基于常壓等離子體預(yù)處理技術(shù)的棉紗生態(tài)漿紗技術(shù)研究.pdf

1、禁用聚乙烯醇(PVA)等環(huán)境污染性漿料，利用淀粉類綠色漿料對棉紗進行上漿是生態(tài)漿紗技術(shù)的重要研究方向。但是淀粉類漿料單獨使用時往往會帶來漿膜脆硬、紗線不耐磨、織造時容易斷頭等問題，極大地影響了織造效率。而棉纖維由于其表面有一層拒水表皮層，使得棉紗不易潤濕，漿液向紗線內(nèi)部滲透困難。并且，隨著現(xiàn)代高速漿紗技術(shù)的發(fā)展，紗線在漿槽內(nèi)浸漿時間大大縮短，也對漿料的滲透和被覆效果提出了挑戰(zhàn)。
　　為了克服上述漿料、棉纖維和高速漿紗技術(shù)自身特性對

2、棉紗漿紗帶來的不利影響，實現(xiàn)利用淀粉類綠色漿料對棉紗（尤其是高支棉紗）進行生態(tài)漿紗的目標，本課題重點研究了利用氦氣/氧氣(He/O2)常壓等離子體(APP)對棉紗進行預(yù)處理，以提高棉纖維表面潤濕性和對漿料的粘結(jié)性，然后使用含有磷酸酯淀粉和甘油組分的綠色漿料對APP預(yù)處理過的紗線進行上漿的生態(tài)漿紗技術(shù)(Eco-friendly Sizing Technology，EFST)。課題的主要研究內(nèi)容包括:APP預(yù)處理改善原棉纖維表面潤濕性和對漿

3、液粘結(jié)性的基礎(chǔ)理論、棉纖維回潮率（含水率）對APP處理棉紗效果的影響規(guī)律、基于APP預(yù)處理和綠色漿料使用的EFST生態(tài)漿紗技術(shù)以及APP漿前預(yù)處理對織物前處理及染色性能的影響等。
　　首先，本課題研究了APP預(yù)處理工藝條件對棉纖維潤濕性能的影響。APP不但可以轟擊棉纖維表面產(chǎn)生物理濺射和化學(xué)刻蝕作用從而破壞纖維的疏水表皮層，而且同時在纖維表面生成自由基，引發(fā)等離子體植入官能團反應(yīng)，在纖維表面植入羥基(C-OH)、羧基(COOH)和

4、羰基(C=O)等極性基團，顯著地提高其表面能，增強其潤濕性，使其潤濕時間從幾個小時減小到0.8秒甚至更小，表面接觸角從140°左右降低到0°。棉纖維表面粗糙程度和潤濕性隨著APP處理條件的改變而變化。當其它條件不變，等離子體噴頭到纖維之間的距離(Jetto the Substrate Distance，JTSD)從2毫米減小到0.5毫米時，纖維表面粗糙程度逐漸變大;棉纖維潤濕時間隨著APP處理時間和O2流量的增加而減小，隨著JTSD的增

5、大而提高。APP處理后棉織物的潤濕性在24小時內(nèi)沒有顯著的變化，這主要因為原棉纖維的拒水表皮層已經(jīng)受到等離子體的刻蝕、氧化而被破壞，表面被植入大量的親水性基團所造成的。
　　其次，本課題研究了APP預(yù)處理條件對棉紗與磷酸酯淀粉漿料之間的漿液粘附力及漿紗斷裂伸長率的影響。研究結(jié)果表明，棉紗漿液粘附力和漿紗斷裂伸長率的大小受棉纖維表面粗糙度和潤濕性能的重要影響，棉纖維表面越粗糙，潤濕性能越好，漿液粘附力和漿紗斷裂伸長率越大。這是因為A

6、PP對纖維表面的粗糙化改性不但能賦予其“機械鎖合效應(yīng)”，增強漿料對纖維的抱合力，而且還能夠增加漿料和纖維表面的有效接觸面積，在它們之間產(chǎn)生更多的范德華力;纖維表面引入的極性基團如羥基、羧基和羰基，不但使?jié){料更容易滲入到紗線內(nèi)層，增加漿料和纖維之間的接觸面積，而且可與漿料大分子形成氫鍵結(jié)合，進一步提高它們之間的結(jié)合力，進而提高漿液粘附力和上漿率。棉纖維表面粗糙度隨著APP處理時間以及O2流量的增大先增大而后略有降低，隨著JTSD的減小而增

7、大;其潤濕能力隨著APP處理時間的延長而逐漸提高。在上述規(guī)律的綜合影響下，棉粗紗的漿液粘附力和漿紗斷裂伸長率隨著APP處理時間和O2流量的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，隨著JTSD減小呈現(xiàn)變大的趨勢。在優(yōu)化的APP處理條件下，棉粗紗的漿液粘附力和斷裂伸長率可分別提高59％和36％。APP預(yù)處理能有效糙化棉纖維表面，提高棉紗的潤濕能力、漿液滲透能力、漿液粘附力以及漿紗斷裂伸長率。
　　本課題還重點研究了不同回潮率（含水率）對棉纖維受APP

8、處理后其潤濕性和漿液粘結(jié)性能的影響。結(jié)果顯示，當棉纖維回潮率較小(0.5％)時，其等離子體表面刻蝕效果較好，在纖維表面出現(xiàn)了大量的近似圓形的、粒徑大約為0.5微米左右的微粒;XPS分析證實更多的極性基團如羥基、羧基和羰基被引入到纖維表面，從而使棉紗具有更好的潤濕性能、漿液滲透性和更高的漿液粘附力，漿液沿其橫截面圓周向紗線內(nèi)部滲透更均勻。當回潮率（含水率）較大(9.3％、26.4％)時，由于棉纖維拒水表皮層的存在，其表面存在的大量水分消耗

9、了等離子體粒子的能量，從而使得APP處理效果變差，導(dǎo)致棉纖維的刻蝕程度、棉紗的潤濕性能、漿液滲透性和漿液粘附力變小，漿液在棉紗受APP處理的一側(cè)滲透較深，沿圓周向里滲透不均勻。
　　在以上理論研究的基礎(chǔ)上，本課題設(shè)計了一種生態(tài)漿紗工藝，即先利用APP預(yù)處理技術(shù)提高棉纖維的潤濕性和其與漿液的粘附力，然后利用含有磷酸酯淀粉和甘油組分的綠色漿料對棉紗上漿。研究結(jié)果表明，與常規(guī)的使用PVA1799和磷酸酯淀粉上漿的傳統(tǒng)漿紗技術(shù)（Tradi

10、tional Sizing Technology，TST）相比，EFST生態(tài)漿紗技術(shù)能夠賦予高支棉紗更好的漿紗質(zhì)量，如顯著提高的上漿率、漿紗斷裂強度、漿紗斷裂伸長率、耐磨次數(shù)以及更為有效的漿紗毛羽抑制率。與典型的使用30％PVA1799和70％磷酸酯淀粉的配方漿料上漿的TST傳統(tǒng)漿紗技術(shù)相比，EFST生態(tài)漿紗技術(shù)可以使?jié){紗上漿率、漿紗斷裂強度、漿紗斷裂伸長率、耐磨次數(shù)分別提高19.4％、5.3％、3.4％和169.2％，使1毫米毛羽指數(shù)

11、值降低59.3％。APP預(yù)處理可以使各漿紗質(zhì)量指標得到明顯改善，綠色漿料配方中的甘油組分能夠有效貼服毛羽，提高漿紗耐磨次數(shù)和上漿率。NaOH退漿實驗表明，EFST生態(tài)漿紗技術(shù)對退漿效果沒有不利影響，反而會提高漿紗織物的潤濕性和滲透性。
　　最后，本課題利用兩種前處理工藝，即使用淀粉酶INVAZYME(@)ADC退漿、精練酶KDN301精練、H2O2漂白的綠色前處理工藝和使用NaOH退漿、精練劑204精練、H2O2漂白的傳統(tǒng)前處理工

12、藝，來研究漿前APP預(yù)處理的生態(tài)漿紗技術(shù)對織物的前處理效果和染色性能的影響。實驗結(jié)果表明，漿前APP預(yù)處理試樣與非預(yù)處理試樣相比，具有更好的前處理效果和染色性能，其漿料、果膠、蠟質(zhì)及其它雜質(zhì)去除更為有效、徹底;同樣處理條件下得到的棉織物具有較高的失重率、潤濕能力、白度值、上染速率、最終上染率以及較高的表觀顏色深度K/S值;各試樣勻染性指數(shù)RUI介于0.2和0.49之間，表明都具有較好的勻染性;干、濕耐摩擦色牢度分別為3～4級、2～3級，

13、未發(fā)現(xiàn)APP預(yù)處理對勻染性和摩擦色牢度的明顯影響。
　　研究還發(fā)現(xiàn)，漿前APP預(yù)處理的試樣使用常規(guī)前處理工藝處理時，即使省去精練過程，其前處理效果和染色性能、染色質(zhì)量能達到未APP預(yù)處理試樣經(jīng)過NaOH退漿、精練劑精練、H2O2漂白全部過程后的水平;當使用綠色前處理工藝處理時，其前處理效果和染色性能、染色質(zhì)量等也能達到未預(yù)處理試樣經(jīng)過退漿、精練、漂白傳統(tǒng)工藝前處理后的水平。這充分說明，使用綠色和傳統(tǒng)兩種前處理工藝都能得到較好的前處