沈麗 戴瑾瑾 （東華大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院）
在我國,，棉紡織物一直是人們?nèi)粘Ｒ轮媪系闹匾M成部分,。但隨著人們生活水平的日益提高,，人們對棉紡織物的防水抗污也有了一定的要求,。以往對于棉紡織物的拒水拒油處理，一般采用的是含氟樹脂整理[1～２]。近,，利用氟碳化合物等離子體處理對織物進(jìn)行拒水拒油整理的方法引起了人們的關(guān)注[3～4],。低溫等離子體處理屬于干加工,，如果能夠廣泛用于染整加工，不但有良好的經(jīng)濟(jì)效益,，而且還可以解決以往濕加工所帶來的污水公害問題。
可用作等離子體處理氣氛的有多種氣體,，常見的有O2,，N2,，Ar等,。有人為提高織物的拒水性能,，用CF4等離子體處理了一些常見纖維如聚酯、棉,、錦綸等織物,，處理后織物的接觸角有不同程度的提高
[5]。還可采用C2F4, C3F6, CF4 和 H2 的混合氣體等,，這些氣體都可提高織物的拒水性能,，而且拒水性能隨使用氟碳化合物種類、處理時間和功率大小而變化[6～7],。
據(jù)報(bào)道,，以鏈長大于6的氟碳化合物為氣氛進(jìn)行等離子體處理可以使材料具有良好的拒水拒油效果 [8]，因此本文以C7F16為氣氛,， 輝光放電等離子體處理棉織物，對纖維表面進(jìn)行改性,，從而達(dá)到拒水拒油的目的,。研究了處理功率、時間和壓力等條件對處理效果的影響,，并考察了等離子體處理效果的耐水洗性能和經(jīng)時效應(yīng),。
1 實(shí) 驗(yàn)
1.1材料與試劑
纖維材料：純棉織物坯布，19.5tex×19.5tex, 267.5（根/10cm）×267.5（根/10cm）,，退,、煮、漂,、絲光布,，無錫練漂廠,；白貓標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑（工業(yè)合成洗滌劑），上海紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所監(jiān)制,；C7F16,，Lancaster
公司，純度98%,。
1.2等離子體處理
本研究所用設(shè)備為GPT-3型等離子體處理儀（中央民族大學(xué)物理系研制）,，將原始樣品（5cm×10cm）置于等離子體處理儀中，抽真空至10Pa,，經(jīng)全氟庚烷氣體洗氣2-3次,，然后充入一定流量的全氟庚烷氣體達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需壓強(qiáng)，按實(shí)驗(yàn)所需條件處理織物,。
1.3 測試方法
1.3.1 接觸角
將織物樣品放在SL系列接觸角測定儀（上海衡平儀器儀表廠）的平臺上,，用微量注射器在樣品上滴5μl蒸餾水或色拉油，測量其接觸角,。在同一樣品上不同部位測量5次,取平均值,。
1.3.2 耐洗性
洗滌條件：標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑20g，低水位標(biāo)準(zhǔn)程序機(jī)洗,，80℃烘干30min,，每次洗滌后測接觸角，按所需要求重復(fù)5~6次,。
1.3.3潤濕時間
采用AATCC 79–1995標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試,， 0.1ml蒸餾水從5cm高處滴下，觀察織物潤濕時間,，分別測得織物五個不同部位的潤濕時間,，取平均值。
2 結(jié)果與討論
2.1氣化裝置的設(shè)計(jì)
因C7F16為長鏈飽和結(jié)構(gòu),，常溫下為液體,，故本文首先設(shè)計(jì)了一套液體氣化裝置，使液體轉(zhuǎn)化為氣體,，進(jìn)入等離子體處理儀,，以進(jìn)行下一步處理。C7F16沸點(diǎn)較低,，在真空條件下易氣化,，等離子體處理裝置相對較為簡單。我們設(shè)計(jì)了如圖１所示的液體汽化裝置與等離子處理儀相連接,。
通過調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器的電壓,，可以控制氣化裝置的加熱溫度，從而控制液體的氣化速率。此外,，通過調(diào)節(jié)1,、2、3號五個閥門還可以控制氣體進(jìn)入等離子體處理儀真空腔的流量大小,，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求,。
2.2處理?xiàng)l件的影響
除了氣體的種類以外還有很多因素可以影響等離子體的處理效果，放電的功率,、壓強(qiáng),、時間以及被處理物質(zhì)的表面性能等因素均可以對等離子體的處理效果產(chǎn)生影響。固體表面潤濕性大多數(shù)是用液滴的接觸角來說明的,。因此實(shí)驗(yàn)中分別在不同的實(shí)驗(yàn)條件處理棉織物樣品,，并通過分析水滴、油滴與處理后樣品的接觸角來研究處理效果與時間,、功率及壓強(qiáng)的關(guān)系,。
2.2.1 等離子體處理效果與壓強(qiáng)的關(guān)系
壓強(qiáng)反映了等離子體處理儀真空腔內(nèi)氣體的密度。因此,，在功率一定的條件下，壓強(qiáng)決定了單位時間內(nèi)產(chǎn)生的活性粒子的數(shù)量,。功率設(shè)定100W,，時間設(shè)定3min，在不同的壓力條件下對棉織物進(jìn)行等離子體處理,，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示,。
表1 等離子體處理棉織物的接觸角與處理壓強(qiáng)的關(guān)系
處理?xiàng)l件： C7F16，100W,，3min
表1反映了棉織物在經(jīng)過不同壓強(qiáng)處理后所具有的不同拒水拒油性能,。實(shí)驗(yàn)表明，未處理的棉織物無拒水拒油性,，水滴和油滴立即被吸收,，其接觸角為0o。處理壓強(qiáng)為15Pa時,，油和水與棉織物的接觸角的值分別提高為154.6
o和123o,。但隨著處理壓強(qiáng)從15Pa增加到50Pa，油和水與棉織物的接觸角的值略呈下降趨勢,。
出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是在開始階段,，即0Pa～15Pa之間，隨著壓強(qiáng)逐漸增大,，等離子體處理儀真空腔中的氣體密度增加,。因此電離產(chǎn)生的活性粒子的數(shù)目也越來越多，使得更多的含氟基團(tuán)接枝到棉織物表面。但是當(dāng)氣體壓強(qiáng)達(dá)到一定程度后,，由于在等離子體處理儀真空腔中氣體密度過大,，導(dǎo)致生成的活性粒子之間碰撞的幾率變大，活性粒子容易失活,，終導(dǎo)致接枝在棉織物表面的基團(tuán)減少,，從而影響其處理效果。這與我們以前的研究結(jié)果一致[9],。
2.2.2 等離子體處理效果與功率的關(guān)系
處理功率直接影響等離子體氣氛中活性粒子的豐度和能量大小,。隨著處理功率的增大，等離子氣氛中的活性粒子可獲得更高的能量水平,。我們固定時間和壓強(qiáng)來研究功率與等離子體處理效果的關(guān)系,，同時摸索*處理功率。設(shè)定時間為3min壓強(qiáng)為15Pa,，測定結(jié)果如表2所示,。
表2 等離子體處理棉織物的接觸角與處理功率的關(guān)系
處理?xiàng)l件： C7F16，15Pa,，3min
表2反映了棉織物在經(jīng)過不同功率處理后所具有的不同拒水拒油性能,。從圖中可以看出，功率為25W處理,，對水接觸角達(dá)到154.7 o,，隨著處理功率的增大，對水與棉織物接觸角的值影響并不大,。功率為25W和50W時,，雖然水接觸角可達(dá)140
o以上，但是對油的接觸角為0 o,，說明處理功率過低,，沒有拒油性能。對油的接觸角在150W時達(dá)到129.7 o,，然后接觸角值變化不大,。當(dāng)壓強(qiáng)固定為15Pa，即氣體密度為定值,，在一定的壓強(qiáng)條件下增加功率,，則等離子體氣氛中起表面改性作用的活性粒子數(shù)目有所增長，功率達(dá)到一定值后活性粒子數(shù)目可能已處于穩(wěn)態(tài)平衡,，繼續(xù)提高功率不會增加活性粒子數(shù)目,，故處理效果不會有明顯變化
[6]。
2.2.3 等離子體處理效果與時間的關(guān)系
我們在壓強(qiáng)為15Pa,、功率150W的條件下,，采用了不同的處理時間進(jìn)行實(shí)驗(yàn),。其結(jié)果如表3所示。
表3 等離子體處理棉織物的接觸角與處理時間的關(guān)系
處理?xiàng)l件： C7F16,，15Pa,，150W
表3反映了棉織物在經(jīng)過不同處理時間后所具有的不同拒水性能。實(shí)驗(yàn)表明,，時間為0.5分鐘時水的接觸角就可達(dá)到147.2o,，在時間從0.5min增加到10min的過程中，接觸角變化不是很明顯,。而油的接觸角則是隨著時間的增加逐漸增大,，處理時間3min以后，接觸角沒有明顯的變化,。
2.4等離子體處理效果的耐洗性
實(shí)驗(yàn)證明棉織物經(jīng)C7F16等離子體處理后其拒水拒油性顯著提高,。但為測其是否耐水洗，我們選擇了一塊經(jīng)過等離子體處理的棉織物,，并對其進(jìn)行了5次洗滌,。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。
表4 等離子體處理棉織物的接觸角與水洗次數(shù)的關(guān)系
處理?xiàng)l件：C7F16,，15Pa,，10min，150W
表4反映了棉織物在經(jīng)過不同水洗次數(shù)后拒水性能有所改變,。*次水洗后,，經(jīng)等離子體處理過的棉織物的拒水性有一定的下降，3次水洗后穩(wěn)定在同一水平上,。
水洗會洗去部分吸附在織物表面的C7F16自聚物，造成織物表面拒水性能的下降,。另外,，洗滌液中含有表面活性劑，雖經(jīng)多次清洗織物上仍可能殘留少量表面活性劑,，會造成織物表面親水性增加,，接觸角下降。但經(jīng)3次水洗后曲線趨向平穩(wěn),，處理效果趨向于穩(wěn)定,。
2.5 等離子體處理效果隨時間的衰變
潤濕時間即從水滴滴到織物表面到鋪展被吸收所用的時間。為了考察等離子體處理效果的時間效應(yīng),，我們對經(jīng)等離子體處理后的棉織物進(jìn)行了潤濕時間的測量,，時間間隔分別為1小時、6小時,、1天,、1周,，發(fā)現(xiàn)潤濕時間均為1小時以上。在1個月和45天后測量的潤濕時間也基本無變化,。
此外,，接觸角的測定也顯示同樣結(jié)果。隨機(jī)抽取3種條件下的處理樣品,，測定其接觸角,，結(jié)果如表5所示。
表5 放置時間對接觸角的影響
從表5可以看出,，45天后的測量平均值比初次測量平均值僅有微小的下降,。可見,，等離子體處理產(chǎn)生的拒水效果無衰減現(xiàn)象,。
3、結(jié)論
六氟丙烯等離子體處理能提高純棉織物的拒水拒油性能,?？椢飳λ慕佑|角可達(dá)到150 o以上，對油的接觸角可達(dá)到120 o以上,。在經(jīng)過水洗后,，經(jīng)等離子體處理過的純棉織物的拒水性有一定的下降，再經(jīng)過3次洗滌后則趨于平穩(wěn),。放置45天后等離子體處理效果基本沒有變化,。
參 考 文 獻(xiàn)
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