低溫等離子體技術(shù)在非織造材料表面改性中的應(yīng)用

低溫等離子體技術(shù)在非織造材料表面改性中的應(yīng)用

平等技術(shù)是一門高度交叉性的新興科學(xué)，在20世紀60年代蓬勃發(fā)展。等離子體技術(shù)既能改善材料的表面性質(zhì),又不會損傷材料主體原有的性能,是一種綠色環(huán)保的新技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各行各業(yè),比如化工、冶金、機械、紡織、電子、能源、半導(dǎo)體、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域,并且在新材料研制、化學(xué)合成、精細化加工以及表面處理等領(lǐng)域研發(fā)出一系列新技術(shù)、新工藝。如今,等離子體技術(shù)正在迅速發(fā)展,在技術(shù)應(yīng)用方面仍在不斷開拓更多新途徑近幾年,我國非織造材料的需求量持續(xù)增大,表現(xiàn)出了高速發(fā)展的勢頭。非織造材料是紡織工業(yè)的一個新的分支,具有生產(chǎn)工藝流程短、生產(chǎn)成本低、原料來源廣、產(chǎn)品種類多、應(yīng)用范圍廣的特點,已在醫(yī)療衛(wèi)生、土工合成、環(huán)保過濾、建筑防水等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用低溫等離子體技術(shù)具有高環(huán)保、低成本、操作簡便和作用條件溫和等優(yōu)點,十分適合于非織造材料的改性處理。目前,低溫等離子體技術(shù)已經(jīng)在提高非織造材料的潤濕性、染色性及粘結(jié)性等方面取得了一系列研究成果,為進一步提高非織造材料的整體性能注入了新的動力。1低溫等離子體技術(shù)應(yīng)在紡織材料表面改性等離子體本質(zhì)上是部分電離的氣體,也被稱為物質(zhì)除固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)以外的第四態(tài)即等離子態(tài)。根據(jù)等離子體的溫度可以分為熱等離子體和冷等離子體,只有低溫等離子體才適合紡織材料的表面改性處理。等離子體中包含多種活性物質(zhì),如快速移動的電子、離子、自由基及紫外線光量子等,因為集合體中的正電荷和負電荷的帶電量相等所以又被稱為等離子體紡織品處理所用的氣體通常有氧氣、空氣、氬氣、氦氣、二氧化碳、氮氣、氫氣、四氟甲烷、水蒸氣、甲烷或氨氣的混合物,不同氣體產(chǎn)生的等離子體對材料表面產(chǎn)生的作用也不同,一般分為表面清洗、表面刻蝕、表面活化和表面聚合4種作用1.2等離子體沉積聚合法利用低溫等離子體技術(shù)對非織造材料表面改性,通常有3種方法:(1)等離子體表面處理改性法:在材料表層進行刻蝕處理,使表面活化,又稱為減量處理(2)等離子體沉積聚合法:將有機化合物的氣體形成等離子體狀態(tài),氣相自由基被材料表面吸附而成為表面自由基,與氣相中的活性種發(fā)生聚合反應(yīng),進一步生成大分子聚合物,并在材料表面形成一薄層沉積物。常見的用于產(chǎn)生等離子體的有機化合物包括有機氟、有機硅或有機金屬等。(3)等離子體接枝聚合法:先采用等離子體技術(shù)使材料表面活化,并引入部分活性基團,再運用接枝方法在原來的表面上產(chǎn)生許多新的支鏈,構(gòu)成新表層,也稱為增量處理法2提高非織造材料的親水性液體與纖維之間的相互作用對紡織品的加工、染色及后整理過程具有十分重要的影響。然而諸如滌綸、丙綸等非織造材料潤濕性較差,其應(yīng)用受到很大程度的限制,對非織造材料的表面性質(zhì)加以改進可提高其親水性。等離子體處理過的非織造材料表面可以形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)層或產(chǎn)生穩(wěn)定存在的游離基,材料表面被活化,這種被激發(fā)的表面極易在空氣中發(fā)生氧化反應(yīng),并進一步生成羥基、羧基等親水官能團,從而提高非織造材料的親水性陳寧等蘇靜等另外,等離子體技術(shù)在醫(yī)用材料的親水性整理方面也有相關(guān)研究。王潔2.2提高材料的可及性當材料置于低溫等離子體氛圍中時,高能粒子會對材料表面產(chǎn)生轟擊作用,非晶區(qū)甚至晶區(qū)遭到一定程度的破壞,在材料表面產(chǎn)生刻蝕,使材料表面的粗糙度增加,從而提高了材料對染料分子的可及性汪毅2.3增加表面粘結(jié)性非織造材料雖然具有優(yōu)良的性能,但表面粘結(jié)性能較差,極大地限制了其使用范圍。提高非織造材料的粘結(jié)性能的表面處理方法很多,如乳液浸漬、偶聯(lián)劑預(yù)處理、異氰酸酯處理、電暈處理、低溫等離子體處理、輻射接技處理等等離子體技術(shù)提高非織造材料表面的粘結(jié)性能是多種機理相互作用的結(jié)果,等離子體既可以通過清潔和刻蝕作用清除材料表面的有機污漬和弱界面,又能通過在材料表面形成極薄的交聯(lián)結(jié)構(gòu)層,增加表面的致密程度,阻止低分子成分擴散到界面,從而達到提高聚合物表面粘結(jié)強度的目的。另外,在材料表面產(chǎn)生的化學(xué)基團引起的酸堿相互作用和共價鍵結(jié)合可以很大程度上增加粘結(jié)強度。O.G.ArmaxanV.Alessio2.4提高基布與金屬層的結(jié)合牢度金屬化織物具有抗靜電、抗菌、抗電磁輻射的作用,已成為功能性紡織新材料,廣泛應(yīng)用于服飾、醫(yī)療衛(wèi)生、電磁屏蔽等領(lǐng)域等離子體處理織物可以使織物表面粗化,從而提高基布與金屬層的結(jié)合牢度。當?shù)入x子體中的高能粒子轟擊材料表面時,由于晶體和非晶體部分被侵蝕的速率不同,導(dǎo)致基布表面變得凹凸不平,接觸面增大,從而使基布與金屬層之間的粘合力大大提高。王鴻博等丁一洝等N.R.Radic2.5表面改性對pbt熔噴非織造材料潤濕性的影響聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)熔噴非織造材料是一種優(yōu)良的濾除血液中白細胞的濾料,但是未經(jīng)處理的PBT熔噴非織造材料因其潤濕性不佳、對白細胞的選擇吸附性較差等缺點,在實際應(yīng)用中過濾效果并不理想。對PBT熔噴非織造材料表面進行改性,可以降低材料的表面張力,提高潤濕性,并引入極性基團,以增加對白細胞的選擇吸附能力。唐曉亮等劉郁蔥2.6改善非織造材料表面改性的機理目前,對聚丙烯非織造電池隔膜的改性研究主要是利用磺化處理、接枝改性、等離子體處理技術(shù)來提高親水性。等離子體改性處理可以使隔膜基材表面生成許多活性基團,從而在不損傷電池隔膜基材機械性能的前提下,使基材表面親水性增強,提高吸堿性能以達到電池隔膜的性能要求吳云楓等ChenHeJuangRueyshin雖然低溫等離子體技術(shù)在非織造材料表面改性中已取得一定的研究成果,但仍有許多問題亟待解決。低溫等離子技術(shù)存在明顯的時效性,即隨著時間的推移,等離子體處理的部分效果會逐漸失去,這極大地限制了該技術(shù)在非織造材料表面改性中的應(yīng)用。如何弄清等離子體的改性機理,如何減緩等離子體的時效性,如何進一步拓展低溫等離子體技術(shù)在非織造材料中的應(yīng)用范圍等都是今后科研領(lǐng)域中需要繼續(xù)探索的問題。3等離子體改性對非織造材料表面的作用機理和表面性能的影響我國非織造材料的發(fā)展前景持續(xù)向好,非織造材料的需求量日益增大,對其表面的改性研究也越來越多,而低溫等離子體技術(shù)以其操作簡便、綠色環(huán)保、處理效果佳、生產(chǎn)成本低等諸多優(yōu)點滿足了非織造材料表面改性的需求,在改善非織造材料的親水性、粘結(jié)性、血液過濾性等方面已取得豐碩的研究成果,為等離子體技術(shù)在非織造行業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。但是,從發(fā)展的角度來看,低溫等離子體技術(shù)在走向工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的道路上仍存在許多問題。等離子體處理技術(shù)現(xiàn)階段的研究主要集中在提高材料的表面性能上,而忽視了對等離子體作用機理方面的探索,等離子體與被處理材