常壓等離子體輔助去除磷酸酯淀粉和聚乙烯醇混合漿料的研究.pdf

1、在紡織工業(yè)中，淀粉及其改性淀粉、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸酯是常用幾種漿料。上漿織物必須要經(jīng)過(guò)退漿工序來(lái)滿足后道加工（染色、印花和后整理）的要求。傳統(tǒng)的退漿是利用熱的燒堿溶液來(lái)完成退漿，但是這種方法產(chǎn)生的廢液pH值較高，且廢液必須經(jīng)過(guò)漂洗和中和，所以會(huì)造成水資源的大量浪費(fèi)，產(chǎn)生較高的能耗。據(jù)有關(guān)報(bào)道，紡織工業(yè)每年排放污水達(dá)到9億多噸。此外，過(guò)度的堿液退漿還會(huì)造成纖維的損傷。這對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，不符合當(dāng)今環(huán)保的要求，不利于紡織工業(yè)

2、的可持續(xù)發(fā)展。要徹底解決這個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)原有的紡織品后整理工藝路線進(jìn)行改進(jìn)。
　　 等離子體技術(shù)與傳統(tǒng)化學(xué)處理相比，不需要水和化學(xué)試劑，大大減少了環(huán)境污染和污水處理成本。它是一種環(huán)境友好型的技術(shù)，同時(shí)該處理方法不會(huì)對(duì)紡織品的主體性能產(chǎn)生影響。作為一種高效的表面改性技術(shù)，等離子體技術(shù)在紡織品預(yù)處理和退漿等方面的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。因此，將等離子體技術(shù)應(yīng)用到紡織工業(yè)的退漿過(guò)程中，不僅能大大減少化學(xué)藥品的用量和污水的排放，還能降低能耗

3、和減少用水量，具有重大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　　 然而，過(guò)去大量的研究主要集中在低壓等離子體對(duì)紡織品的處理方面。低壓等離子體需要一個(gè)昂貴的真空系統(tǒng)，這樣導(dǎo)致其不能對(duì)樣品進(jìn)行連續(xù)處理。與低壓等離子體相比，常壓等離子體不需要真空系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在線的連續(xù)化處理樣品。此外，常壓等離子體中的電子溫度要比低壓等離子體低得多。因此，常壓等離子體特別適合應(yīng)用到對(duì)溫度敏感的基體處理。同時(shí)，常壓等離子體處理能將大量的化學(xué)活性基團(tuán)引入到基體表面，進(jìn)而

4、改善基體的潤(rùn)濕性能、印染性能、粘結(jié)性能等。利用常壓等離子體處理紡織品時(shí)等離子體和紡織品之間的相互作用與低壓等離子的情況是不同的。在常壓下，尤其是噴射式常壓等離子體系統(tǒng)，等離子體是在一個(gè)噴頭中產(chǎn)生后向外噴射而形成等離子體射流，然后和被處理基體接觸完成處理過(guò)程。因此，噴頭與基體間距離、處理時(shí)間、氣體成份及流速等因素對(duì)處理效果有著顯著影響。此外，由于在常壓等離子體處理過(guò)程中，基體是置于外界大氣環(huán)境中，會(huì)吸收空氣中的水分而使材料具有一定的回潮率

5、。水分的存在使得等離子體和被處理基體間的相互作用變得更為復(fù)雜，對(duì)等離子體的處理效果產(chǎn)生一定的影響。
　　 等離子體退漿的研究大多集中在單一的漿料上（如PVA漿料），而對(duì)混合漿料及與傳統(tǒng)退漿方法相結(jié)合退漿的報(bào)道較少。因此本課題采用實(shí)驗(yàn)室中常壓等離子體射流(APPJ)裝置，從混合漿料膜到混合漿上漿織物系統(tǒng)地研究了常壓等離子體射流預(yù)處理對(duì)NaHCO3退漿、超聲波退漿相結(jié)合對(duì)織物退漿效果的影響，并探討了等離子體處理參數(shù)和織物含濕量對(duì)漿膜

6、刻蝕、表面形態(tài)的影響。通過(guò)一系列的表面分析測(cè)試方法，如掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)以及X射線光電子能譜(XPS)等表面形態(tài)和化學(xué)分析方法測(cè)試了經(jīng)等離子體處理前后，漿膜表面發(fā)生的物理和化學(xué)的變化。通過(guò)測(cè)量漿膜和上漿織物的刻蝕失重率及其退漿率來(lái)分析等離子體處理直接去除漿料和對(duì)后道退漿效果的影響。通過(guò)芯吸高度的變化來(lái)表征處理后織物的潤(rùn)濕性。
　　 首先，本文研究了He/O2常壓等離子體處理參數(shù)（時(shí)間、噴頭與薄膜距離

7、和流量）對(duì)磷酸酯淀粉和聚乙烯醇(PVA)混和漿料膜表面的刻蝕及形態(tài)的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)和氧氣流量的增加，漿膜的失重率、表面粗糙度和表面積增加，但處理時(shí)間超過(guò)45s后，失重率的增量放緩。隨著噴頭與漿膜距離的增加，漿膜的失重率、表面粗糙度和表面積先增加后減小。當(dāng)處理距離超過(guò)6mm，處理效果幾乎為0，而當(dāng)距離為2mm時(shí)，處理效果最佳。研究還發(fā)現(xiàn)，等離子體處理使得大量的含氧活性基團(tuán)引入到漿膜表面，提高了漿料的親水性。
　　

8、 其次，為了研究磷酸酯淀粉和聚乙烯醇(PVA)混和漿膜含濕量對(duì)等離子體處理的影響，三組漿膜分別在相對(duì)濕度為10％、65％和97％的環(huán)境中平衡24小時(shí)，對(duì)應(yīng)樣品的回潮率分別為3.2％、10.5％和79.2％，然后經(jīng)等離子體處理不同時(shí)間，研究漿膜含濕對(duì)等離子體刻蝕的影響。隨后研究了漿膜不同含濕量對(duì)等離子體退漿效果的影響。原子力顯微鏡(AFM)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)等離子體處理后，樣品表面的粗糙度值均有了明顯提高。隨著含濕量的增加，粗糙度呈現(xiàn)出先增

9、加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)處理環(huán)境的相對(duì)濕度從10％增加到65％時(shí)，漿膜表面粗糙度從16.01nm增加到16.62nm。當(dāng)處理環(huán)境相對(duì)濕度增加到97％時(shí)，漿膜表面粗糙度降低到13.59nm。失重率結(jié)果表明，隨著含濕量的增加，經(jīng)等離子體處理后，失重率增加，但與粗糙度結(jié)果相比，可以看出，在一定條件下，兩者并沒(méi)有直接的聯(lián)系，也就是說(shuō)等離子體處理過(guò)程中，高的刻蝕率不一定能產(chǎn)生較粗糙的基體表面。退漿結(jié)果顯示，隨著等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng)，所有樣品的退漿率增

10、加。并且，隨著含濕量的增加，退漿率是在降低的。當(dāng)在10％RH下處理，樣品經(jīng)過(guò)20min退漿的退漿率最大，達(dá)到96％左右。而當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到最大值97％時(shí)，樣品的退漿率最小，為90％左右。
　　 為了研究等離子體處理對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)退漿的影響，利用He/O2常壓等離子體射流(APPJ)對(duì)混合漿料上漿的織物進(jìn)行預(yù)處理，隨后在NaHCO3溶液中進(jìn)行退漿。AFM測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)等離子體處理后，上漿織物表面變得粗糙。未處理樣品和等離子體處理15s

11、、45s后，表面平均粗糙度分別為2.2，8.9和26.8nm，粗糙度均方根分別為2.8，11.4和33.1nm。XPS測(cè)試表明，經(jīng)等離子體處理后，上漿織物表面的化學(xué)成分發(fā)生了顯著變化。樣品表面的氧含量顯著增加，說(shuō)明大量的含氧活性基團(tuán)引入到表面，增加了漿料的親水性。退漿率結(jié)果顯示，等離子體預(yù)處理大大的提高了NaHCO3退漿的效率。隨著等離子體處理時(shí)間的增加，堿退漿率顯著增加。對(duì)于未經(jīng)等離子體處理的樣品，堿退漿率僅為77％，而經(jīng)等離子體處理

12、45s后，隨后進(jìn)行相同工藝的堿退漿，退漿率可以達(dá)到95％以上。同時(shí)，等離子體預(yù)處理可以在一定程度上減小堿退漿的溫度，并顯著地縮短堿退漿的時(shí)間。
　　 為了研究等離子體預(yù)處理對(duì)超聲波退漿的影響，利用等離子體對(duì)混合漿料上漿的織物進(jìn)行預(yù)處理，隨后在超聲波環(huán)境下進(jìn)行退漿。隨著等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng)，上漿織物表面的粗糙度增加，并且有大量的親水極性基團(tuán)引入到織物表面。退漿試驗(yàn)結(jié)果表明，僅僅使用超聲波，退漿效果基本沒(méi)有。但僅通過(guò)等離子體處理就

13、可在80℃下獲得大約95％退漿率。然而，等離子體與超聲波聯(lián)合退漿，可在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)較高的退漿率。經(jīng)等離子體處理50s后，再在60℃下經(jīng)20分鐘超聲波退漿，退漿率可達(dá)到98％以上，并且隨著等離子體處理時(shí)間的增加，超聲波退漿率增加。此外，與僅通過(guò)等離子體退漿的試樣相比，等離子體和超聲波聯(lián)合退漿的試樣的芯吸高度分別增加了9.7％，12.9％，15.1％和10.1％。芯吸高度的增加表明等離子體和超聲波聯(lián)合處理能夠有效去除棉織物表面的絕大部分

14、漿料，提高了退漿效率。
　　 在研究等離子體預(yù)處理對(duì)傳統(tǒng)去除磷酸酯淀粉和聚乙烯醇(PVA)混合漿料后，本論文又研究了等離子體處理對(duì)NaHCO3去除滌綸織物上聚丙烯酸酯漿料的影響。AFM測(cè)試結(jié)果表明，隨著等離子體處理時(shí)間的增加，聚丙烯酸酯漿料表面粗糙度顯著增加。對(duì)于未經(jīng)處理、35s處理和50s處理的薄膜，表面粗糙度(Ra)值分別為0.93，9.15和15.97nm。同時(shí)，漿料表面的氧含量也得到了大大提高，大量的親水性基團(tuán)C-O-H

15、、O=C-O在漿料表面生成，提高了聚丙烯酸酯漿料的親水性。失重率結(jié)果顯示，隨著等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng)，失重率增加。但當(dāng)處理時(shí)間超過(guò)50s后，失重率的增量放緩。退漿結(jié)果顯示，隨著氦/氧等離子體處理時(shí)間的增加，濕退漿的退漿率有了顯著提高。經(jīng)過(guò)65s的等離子體預(yù)處理，隨后在經(jīng)過(guò)5min的濕處理，退漿率可以達(dá)到99％以上。然而，在相同的濕退漿條件下，對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)處理的面料，退漿率僅有28％左右。此外，退漿率隨著退漿溫度和時(shí)間的增加而增大。等離