目前, 利用等离子体处理的技术较成熟, 在美国 已实现了工业化。而在我国, 等离子体改性的研究也 日益深入, 但距离工业化还有一段距离。而涤纶等离 子体表面改性的工业化是一种必然的趋势。
2 紫外光表面接枝
聚合物的表面光接枝, 就是利用紫外光引发单 体在聚合物表面进行的接枝聚合, 反应遵循自由基 聚合机理 [ 4] 。表面 光 接枝 的研 究始 于 1957 年的 O ster等人的报道。近年来, 西欧各国的研究报道愈 来愈多, 其应用领域也已从最初的简单表面改性发 展到表面高性能化、表面功能化、接枝成型方法等高 新技术领域。但是, 目前国内这方面的研究还很少。 紫外光引发的表 面接枝聚合 ( 表面光接 枝 ) 具有 2 个突出的特点: ( 1) 紫外光比高能辐射对材料的穿 透力差, 故接枝聚合可严格地限定在材料的表面或 亚表面进行, 不会损坏材料的本体性能; ( 2) 紫外辐 射的光源及设备成本低, 易于连续化操作, 故近年来 发展较快, 极具工业应用前景 [ 19] 。
摘要: 介绍了近年来国内外涤纶表面改性的原理、方法、应用以及各种常用表征方法。对等离子体处理方法的 3个 方面的应 用做了详细阐述; 介绍了紫外光接枝方法的原理、应用, 以及近年来对该方法的改进; 阐述了碱处理的原理、应用及 近年来的 发展趋势。 关键词: 涤纶; 表面改性; 方法和原理 中图分类号: TQ 342 21 文献标识码: A 文章编号: 1008-8261 ( 2007) 06-0005-03
由于涤纶的直接接枝反应不易进行, 且接枝率 低, 人们开始研究经碱减量处理后的涤纶的接枝反 应。嘉兴学院的徐旭凡将涤纶织物先进行碱减量处 理, 一方面使涤纶表面钝化, 另一方面旨在使表层涤 纶分子中的酯基发生一定程度的水解, 然后用壳聚 糖溶液对它进行处理, 处理后的涤纶的吸湿性、抗静
第 6期
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目前, 对涤纶的表面主要有低温等离子体处理 法、紫 外光引 发接枝 法、湿法化 学法、离子 束照射 法 [ 5] 、光化学法 [ 6] 等改性方法。
1 等离子体处理
等离子体表面改性是通过等离子体处理以及在 材料表面等离子体接枝来改变材料表面结构的一种 表面改性方法 [ 7 ] 。低温等离子体在 纤维改性方面
7Байду номын сангаас
电性、耐起球性、手感等性能均有显著变化 [ 33 ] 。美 国的 M atthew D. 等人利用经碱减量处理后的涤纶接 枝牛血清蛋白, 来改善涤纶材料与蛋白质的亲和性 能 [ 34] 。浙江理工大学的杨斌利用碱处理后的涤纶 吸附壳聚糖整理剂提高 织物的服用性能 [ 35] 。北京 服装学院的宋移团等人利用碱减量处理后的涤纶接 枝衣康酸 /丙烯酸来改善涤纶织物的染色性能 [ 36] 。
3 碱处理
涤纶结构致密, 具有疏水性, 耐碱性良好。但在 高浓度的碱液中, 特别是在高温条件下, PET 分子会 发生水解, 生 成乙二醇和水溶 性的对苯二甲酸 盐。 由于 PET 分子结构中的苯环和 2 个亚甲基在化学 结构上都较稳定, PET 的水解过程实际上是大分子 中酯基的水解断裂过程。开始系属于亲核加成反应 机理, 由于结晶部分结构紧密, 水分子不易进入结晶 区, 水解过程基本上在无定形区进行, 分解后在纤维 表面的分子脱落, 称为 剥皮 , 因 而在纤维表面形 成凹凸 不 平的 痕迹, 使 纤维 变细 且 具有 亲 水 性 [ 24-25] 。由于 PET 的亲水性极差, 就需要对涤纶表 面进行碱处理。
的应用研究始于 20世纪 60年代, 此后美国进行了 一些研究并有应用该技术处理加工的聚酯纤维 ( 商 品名 R e fresca) 投放市场 [ 8 ] 。
等离子体对涤纶的表面改性主要有以下几个方
面: 利用低温等离子体引发接枝聚合反应 ( P lasm ainitiated G rafted P olym erization) ; 单纯利用等离子体 处理, 引发表面结构的变化; 等离子体聚合沉积成膜 对材料表面进行改性。
涤纶是产量最大的合成纤维, 具有许多优良性 能, 如: 断裂强度和弹性模量高, 回弹性适中, 热定形 性好, 耐热和耐光性好, 抗有机溶剂、氧化剂以及耐 腐蚀性好, 对弱酸、碱等稳定 [ 1] , 等等。由于以上种 种优点, 在纺织及其他工、农业领域 具有广泛的应 用。但是, 聚酯分子结构对称, 结晶度较高, 结构中 又没有高极性 基团, 因此 亲水性较差 [ 2] , 这就在很 大程度上限制了它的舒适性、可染性等。另外, 由于 涤纶对人体安全、无毒、低的吸水性, 对人体的体液 具有高抗渗透 性 [ 3] , 近年 来, 作为生 物医学材料的 研究也越来越多。但是, 很多文献报道: 涤纶的低亲 水性结构使其血液相容性很差, 这也是生物材料领 域亟需解决的一个问 题。为了使涤 纶的应用更广 泛, 扬长避短, 近年来人们开始研究涤纶的表面改性 方法。表面改性是指在不改变材料及其制品本体性 能的前提下, 赋予其表面新的性能, 如亲水性、抗静 电性、染色性、耐老化性、生物相容性等 [ 4] 。
在单纯等离子体处理对涤纶进行表面改性的研 究中, 日 本 静 冈 大 学 的 NOR IH IRO INAGAK I 等 人 [ 13-14] 也做了大量的工作来 证实等离子体 对于涤 纶表面改性的显著作用。结果表明涤纶表面的 N /C 比例发生了很明显的变化, 其接触角也发生显著变 化。西北纺织工学院的陈杰瑢等人单纯利用氧等离 子体对涤纶表面进行处理, 表面张力评价的解析结 果表明, 氧等离子体处理后的涤纶表面自由能增大。 X 射线光电子能谱 ( XPS ) 分析表明, 涤纶表面被引 入了大量含氧和含氮极性基团, 最终使得涤纶的亲 水性增强 [ 15] 。
传统的涤纶碱处理方式是涤纶在渗透剂和促进 剂 ( 一般为季铵盐类促进剂 ) 的共同作用下进行碱 处理 [ 25-27 ] 。浙江理工大学的 程贞娟采用传 统的碱 处理方法使涤纶织物具有真丝般的感觉 [ 19] 。苏州 大学材料工程学院的白秀娥改变传统 N aOH 水溶液 的处理方式, 采用 N aOH 的乙醇溶液对涤纶进行碱 处理, 研究结果表明, 利用乙醇溶液对涤纶进行碱处 理大大缩短了处理时间, 得到了与水相碱处理相同 的效果 [ 28] 。郑敏等 人利 用超声 波 /碱协 同处理 涤 纶, 除去涤纶表面的低聚物, 改善其染色性能 [ 29-30] 。 随着碱处理工艺的发展, 近年来越来越多的人开始 研究碱胺同浴对涤纶进行碱处理改性, 而使纤维表 面形成了深一层的凹槽, 为改性涤纶的进一步整理 打下良好的基础 [ 6, 31-32] 。