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)過退漿工序來滿足后道加工（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)過漂洗和中和，所以會造成水資源的大量浪費，產(chǎn)生較高的能耗。據(jù)有關(guān)報道，紡織工業(yè)每年排放污水達到9億多噸。此外，過度的堿液退漿還會造成纖維的損傷。這對環(huán)境造成了嚴重的污染，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。要徹底解決這個問題，需要對原有的紡織品后整理工藝路線進行改進。
　　 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)，同時該處理方法不會對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)濟效益。
　　 然而，過去大量的研究主要集中在低壓等離子體對紡織品的處理方面。低壓等離子體需要一個昂貴的真空系統(tǒng)，這樣導(dǎo)致其不能對樣品進行連續(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)用到對溫度敏感的基體處理。同時，常壓等離子體處理能將大量的化學(xué)活性基團引入到基體表面，進而

4、改善基體的潤濕性能、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程。因此，噴頭與基體間距離、處理時間、氣體成份及流速等因素對處理效果有著顯著影響。此外，由于在常壓等離子體處理過程中，基體是置于外界大氣環(huán)境中，會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），而對混合漿料及與傳統(tǒng)退漿方法相結(jié)合退漿的報道較少。因此本課題采用實驗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NaHCO3退漿、超聲波退漿相結(jié)合對織物退漿效果的影響，并探討了等離子體處理參數(shù)和織物含濕量對漿膜

6、刻蝕、表面形態(tài)的影響。通過一系列的表面分析測試方法，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。通過測量漿膜和上漿織物的刻蝕失重率及其退漿率來分析等離子體處理直接去除漿料和對后道退漿效果的影響。通過芯吸高度的變化來表征處理后織物的潤濕性。
　　 首先，本文研究了He/O2常壓等離子體處理參數(shù)（時間、噴頭與薄膜距離

7、和流量）對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)隨著處理時間的延長和氧氣流量的增加，漿膜的失重率、表面粗糙度和表面積增加，但處理時間超過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6mm，處理效果幾乎為0，而當(dāng)距離為2mm時，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)混和漿膜含濕量對等離子體處理的影響，三組漿膜分別在相對濕度為10％、65％和97％的環(huán)境中平衡24小時，對應(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間，研究漿膜含濕對等離子體刻蝕的影響。隨后研究了漿膜不同含濕量對等離子體退漿效果的影響。原子力顯微鏡(AFM)測試結(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。當(dāng)處理環(huán)境的相對濕度從10％增加到65％時，漿膜表面粗糙度從16.01nm增加到16.62nm。當(dāng)處理環(huán)境相對濕度增加到97％時，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，兩者并沒有直接的聯(lián)系，也就是說等離子體處理過程中，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間的延長，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20min退漿的退漿率最大，達到96％左右。而當(dāng)相對濕度達到最大值97％時，樣品的退漿率最小，為90％左右。
　　 為了研究等離子體處理對傳統(tǒng)化學(xué)退漿的影響，利用He/O2常壓等離子體射流(APPJ)對混合漿料上漿的織物進行預(yù)處理，隨后在NaHCO3溶液中進行退漿。AFM測試結(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，說明大量的含氧活性基團引入到表面，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間的增加，堿退漿率顯著增加。對于未經(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，隨后進行相同工藝的堿退漿，退漿率可以達到95％以上。同時，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間。
　　 為了研究等離子體預(yù)處理對超聲波退漿的影響，利用等離子體對混合漿料上漿的織物進行預(yù)處理，隨后在超聲波環(huán)境下進行退漿。隨著等離子體處理時間的延長，上漿織物表面的粗糙度增加，并且有大量的親水極性基團引入到織物表面。退漿試驗結(jié)果表明，僅僅使用超聲波，退漿效果基本沒有。但僅通過等離子體處理就

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，退漿率可達到98％以上，并且隨著等離子體處理時間的增加，超聲波退漿率增加。此外，與僅通過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NaHCO3去除滌綸織物上聚丙烯酸酯漿料的影響。AFM測試結(jié)果表明，隨著等離子體處理時間的增加，聚丙烯酸酯漿料表面粗糙度顯著增加。對于未經(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，漿料表面的氧含量也得到了大大提高，大量的親水性基團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間的延長，失重率增加。但當(dāng)處理時間超過50s后，失重率的增量放緩。退漿結(jié)果顯示，隨著氦/氧等離子體處理時間的增加，濕退漿的退漿率有了顯著提高。經(jīng)過65s的等離子體預(yù)處理，隨后在經(jīng)過5min的濕處理，退漿率可以達到99％以上。然而，在相同的濕退漿條件下，對于沒有經(jīng)過預(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間的增加而增大。等離