电晕放电技术易于涤纶上浆退浆

　　主持：梁枫

　　嘉宾：武汉纺织大学副院长徐卫林教授

　　主持人：徐教授，如你所说，每种纤维的表面性能差异很大，那在纺织生产加工中我们该如何区别对待六大合成纤维，采用不同的方法实现纤维的表面快速处理，从而实现纤维性能的充分利用？

　　徐卫林：对于六大合成纤维而言，化学结构上亲水性基团少，结晶度高，纤维表面致密。在合成纤维后加工的工序中又添加了各种油剂，使得合成纤维的表面反应活性低。对于棉、毛、合成纤维这三大类纤维，其表面性能的共同特点是化学惰性。其产生的原因不同，处理的方式也不同。目前，行业内采用的常规做法就是通过表面活性剂帮助整理剂的渗透、铺开。

　　但是，这种做法只能治标不能治本。就像我们常见的刷墙，再好的腻子粉刷在玻璃上，不用多久它就会往下掉，再一般的腻子粉刷在毛糙的墙上它粘结的牢度也要比在玻璃上的高一些。同样道理，上浆好比是在墙上刷腻子粉，如果纤维表面的那层惰性物质存在，必定会导致浆膜在烘干分绞时破坏殆尽，再到织造过程中，被钢筘和综眼摩擦后，落浆必定会非常严重。这对工厂织布车间的工人身体健康以及织机效率都有非常大的影响。

　　主持人：作为合成纤维的代表——涤纶，你们是采用什么方法实现表面改性处理的？

　　徐卫林：合成纤维中涤纶的使用量越来越大，涤纶因其优良的力学性能、化学稳定性在纺织纤维中的用量越来越多，但其致密的表面结构和缺少亲水性功能团使得它很难上浆，我们花了近10年的时间，研究了高压电晕放电在涤纶及涤棉混纺纱的表面快速处理和浆纱技术，取得了显著的效果，其原理已经获得中国发明授权。

　　纤维的表面改性分为化学改性、物理改性和等离子体改性等。传统处理的物理、化学改性方式工艺流程长，设备占空间大。相对于化学改性、物理改性来说，电晕设备占地面积小，控制简单。等离子体分为高温、低温和混合等离子体，其中混合等离子体是在常压或略低的压力下，使用5～10kv直流或交流高阻抗的电源，使气体电离产生混合等离子体。电晕产生的带电粒子不断加速，不断提升自身能量，同时通过相互间的碰撞将能量转化或转移。此外，在粒子被加速的过程中，电子可与空气中的某些分子撞击而形成臭氧和氮氧化物，材料也因此产生游离基。

　　当这些能量或高能粒子作用于纺织材料时，可以产生加热、刻蚀、形成自由基、聚合、结晶与交联等一系列复杂的物理化学作用而对纺织材料进行表面改性。电晕产生的等离子体是一种全部或部分电离的气体物质，含有原子、分子、离子亚稳态和激发态，并且电子、负离子、正离子的含量大致相等。因它的组成及特征与普通气体不同，故又称为物质的第四态。因为气体中的电离成分只要超过千分之一，它们的行为就主要由离子和电子之间的库仑力支配，中性粒子之间的相互作用退居次要地位，而且电离气体受电场和磁场的作用非常明显。

　　高效清洁的表面物理改性方法

　　主持人：利用电晕放电技术如何实现涤纶纤维的表面快速处理的？

　　徐卫林：电晕放电等离子体与涤纶纤维材料的反应可以概括为三个步骤：

　　第一步，空气中的少数离子或自由电子在高压电场中被加速而获得较高的能量，在运动时撞击空间中的其他分子，能量足够大的可使碰撞后的分子电离成新的自由离子、电子、自由基等粒子，其中荷电粒子又被继续加速，再碰撞其他分子。其他分子可以是电场中的气体分子，又可以是涤纶纤维材料表面的大分子键。被撞击的分子接受部分能量，成为激发态分子而具有活性。

　　第二步，激发态分子不稳定，分解成自由基或解离成离子消耗吸收的能量或保留其能量停留于亚稳态。

　　第三步，自由基或离子在涤纶纤维材料表面反应，有可能形成几种情况：形成致密的交联层；等离子体与存在的气体或单体发生聚合反应，沉积在聚合物表面形成具有可设计性的涂层；表面自由基或离子反应和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性反应生成物，反应生成物脱离被刻蚀物质表面。

　　总之，电晕放电对涤纶的穿透能力弱，仅作用于材料表面十几至几十埃的浅层，对材料的本体性能影响小，是一种高效清洁的材料表面物理改性方法，电晕处理的材料被称为绿色材料。同时，电晕放电产生的高能活性粒子能诱发材料表面分子链的断裂、降解和氧化，使纤维表面发生刻蚀反应，增加表面粗糙度，并且电晕放电过程中产生的臭氧是一种强氧化剂，能使材料表面部分分子发生氧化，引入亲水基团。这些基团的引入对提高涤纶表面的亲水性能具有极大的帮助，随着电晕电压和电晕时间的增加，纤维表面被刻蚀严重，接入的亲水基团越多。当电压增加到一定程度时，电晕放电还有显著的烧毛作用。

　　对上浆退浆均有帮助

　　主持人：与传统做法相比，采用这一技术给加工环节能带来哪些好处？

　　徐卫林：我们经过多年的理论探索和实验证明：电晕处理对涤纶及其混纺纱的上浆有着良好的效果。

　　山东鲁泰集团在与我们联合实验的基础上，在浆纱机纱线进入浆槽前，安装了电晕放电设备对纱线进行预处理，可以显著改善涤纶的表面化学活性，增加表面亲水性能，并且通过刻蚀的作用增大其比表面积。快速改性的涤纶纱线在浸入浆液中，在极短的时间内浆液就可扩散在其纱线表面，并且有部分浆液渗透入纱线内部。再在压浆辊的作用下，浆液会在纱线中形成良好的浸透层。纤维表面的活性基团与浆液形成良好的氢键结合力，把浆膜牢牢地固定在纱线表面。制备的经轴在织造时产生的落白明显减少，断头次数也明显减少。在生产工艺成熟之后，发现电晕放电快速改性纱线表面的方法还可以减少聚乙烯醇浆料（PVA）的使用量，对实现无PVA上浆有极大的帮助。

　　此外，我们团队在研究中还发现电晕放电技术对退浆处理有一定的帮助。目前，在高支高密的织物品种经纱上浆时，PVA的用量很大。60支纱的浆料配方中，一般工厂PVA的用量均在20公斤左右。如此大的用量下，退浆就是一个难题。PVA退不干净会对织物后整理，如染色，有很大的影响。我们采用电晕放电设备对坯布进行处理，处理后的织物与未处理的织物在相同条件下退浆，实验测试证明经过电晕处理的退浆率要高。

　　为了证实电晕处理有利于退浆，我们制备了PVA的浆膜，然后对膜进行电晕放电处理，经过扫描电镜照片（SEM）可以看出浆膜表面出现了明显的刻蚀。

　　通过涤纶的例子我们了解到，表面快速处理的方式方法很重要，不同的纤维采用的方法不尽相同。还以电晕放电为例，在纯棉纱线上浆前进行电晕放电处理，其效果就没有涤纶及其混纺纱明显，这说明针对不同的纤维，我们要探索适应其自身性能的快速处理方法。只有这样才能够充分发掘每个纤维的潜能。