等离子体改性羊毛

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1、等离子体改性羊毛气体放电类型根据气体放电强度由弱到强的不同,放电的四种类型:汤生放电：当电压到达某一临界值时,极间气体被击穿,电流急剧上升,此时撤离外界电离剂仍能维持放电,这就是汤生放电,亦称自持放电;电晕放电：气体被强电场击穿,内阻降低,极间电压减小,产生较强烈的激发和电离,出现电极处较亮而周围昏暗的光晕,此过程为电晕放电;辉光放电：随着电功率加大,放电电流继续上升,辉光逐渐扩展到两极间的整个放电空间,即是辉光放电;弧光放电：若继续加大电压和放电电流,则放电发生质变,整个放电空间充满强烈的弧光和热,这种强烈放电称为弧光放电。Fig.1–SE

2、Mphotographsofwoolfabric(A)untreatedwoolfabricand(B)coronadischargetreated.与未处理羊毛织物相比，电晕放电处理过的毛织物表面鳞片显然更松弛；另外，可见裂缝和孔洞。这是由于气体等离子体轰击织物表面引起刻蚀而产生的，因此样品表面更粗糙。XPS分析X射线光电子能谱(XPS)是一种表面敏感的分析技术,其测试深度在样品表面3～5nm内,即在羊毛纤维鳞片的最外表皮层(约5nm厚)内.该分析技术能定性定量地提供样品表面的元素和基团信息羊毛S(2p)能谱图上的164eV峰、168eV

3、峰分别归属于S2+、S6+物质。未处理和电晕处理过的试样至少测量3个部位，分析面积1mm×1mm。根据C1s，O1s，N1s和S2p不同的结合能决定各自不同的束缚原子相对数量。Fig.2S(2p)spectraofuntreated(a)andplasmatreated(b)woolfabrics由图2可见,经低温等离子体处理后,羊毛的164eV峰基本消失,表明羊毛最外表皮层的胱氨酸基本氧化成S6+的氧化产物.Fig.3–XPSimages:overallscanofuntreated(A)andtreatedwoolsurfaces(

4、B).由图3看出电晕放电处理后氧密度峰比未处理的高很多。Table1:XPSanalysisofCorona-treatedwoolsampleincomparisontountreated处理后羊毛表面元素组成分析XPS分析深度小于10nm，所以上表只表明羊毛织物样品最外层的性能。高含量的碳原子是从羊毛纤维外层脂肪酸基团中获得的。含有氧原子是由于亲水基团的存在，氮是从位于F层下面的蛋白质中产生的，硫来自于蛋白质和脂肪酸的硫酯键以及羊毛上表皮蛋白质二硫键。从表面元素组成的分析数值可以看出，碳原子的量经等离子体处理后显著降低，而氧、氮原子增加。

5、同时硫原子的量基本保持恒定，不过硫的化学形式可能有所改变。Table2–QuantitativedataoftheXPScurves如图所示经电晕放电处理后O/C比率增加。经过处理羊毛表面含氧基团增加是处理的目的。改性机理空气等离子气体中存在的大量的氧气和氮气粒子形成羰基，羧基，羟基，氨基等基团，使纤维表面通过氧化，接枝和粘合，发生化学和物理变化。由于烃链氧化和最外层脂肪酸的去除，低温等离子体处理使羊毛表面发生化学变化，改善了羊毛纤维的加工和性能特征，处理效果随着处理时间、压力和等离子气体的状态不同而不同。改性机理处理的目的是引进亲水性基团，

6、例如-COOH,-OH和-NH2.当提高处理纤维表面的可湿性时，大多数情况是不可能直接从接触角的测量去决定纤维表面能。纺织品不规则的表面降低了较大的接触角数值的精确性，而较低的接触角的多孔渗水结构会立刻吸收液滴。这就是为什么纺织品或纤维的可湿性通常由吸收时间和芯吸这些间接方法来控制。氮等离子体处理对羊毛织物染色性的影响低温等离子体处理导致纤维表面的刻蚀，提高其亲水性和可湿性，在羊毛表面产生和引入新的活性基团。同时改善了上染率，缩短了到达染色平衡的时间。氮等离子体在羊毛表面引入新的-NH2基团，因此提高了染料使用效率。在氨基酸侧基及在多肽链末

7、端，通过氧化和接枝，提高含氧和氮功能团，它们对提高羊毛织物亲水性起重要作用，从而获得电晕处理织物很好的染液吸收性能。Fig.4–DyeingratecurvesofwoolfabricsFig.5–Dye-bathexhaustionduringthedyeingofuntreatedandCorona-treatedwoolfabricswithC.I.AcidBlue158inconcentrationof1%.羊毛防缩刻蚀加工条件改变羊毛纤维的摩擦性能。毛织物在水存在和机械搅动时的收缩（也叫毡缩）是因为羊毛纤维表面鳞片的存在。动力学上看

8、，最重要的物理性能是顺逆鳞片摩擦系数的差异造成（差微摩擦力）。从静态学角度，纤维表面的亲水性是最重要的。从物理学角度，等离子体防缩是由纤维间摩擦力的增加和差微摩擦力