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采用等离子体处理改善纺织材料的亲水亲油性 低温等离子体技术改善纺织材料的亲水亲油性 徐敏东 1引言 低温等离子体是指部分或全部离子化的气体，包括电子、离子、自由基 和光子等高能活性成分。通常，在等离子体聚合或等离子体改性中使用的是 辉光放电。在低温等离子体中，电子和离子的能量状态往往用电子温度和离 子温度表示。当高温电子在常温或接近常温的气体中飞行时,电子温度与离 子温度间的平衡关系不成立，即电子温度大于离子温度，因此，低温等离子体 又称为非平衡态等离子体。低温等离子体可兼备使分子、原子有效激发而 乂保存物质分子不被损坏的特点，在材料表面性能被改善的同时基体性能 不受影响。并且通过适当选择形成等离子体的气体种类和等离子体化学条 件，能够对材料表面面层的化学结构和物理结构进行目的性改性，实现传统 化学反应所不能实现的反应。 低温等离子体的主体温度接近室温，因此可以安全地作用于纺织面料 的表面处理。实验表明，常压辉光放电等离子体处理可以同时提高织物对 亲水和憎水流体的吸收速率。 2实验 2.1等离子体处理 面料试样在一个连续的稳定的常压辉光放电低温等离子体反应堆中 进行处理。如图1。 2.2亲水性 吸水性的测量参照了 AATCC39-1971屮的测试，整个处理过程在处理 后的30分钟内。一滴37 u I的蒸馏水放置在积为3.79cm2的测试区中心。 织物被一个框架固定以避免与任何表面接触。在测试区域中记录水滴的铺 展时间 2.3亲油性 同吸水性，将一滴37 u I的芥菜籽油放置在面积为3.79cm2的测试区 中心。织物被一个框架固定以避免与任何表谢接触。在测试区域中记录水 滴的铺展时间。 2.4衰减全反射红外光谱分析 在处理后的4小时内，未经等离子体处理和已被处理过的织物的衰减 全反射红外光谱被记录下来。采用在2928cm-lC-H伸缩振动峰对尼龙-6在 3295cm-l 和在 1633cm-l 处的吸收峰进行规格化；用在 1241cm-lC-C的伸缩振动峰对涤纶内部羰基在1712 cm-1处的吸收峰 进行规格化。 2.5表面描述 SEM 对未经等离子体处理和经过60秒氦等离子体处理的织物表面形态采 用扫描电子显微镜将纳米尺度的表面特征以35000的扩大倍率予以展现。 AFM 对未经等离子体处理和经过60秒氦等离子体处理的尼龙及涤纶织物 采用原子力显微镜进行观察。 图3涤纶长丝表侧面原子力显微图（a.未经处理b.60秒氦等离子体 处理）图4尼龙长丝表侧妞原子力显微图（a.未经处理b.60秒氦等离 子体处理） 3结论 3.1亲水性 由表1，在尼龙试样中，水滴在3.79cm2的测试区域中完全铺展用时 540秒，而在经过氦等离子体处理60秒的试样上仅用时1.1秒。 表1 同样，水滴在未经处理的涤纶织物测试区域上完全铺展用时700秒， 而在经过氦等离子体处理60秒的试样上仅用时6.7秒。 3.2亲油性 由表2,在所有经等离子体处理后的织物中，其亲油性较原来有很大 的提高，与亲水性测试的规律如出一辙（作者此处用“冇趣” 一词来表达 他的意外）。对于未经等离子体处理和经60秒氦等离子体处理过的尼龙织 物上，油滴在面积为3.79cm2大小的测试区域中完全铺展所用时间从152 秒变为52秒，相同的结果也可以从氩、氧和混合空气等离子处理后的尼 龙织物看到。与尼龙相类似，对于未经等离子体处理和经60 秒氦等离子体处理过的涤纶织物上，油滴在面积为 3.79cm2大小的测试区域屮完全铺展所用时间从28.6分钟变为2.8分 钟。 4讨论 在自然界屮，棉属于亲水性物质。因此，由其化学性质可以预见油滴 在其织物上的铺展会很缓慢。然而，从表2中可以看到，油滴较易在棉织 物上铺展。这样的结果表明了，无论是水还是油的铺展取决于材料的结构。 棉的质地较粗糙且有天然转曲，从而有助于流体的芯吸作用。 从SEM和AFM的结果，如图1、2、3、4,可以看到未经处理的尼龙 和涤纶长丝表面都较为平滑，而经过60秒氦等离子体处理后，它们的表 面特征发生了敁著变化，形成了类似山丘和山谷状的坑洼表衙。其中尼龙 的变化更为明显，这可能是由于两者间结晶度的差异。 由原子力显微镜下的图像可以看到两种处理后的试样垂直方向和水 平方向上的纹理。作者认为， 这些在垂直方向及水平方向上微尺 度的小通道是经等离子体处理后织物亲水亲油性提高的重要因素，正 是其毛细管作用改善了织物的亲水亲油性（当然，我也是这样认为）。与 此相比，织物因等离子体处理后引入极性基团对其自身亲水亲油性的影响 显得微乎其微，尽管在作者的实验中，织物因等离子体处理的确发生了一 定的化学变化，但作用较小，且无法解释为何经等离子体处理后织物的亲 水亲油性均得到提高，因此在此对衰减全反射红外光谱分析不做赘述。 由于织物经等离子体处理的