專利名稱：等離子體噴槍改進紡織品材料親水性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紡織材料的處理方法，具體地說是一種等離子體 噴槍改進紡織品材料親水性的方法。
技術(shù)背景我國是紡織大國，紡織品處理中目前仍以濕加工為主，這不僅消 耗了大量用水，使得水資源更加緊張，而且?guī)砦鬯墓?。大量?織污水的排放直接危脅著人民的身心健康，治理這些污水的費用和科研投入自然也變成了經(jīng)濟發(fā)展過程中所必須消耗的成本。近20多年 來，人們逐漸發(fā)現(xiàn)利用干式反應(yīng)法(等離子體輻照、粒子束輻照)不 但節(jié)水節(jié)能、環(huán)境污染小，而且操作簡單、易于控制、不破壞纖維自 身的性質(zhì)，因此干式方法越來越受到人們的重視。在紡織領(lǐng)域，織 物的上漿和退漿、麻的脫膠、織物的防縮、織物的扎光、合成纖維的 親水化、織物的阻燃性能改進、織物的防靜電性能的改進等均可以用 等離子體輻照和粒子束(包括離子、電子、紫外線、X射線和Y射線 等)輻照方法處理，而且也都取得了許多可喜的進展。然而，目前研 究輻照方法(等離子體輻照、粒子束輻照)作用于紡織品材料的工作 基本上還處于應(yīng)用階段，尚未見到比較深入的綜合研究機理的報道。 譬如輻射因素作用紡織品表面后各種物理和化學過程的研究，包括輻 射作用物質(zhì)10久10—9秒以內(nèi)各種物理和化學反應(yīng)的機理問題在目前 的文獻中并無報道。研究者認為在各種干化學方法中，等離子體輻照 材料改性是一種綜合效應(yīng)，其中離子、自由基、原子和分子基團、X 射線、紫外線、可見光等都在起作用。這樣，人們得到的化學組分不 是一種條件下的化學反應(yīng)，而是等離子體條件下的化學反應(yīng)。在這種 反應(yīng)中，等離子體中的離子和電子起到了非常關(guān)鍵作用，同一種材料 在受不同元素的氣體等離子體放電影響后所造成的改性有比較大的 差別。但對低溫等離子體而言離子的溫度又比較低，離子的作用比較弱，離子是如何在反應(yīng)中發(fā)揮作用的還有待人們進行深入的研究。因 此，對等離子體作用高分子聚合物的原初過程進行研究，重點研究等 離子體作用高分子聚合物時的原初作用過程和原初作用過程中各個 時間尺度下的成分變化及改性結(jié)果，對揭示等離子體條件下的反應(yīng)機 理是有裨益的。這方面目前國內(nèi)外的研究并不深入，若能取得突破， 將有助于研究清楚等離子體與高分子聚合物相互作用的機理問題，對 生產(chǎn)實踐產(chǎn)生指導作用，促進科研成果產(chǎn)業(yè)化。除了綜合機理沒有深 入研究外，目前人們對一些具體現(xiàn)象的機理研究也并不深入，非常典 型的2個例子就是輻射作用于紡織品親水性的即時效應(yīng)問題和輝光 放電作用于羊毛防縮的機理問題。在紡織品中，滌綸的使用量是最大的。而滌綸本身由于表面分子 結(jié)構(gòu)的特殊性，其親水性較差，人們不得不加入PVA上漿，這就會帶來環(huán)境污染問題。目前，國際上已經(jīng)禁止使用PVA，比較普遍的做法是代之以淀粉上漿。為了提高上漿效果，科技人員采用各種物理和化學的手段對滌綸的親水性進行改進，比如Y射線輻照法、等離子體法輻照法、紫外線輻照法等。生產(chǎn)實踐和科學實驗均證明這些方法會 對親水性有很好的改進，如等離子體輻照可以使滌綸的親水性顯著提 高，但是這種親水性卻隨著時間推移而逐漸退化，也就是等離子體作 用紡織品后存在親水性的"即時效應(yīng)"問題(也稱"經(jīng)時效應(yīng)"、"時 效性")，使上漿工作必須在滌綸的親水性還較好時進行，給生產(chǎn)實 踐帶來不少困難，滌綸的使用范圍也受到了局限。不僅滌綸受等離子 體作用后存在"即時效應(yīng)"問題，科研人員在等離子體處理棉紡織物 表面改性、聚碳酸酯材料表面改性、羊毛表面改性、碳纖維表面優(yōu)化 中均發(fā)現(xiàn)了有"即時效應(yīng)"存在。綜合已有的研究，可以肯定的是"即 時效應(yīng)"是一種普遍存在的效應(yīng)。因此深入研究"即時效應(yīng)"有重大 意義。目前一般采用的改善時效性的有效措施是等離子體接枝(graft) 改性。欲對高分子聚合物表面改性，首先要求在材料表面形成有一定 面密度的活化中性，研究"即時效應(yīng)"的途徑依賴于先研究高分子材料等離子體改性時或改性后在高分子上發(fā)生的化學反應(yīng)及反應(yīng)機理。 因此，本項目旨在在原有研究基礎(chǔ)上從自身條件出發(fā)對等離子體作用 于紡織品后的親水性問題進行深入細致的研究，著重研究等離子體作 用紡織品引起親水性的原初過程和原初過程中各個時間尺度下的成 分變化和結(jié)果、不同等離子體參數(shù)下紡織品表面接枝的效果，探究普 遍性規(guī)律和合適的解決"即時效應(yīng)"的方法，以期明確等離子體作用 于高分子聚合物后的親水性機理，提出改進高分子聚合物親水性和減 弱或消除"即時效應(yīng)"的方法，為等離子體技術(shù)應(yīng)用在紡織品處理上 奠定理論基礎(chǔ)和應(yīng)用方法。等離子體作用于高分子聚合物后親水性機 理和"即時效應(yīng)"問題的解決，將有利于等離子體技術(shù)在紡織品處理 上的應(yīng)用，提高紡織品質(zhì)量，提升技術(shù)含量。該技術(shù)的突破將以干式 反應(yīng)代替濕加工，同時對節(jié)水和環(huán)境保護也有較大貢獻，將為我國的 國民經(jīng)濟發(fā)展起到重要的作用。在親水性領(lǐng)域，目前文獻上得到的無 "即時效應(yīng)"的結(jié)果較少，大部分的設(shè)備(輝光放電，電暈放電等) 輻照織物后親水性在幾天內(nèi)基本上就會減弱甚至消失。目前有一種方 法是使用含氟氣體，且在真空狀態(tài)下工作，從環(huán)保和產(chǎn)業(yè)化來講是不 利的。目前等離子體設(shè)備輻照紡織品普遍存在2個弱點， 一是很大一 部分等離子體設(shè)備都是在真空狀態(tài)下工作，非常不利于對大面積紡織 品的輻照，二是即便輻照后有比較好的結(jié)果，但存在時效性(也叫經(jīng) 時效應(yīng)，即時效應(yīng)或及時效應(yīng))，即織物被輻照后隨著放置時間延長， 輻照后獲得的特性逐漸減弱或消失。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種等離子體噴槍 改進紡織品材料親水性的方法，它能夠改進紡織品材料的親水性和減 弱或消除"即時效應(yīng)"，提高紡織品質(zhì)量。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的它是將紡織品材料在常壓下， 通過低溫等離子體噴槍裝置進行輻照誘變得到的。其中所述的紡織品材料為棉、麻、羊毛和合成纖維。其中所述的低溫等離子體噴槍裝置包括一個接地裝置，接地裝置中間設(shè)有一個石英管，石英管與接地裝置之間形成等離子體區(qū)，石英 管內(nèi)裝有高壓電極，石英管的上端與進氣系統(tǒng)連接。 本發(fā)明的基本原理使用等離子體噴槍技術(shù)對材料親水性進行改性。 本系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、等離子體噴槍系統(tǒng)、輻照靶位構(gòu)成。 電源控制等離子體噴槍系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生等離子體，進氣系統(tǒng)向等離子體噴 槍內(nèi)供入大于l個大氣壓的氣體，氣體將等離子體噴出，噴出的等離 子體焰作用于靶位上的織物，實現(xiàn)對織物的親水性改性。以前發(fā)現(xiàn)等 離子體作用紡織品后親水性效果較好，但隨時間推移，親水性逐漸變 差，這就是"即時效應(yīng)"。根本原因是親水基團發(fā)生了變化，或者是 親水基團發(fā)生了向里反轉(zhuǎn)，或者是親水基團不穩(wěn)定。本噴槍方法能夠 抑制這種"即時效應(yīng)"，原理上是紡織品表面獲得了比較穩(wěn)定的親水 基團，這表明這種方法與傳統(tǒng)等離子體處理方法有著很大的不同。電 源系統(tǒng)是采用脈沖高壓技術(shù)，最大輸出電壓為25kV (空載)以上，最大電流600mA以上，額定功率最大600W以上。進氣系統(tǒng)是有工 作載氣(一般是采用Ar氣)可以混入其它任何反應(yīng)氣體，由氣瓶、 氣體減壓閥、氣體流量計構(gòu)成。當氣體在圓柱形內(nèi)電極和圓筒形外電 極之間通過時得到擊穿電離形成冷等離子體，該冷等離子體在氣體壓 力下通過噴口向外噴出。氣體既可以是純載氣，也可以是混合氣體。 各類氣體流速一般為20升/分鐘，其具體范圍視工作要求而定。等離 子體噴槍系統(tǒng)由內(nèi)高壓電極、圓筒形外電極和石英管介質(zhì)構(gòu)成。噴出 等離子體束流的長度決定于放電功率、放電頻率和氣體流量。靶位是 可以放置織物的平臺，可以是金屬的，也可一是絕緣的，它可以托著 織物滾動。本發(fā)明利用等離子體噴槍對材料親水性進行改性，輻照環(huán)境為 常壓狀態(tài)，從而有利于安排織物的位置和運動；輻照的等離子體溫 度較低，不會對織物有大的破壞，能夠有效解決"即時效應(yīng)"問題， 在干法處理紡織品領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以促進以干式反應(yīng)代替濕加 工，同時對節(jié)水和環(huán)境保護也有較大貢獻，將為我國的國民經(jīng)濟發(fā)展起到重要的作用。


圖1是整個輻照方法的示意圖。圖2是低溫常壓等離子體噴槍系統(tǒng)示意圖。l是電源系統(tǒng)，2是進氣系統(tǒng)，3是放電系統(tǒng)，4是等離子體區(qū)，5是 靶位和織物系統(tǒng)，6接進氣系統(tǒng)，7是高壓電極，8是石英管，9是等 離子體區(qū)，IO接地裝置。
具體實施方式
實施例1將棉在常壓下，通過低溫等離子體噴槍裝置進行輻照誘變得到 的。其中所述的低溫等離子體噴槍裝置包括一個接地裝置，接地裝置 中間設(shè)有一個石英管，石英管與接地裝置之間形成等離子體區(qū)，石英 管內(nèi)裝有高壓電極，石英管的上端與進氣系統(tǒng)連接。在輻照誘變時用 單一用氬氣實現(xiàn)過對棉的親水性改進，親水性效果明顯。輻照時間為 1分鐘，0.1毫升蒸餾水滴到棉表面后全部散開時間開始只有幾秒， 幾分鐘后始終保持在45秒左右，直到半年后仍維持45秒左右的效果， 一年(具體放置時間422天)后為300秒的親水時間。 實施例2將羊毛在常壓下，通過低溫等離子體噴槍裝置進行輻照誘變得到 的。其中所述的低溫等離子體噴槍裝置包括一個接地裝置，接地裝置 中間設(shè)有一個石英管，石英管與接地裝置之間形成等離子體區(qū)，石英 管內(nèi)裝有高壓電極，石英管的上端與進氣系統(tǒng)連接。在輻照誘變時用 單一用氬氣實現(xiàn)過對羊毛的親水性改進，親水性效果明顯。輻照時間 為2分鐘/厘米，0.1毫升蒸餾水滴到羊毛表面后全部散開時間開始只 有幾秒，幾分鐘后始終保持在10幾秒左右，若干天后仍維持10幾秒 左右的效果。 實施例3前述步驟同實施例2，單方向點輻照，輻照時間為5分鐘/點，連 續(xù)對5厘米長度上進行輻照，輻照總時間30分鐘，0.1毫升蒸餾水滴到羊毛表面后全部散開時間開始只有l(wèi)一2秒，若干天后仍維持l一2秒左右的效果。實施例4將滌綸在常壓下，通過低溫等離子體噴槍裝置進行輻照誘變得到 的。其中所述的低溫等離子體噴槍裝置包括一個接地裝置，接地裝置 中間設(shè)有一個石英管，石英管與接地裝置之間形成等離子體區(qū)，石英 管內(nèi)裝有高壓電極，石英管的上端與進氣系統(tǒng)連接。在輻照誘變時用 單一用氬氣實現(xiàn)過對滌綸的親水性改進，親水性效果明顯。單一用氬 氣實現(xiàn)過對棉的親水性改進，親水性效果明顯。單方向點輻照，輻照時間為5分鐘/點，連續(xù)對5厘米長度上進行輻照，輻照總時間30分 鐘，0.1毫升蒸餾水滴到滌綸表面后全部散開時間開始只有1—2秒， 若干天后仍維持IO幾秒左右的效果。以上實施例表明這種改進親水性的方法對抑制"即時效應(yīng)"是非 常有效的。
權(quán)利要求
1. 一種等離子體噴槍改進紡織品材料親水性的方法，它是將紡織品材料在常壓下，通過低溫等離子體噴槍裝置進行輻照誘變得到的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體噴槍改進紡織品材料親水性 的方法，其中所述的紡織品材料為棉、麻、羊毛和合成纖維。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體噴槍改進紡織品材料親水性 的方法，其中所述的低溫等離子體噴槍裝置包括一個接地裝置，接地 裝置中間設(shè)有一個石英管，石英管與接地裝置之間形成等離子體區(qū)， 石英管內(nèi)裝有高壓電極，石英管的上端與進氣系統(tǒng)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紡織材料的處理方法，具體地說是一種等離子體噴槍改進紡織品材料親水性的方法。它是將紡織品材料在常壓下，通過低溫等離子體噴槍裝置進行輻照誘變得到的。其中所述的低溫等離子體噴槍裝置包括一個接地裝置，接地裝置中間設(shè)有一個石英管，石英管與接地裝置之間形成等離子體區(qū)，石英管內(nèi)裝有高壓電極，石英管的上端與進氣系統(tǒng)連接。本發(fā)明能夠有效解決紡織品親水性的“即時效應(yīng)”問題，可以促進以干式反應(yīng)代替濕加工，同時對節(jié)水和環(huán)境保護也有較大貢獻，將為紡織品材料質(zhì)量的提高起到重要的作用。
文檔編號D06M10/00GK101265659SQ20081004722
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者瑜 吳, 王守國, 胡毓華, 許明耀, 陳飛明 申請人:武漢科技學院