样在扫描电镜下影像的变化。(3)其他服用性能的测试:采用前述相关仪器测定整理前后织物的强力、透气性、硬挺度和抗起毛起球性等服用性能。5分类效果和分析5.1阴离子处理时间对棉纺材料的抗紫外性能有影响5.1.1等离子体处理对棉织物紫外线透过率的影响棉织物经过抗紫外线整理剂CGKF整理后,用等离子体进行处理。处理过程中,等离子体处理电压不变,距离为9mm,处理时间分别依次为30、50、60、80、110s。处理结果如图2所示。工艺一不同等离子体处理时间棉织物样品的紫外线平均透过率如图3所示。由图3可看出,经抗紫外线整理剂CGKF整理的棉织物再经低温等离子体处理后,紫外线平均透过率并不是随时间增加而正比降低,而是先略升高再降低,然后又升高。当处理时间达到60s时,织物紫外线透过率最低,之后随处理时间增加织物紫外线透过率又升高。5.1.2等离子体放电产生的自由基种类及用量由图4可以看出,采用工艺二,棉织物抗紫外线性能比只用抗紫外线整理剂CGKF整理的棉织物的抗紫外线性能要好,并且同样在处理时间达到60s时,织物紫外线透过率最低。工艺二不同等离子体处理时间棉织物样品的紫外线平均透过率如图5所示。工艺二与工艺一处理结果类似,两种棉织物样品的抗紫外线效果都可以明显提高。无论采用那种工艺,均在等离子体处理时间为60s时,织物紫外线透过率最低,抗紫外线效果最好。在等离子体处理棉织物表面的过程中,存在等离子体刻蚀和聚合两种作用。究竟刻蚀和聚合那种作用占主导优势,决定于等离子体处理过程中的单体种类、浓度、样品、气压、时间、温度等等因素。本文采用空气等离子体处理样品,产生自由基主要来源于高能电子轰击织物表面,使织物中纤维表面涂覆的功能整理剂大分子或纤维素大分子的羟基、羰基等官能团失去电子。同时,放电过程中产生的高能电子对织物表面有严重的刻蚀作用。值得注意的是,虽然两种工艺条件下棉织物抗紫外线效果相差不大,但抗紫外线的机理却完全不同。工艺一处理过程中,棉织物经过CGKF整理剂预处理,CGKF整理剂均匀地涂覆在纤维表面。CGKF整理剂的相对分子质量大,聚合度高,由于分子主链结构由Si—O、Si—C构成,化学键键能较高(Si—O:4.6eV,Si—C:8.3eV),不易断裂。同时,CGKF大分子中含有大量的支链,尽管等离子放电过程中产生自由基数量相对于工艺二较少(纤维素大分子C—H键能较低),一旦有自由基产生,CGKF大分子间立即发生交联,形成三维网状结构,等离子体聚合作用较强。工艺二中,在等离子体作用下,高能电子刻蚀棉纤维表面,形成沟槽,可以增加棉织物中整理剂CGKF的吸附量。纤维素大分子断裂产生的自由基同CGKF大分子发生化学作用,使织物紫外线透过率降低。等离子体处理过程中,自由基寿命较短,如果等离子体的处理时间过长,部分自由基死亡,自由基浓度降低,等离子体作用较弱。如果等离子体的处理时间短,在反应器处理空间内自由基数量较少,等离子体作用较弱。本文中两种工艺均在等离子处理时间达到60s时,织物抗紫外线效果最好。5.2离心分离对棉纺材料的抗紫外性能有影响5.2.1等离子体处理棉织物织物紫外线透过率经抗紫外线整理剂CGKF整理的棉织物再进行等离子体处理。处理过程中等离子体处理电压不变,处理时间为60s,处理距离依次为1、3、5、7、9、11mm。处理结果如图6所示。工艺一不同等离子体处理距离棉织物样品的紫外线平均透过率如图7所示。由图7可看出,经抗紫外线整理剂CGKF整理的棉织物再经低温等离子体处理后,紫外线平均透过率并不是随处理距离增加而正比降低,而是先略升高,再略降低,然后又升高,再降低,再升高。当处理距离达到9mm时,织物紫外线透过率最低,之后处理距离增加,织物紫外线透过率又升高。5.2.2等离子体处理情况工艺二不同等离子体处理距离棉织物样品的抗紫外线效果如图8所示。工艺二不同等离子体处理距离棉织物样品的紫外线平均透过率如图9所示。由图9可以看出,等离子体处理距离为9mm时,织物紫外线透过率最低。当等离子体处理距离过大时,高能电子到达织物表面的数量较少,在织物表面形成自由基数量少,等离子体刻蚀与聚合反应较弱;当等离子体处理距离过短,高能电子数量多,能量大,形成自由基数量多,样品易被击穿破坏。5.3ckf在不同洗涤剂次数下织物的耐洗性能工艺一和工艺二等离子体处理的棉织物抗紫外线性能的耐洗性分别如图10(a)和(b)所示。由图10(a)和(b)可以看出,随着洗涤次数的增加,采用两种工艺处理的织物抗紫外线性能下降,当洗涤次数达到20次,织物仍具有抗紫外线性能,这是因为在等离子体作用下,CGKF大分子间发生交联,形成网状结构,因此耐洗牢度好。等离子体处理使棉纤维表面发生刻蚀作用,形成沟槽,增加了CGKF的吸附量,CGKF大分子间形成交联使耐洗牢度较好。5.4棉织物表面颗粒的变化图11为等离子体处理前后棉织物在扫描电镜下的影像。对比图11(a)、(b)、(c)可以看出,处理前棉纤维纵向呈卷曲的带状;采用工艺一处理后,棉纤维的表面有明显的凹槽和凹坑,并且还有一些小颗粒,可能是等离子体聚合产物。由于CGKF分子中主链含有大量的Si—O链,纤维表面的颗粒可能是SixCyOz物质,这种无机物颗粒可能会带给棉织物新的功能,具体的测试表征以后将继续探讨;采用工艺二处理后,棉纤维表面较光滑,并且几乎每根棉纤维表面都较均匀地覆盖有一层物质,没有小颗粒和凹槽在纤维表面,这是因为等离子体对纤维的刻蚀作用增加了纤维对CGKF的吸附量。5.5等离子体处理可提升抗紫外线效果从表1可以看出,经抗紫外线整理剂CGKF整理的棉织物再经低温等离子体处理后,抗紫外线性能可进一步提高。波长在280~320nm的紫外线平均透过率由原来的32.15%下降为1.70%以下,透过率下降了91.10%以上,符合澳大利亚和新西兰纺织品防紫外线标准非常优秀防护类产品的要求,说明织物具有非常好的抗紫外线性能。由于经等离子体处理后纤维与整理剂之间发生化学反应,形成新的化学键,从而使织物的断裂强力增加,硬挺度下降,柔软性提高;但因为在纤维的表面形成抗紫外线薄膜,增强了纤维与纤维间的摩擦阻力与抱合力,使织物表面的纤维端不易露出织物,使织物透气性下降,抗起毛起球性能得到改善。6不同抗紫外线整理剂整理棉织物(1)采用两种不同整理工艺对棉织物进行抗紫外线整理,棉织物的抗紫外线性能均可进一步提高,但棉织物经过抗紫外线整理剂CGKF整理后再用等离子