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沈麗 戴瑾瑾 （東華大學化學與化工學院）


在我國，棉紡織物一直是人們日常衣著面料的重要組成部分。但隨著人們生活水平的日益提高，人們對棉紡織物的防水抗污也有了一定的要求。以往對于棉紡織物的拒水拒油處理，一般采用的是含氟樹脂整理[1～２]。近，利用氟碳化合物等離子體處理對織物進行拒水拒油整理的方法引起了人們的關注[3～4]。低溫等離子體處理屬于干加工，如果能夠廣泛用于染整加工，不但有良好的經濟效益，而且還可以解決以往濕加工所帶來的污水公害問題。

可用作等離子體處理氣氛的有多種氣體，常見的有O2，N2，Ar等。有人為提高織物的拒水性能，用CF4等離子體處理了一些常見纖維如聚酯、棉、錦綸等織物，處理后織物的接觸角有不同程度的提高
[5]。還可采用C2F4, C3F6, CF4 和 H2 的混合氣體等，這些氣體都可提高織物的拒水性能，而且拒水性能隨使用氟碳化合物種類、處理時間和功率大小而變化[6～7]。

據報道，以鏈長大于6的氟碳化合物為氣氛進行等離子體處理可以使材料具有良好的拒水拒油效果 [8]，因此本文以C7F16為氣氛， 輝光放電等離子體處理棉織物，對纖維表面進行改性，從而達到拒水拒油的目的。研究了處理功率、時間和壓力等條件對處理效果的影響，并考察了等離子體處理效果的耐水洗性能和經時效應。

1 實 驗

1.1材料與試劑

纖維材料：純棉織物坯布，19.5tex×19.5tex, 267.5（根/10cm）×267.5（根/10cm），退、煮、漂、絲光布，無錫練漂廠；白貓標準洗滌劑（工業合成洗滌劑），上海紡織工業技術監督所監制；C7F16，Lancaster
公司，純度98%。

1.2等離子體處理

本研究所用設備為GPT-3型等離子體處理儀（中央民族大學物理系研制），將原始樣品（5cm×10cm）置于等離子體處理儀中，抽真空至10Pa，經全氟庚烷氣體洗氣2-3次，然后充入一定流量的全氟庚烷氣體達到實驗所需壓強，按實驗所需條件處理織物。

1.3 測試方法

1.3.1 接觸角

將織物樣品放在SL系列接觸角測定儀（上海衡平儀器儀表廠）的平臺上，用微量注射器在樣品上滴5μl蒸餾水或色拉油，測量其接觸角。在同一樣品上不同部位測量5次,取平均值。

1.3.2 耐洗性

洗滌條件：標準洗滌劑20g，低水位標準程序機洗，80℃烘干30min，每次洗滌后測接觸角，按所需要求重復5~6次。

1.3.3潤濕時間

采用AATCC 79–1995標準進行測試， 0.1ml蒸餾水從5cm高處滴下，觀察織物潤濕時間，分別測得織物五個不同部位的潤濕時間，取平均值。

2 結果與討論

2.1氣化裝置的設計

因C7F16為長鏈飽和結構，常溫下為液體，故本文首先設計了一套液體氣化裝置，使液體轉化為氣體，進入等離子體處理儀，以進行下一步處理。C7F16沸點較低，在真空條件下易氣化，等離子體處理裝置相對較為簡單。我們設計了如圖１所示的液體汽化裝置與等離子處理儀相連接。



通過調節調壓變壓器的電壓，可以控制氣化裝置的加熱溫度，從而控制液體的氣化速率。此外，通過調節1、2、3號五個閥門還可以控制氣體進入等離子體處理儀真空腔的流量大小，以達到實驗要求。

2.2處理條件的影響

除了氣體的種類以外還有很多因素可以影響等離子體的處理效果，放電的功率、壓強、時間以及被處理物質的表面性能等因素均可以對等離子體的處理效果產生影響。固體表面潤濕性大多數是用液滴的接觸角來說明的。因此實驗中分別在不同的實驗條件處理棉織物樣品，并通過分析水滴、油滴與處理后樣品的接觸角來研究處理效果與時間、功率及壓強的關系。

2.2.1 等離子體處理效果與壓強的關系

壓強反映了等離子體處理儀真空腔內氣體的密度。因此，在功率一定的條件下，壓強決定了單位時間內產生的活性粒子的數量。功率設定100W，時間設定3min，在不同的壓力條件下對棉織物進行等離子體處理，實驗結果如表1所示。

表1 等離子體處理棉織物的接觸角與處理壓強的關系



處理條件： C7F16，100W，3min

表1反映了棉織物在經過不同壓強處理后所具有的不同拒水拒油性能。實驗表明，未處理的棉織物無拒水拒油性，水滴和油滴立即被吸收，其接觸角為0o。處理壓強為15Pa時，油和水與棉織物的接觸角的值分別提高為154.6
o和123o。但隨著處理壓強從15Pa增加到50Pa，油和水與棉織物的接觸角的值略呈下降趨勢。

出現這種現象的原因可能是在開始階段，即0Pa～15Pa之間，隨著壓強逐漸增大，等離子體處理儀真空腔中的氣體密度增加。因此電離產生的活性粒子的數目也越來越多，使得更多的含氟基團接枝到棉織物表面。但是當氣體壓強達到一定程度后，由于在等離子體處理儀真空腔中氣體密度過大，導致生成的活性粒子之間碰撞的幾率變大，活性粒子容易失活，終導致接枝在棉織物表面的基團減少，從而影響其處理效果。這與我們以前的研究結果一致[9]。

2.2.2 等離子體處理效果與功率的關系

處理功率直接影響等離子體氣氛中活性粒子的豐度和能量大小。隨著處理功率的增大，等離子氣氛中的活性粒子可獲得更高的能量水平。我們固定時間和壓強來研究功率與等離子體處理效果的關系，同時摸索*處理功率。設定時間為3min壓強為15Pa，測定結果如表2所示。

表2 等離子體處理棉織物的接觸角與處理功率的關系



處理條件： C7F16，15Pa，3min

表2反映了棉織物在經過不同功率處理后所具有的不同拒水拒油性能。從圖中可以看出，功率為25W處理，對水接觸角達到154.7 o，隨著處理功率的增大，對水與棉織物接觸角的值影響并不大。功率為25W和50W時，雖然水接觸角可達140
o以上，但是對油的接觸角為0 o，說明處理功率過低，沒有拒油性能。對油的接觸角在150W時達到129.7 o，然后接觸角值變化不大。當壓強固定為15Pa，即氣體密度為定值，在一定的壓強條件下增加功率，則等離子體氣氛中起表面改性作用的活性粒子數目有所增長，功率達到一定值后活性粒子數目可能已處于穩態平衡，繼續提高功率不會增加活性粒子數目，故處理效果不會有明顯變化
[6]。

2.2.3 等離子體處理效果與時間的關系

我們在壓強為15Pa、功率150W的條件下，采用了不同的處理時間進行實驗。其結果如表3所示。

表3 等離子體處理棉織物的接觸角與處理時間的關系



處理條件： C7F16，15Pa，150W

表3反映了棉織物在經過不同處理時間后所具有的不同拒水性能。實驗表明，時間為0.5分鐘時水的接觸角就可達到147.2o，在時間從0.5min增加到10min的過程中，接觸角變化不是很明顯。而油的接觸角則是隨著時間的增加逐漸增大，處理時間3min以后，接觸角沒有明顯的變化。

2.4等離子體處理效果的耐洗性

實驗證明棉織物經C7F16等離子體處理后其拒水拒油性顯著提高。但為測其是否耐水洗，我們選擇了一塊經過等離子體處理的棉織物，并對其進行了5次洗滌。其實驗結果如圖5所示。

表4 等離子體處理棉織物的接觸角與水洗次數的關系



處理條件：C7F16，15Pa，10min，150W

表4反映了棉織物在經過不同水洗次數后拒水性能有所改變。*次水洗后，經等離子體處理過的棉織物的拒水性有一定的下降，3次水洗后穩定在同一水平上。

水洗會洗去部分吸附在織物表面的C7F16自聚物，造成織物表面拒水性能的下降。另外，洗滌液中含有表面活性劑，雖經多次清洗織物上仍可能殘留少量表面活性劑，會造成織物表面親水性增加，接觸角下降。但經3次水洗后曲線趨向平穩，處理效果趨向于穩定。

2.5 等離子體處理效果隨時間的衰變

潤濕時間即從水滴滴到織物表面到鋪展被吸收所用的時間。為了考察等離子體處理效果的時間效應，我們對經等離子體處理后的棉織物進行了潤濕時間的測量，時間間隔分別為1小時、6小時、1天、1周，發現潤濕時間均為1小時以上。在1個月和45天后測量的潤濕時間也基本無變化。

此外，接觸角的測定也顯示同樣結果。隨機抽取3種條件下的處理樣品，測定其接觸角，結果如表5所示。

表5 放置時間對接觸角的影響



從表5可以看出，45天后的測量平均值比初次測量平均值僅有微小的下降。可見，等離子體處理產生的拒水效果無衰減現象。

3、結論

六氟丙烯等離子體處理能提高純棉織物的拒水拒油性能。織物對水的接觸角可達到150 o以上，對油的接觸角可達到120 o以上。在經過水洗后，經等離子體處理過的純棉織物的拒水性有一定的下降，再經過3次洗滌后則趨于平穩。放置45天后等離子體處理效果基本沒有變化。



參 考 文 獻

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