電子束輻照技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用

趙銀桃，田明偉，，張憲勝，，曲麗君，，朱士鳳，(.， 6607；.， 6607)

1 引言

紡織行業(yè)作為我國(guó)的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)，其在工業(yè)經(jīng)濟(jì)中的地位舉足輕重，進(jìn)一步促進(jìn)紡織行業(yè)穩(wěn)步高效的發(fā)展有著重要意義[1]。有“人類加工技術(shù)的第三次革命”之稱的輻照加工技術(shù)，是一種不同于其他加工方式的資源節(jié)約型加工技術(shù)，能大幅節(jié)約成本和時(shí)間，幾乎不產(chǎn)生污染，因此也是環(huán)境友好型加工方式[2-3]。電子束加工作為輻照加工中的重要方式，目前已被越來(lái)越多地應(yīng)用在紡織加工生產(chǎn)中，對(duì)紡織行業(yè)發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用。本文主要就電子束輻照技術(shù)在纖維改性[4,13]、紡織品后整理[5]及紡織生產(chǎn)廢棄物處理[6]中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

2 電子束輻照技術(shù)簡(jiǎn)介

20世紀(jì)90年代起，電子束輻照技術(shù)開(kāi)始迅猛發(fā)展，并在各行各業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[7-9]。電子輻照是以電子加速器為輻射源，電子束經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)的加速發(fā)生聚集并作用于被輻照物質(zhì)，引起該物質(zhì)電離，電子束與被輻照物之間產(chǎn)生活性粒子，在體系中發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，直至新的熱力學(xué)平衡出現(xiàn)為止[10-11]。一般來(lái)說(shuō)，電子束的穿透能力與電子束流的強(qiáng)弱呈正相關(guān)關(guān)系，電子束能量越高，輻照效果越充分[11]。在實(shí)際應(yīng)用中，電子束輻照較其他輻照方式具有輸出功率大、能量利用率高、穿透能力強(qiáng)、 生產(chǎn)加工效率高、容易控制、應(yīng)用簡(jiǎn)單、裝置簡(jiǎn)潔、反應(yīng)過(guò)程中不使用催化劑等優(yōu)點(diǎn)。另外，將電子束輻照應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)廢棄物的處理中，由于其處理產(chǎn)物是CO2、H2O等物質(zhì)，且操作簡(jiǎn)單、效率高、費(fèi)用低[12]，因而明顯比傳統(tǒng)的污染物處理方式要有優(yōu)勢(shì)。

3 電子束輻照技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 纖維改性方面的應(yīng)用

電子束輻照應(yīng)用于纖維改性方面可以直接或間接地彌補(bǔ)纖維某些性能的不足，又不會(huì)損壞纖維原有的優(yōu)良性能，而且操作簡(jiǎn)單，適合批量生產(chǎn)。

周斌等人[13]把電子束輻照技術(shù)應(yīng)用到聚丙烯纖維的改性上，利用誘導(dǎo)接枝的方法，將輻照過(guò)的丙烯酸接枝到聚丙烯基體上，再將聚丙烯材料浸泡在甲基丙烯酸丁酯單體溶液中，用電子束輻照接枝，最后得到吸附性能更好的新型聚丙烯材料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚丙烯纖維的改性，提升了其性能。

司戈麗等人[14]對(duì)苧麻纖維進(jìn)行了劑量從0 kGy至2000 kGy的輻照，發(fā)現(xiàn)電子束輻照對(duì)改善纖維結(jié)晶度有很大幫助，并且結(jié)晶度隨輻照劑量的增大呈線性減小，因此通過(guò)改變輻照劑量的方式可以調(diào)節(jié)苧麻纖維的結(jié)晶度，從而達(dá)到對(duì)苧麻纖維改性的目的。

劉偉等人[15]將高能電子束輻照技術(shù)應(yīng)用于活性炭纖維，并測(cè)試其對(duì)苯酚的吸附情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)對(duì)活性炭纖維進(jìn)行一定強(qiáng)度的輻照時(shí)，其比表面積有增大的現(xiàn)象，后吸附能力隨比表面積的增大而增大，在80 Mrad處達(dá)到峰值，吸附能力開(kāi)始下降，這是由于高能電子束對(duì)纖維表面的撞擊造成的，因此選用合理的電子束輻照劑量可以提高活性炭纖維的吸附能力，進(jìn)而得到性能更優(yōu)異的新型活性炭纖維。

Sugano-Segura ATR等人[16]在聚丙烯纖維的制備中加入了硫酸鹽木質(zhì)素來(lái)提高纖維的抗氧化性能，但發(fā)現(xiàn)硫酸鹽木質(zhì)素的加入導(dǎo)致纖維屈服應(yīng)力的損失，而使用電子束輻照與硫酸鹽木質(zhì)素協(xié)同作用，可以保持甚至增強(qiáng)復(fù)合纖維的力學(xué)性能。因此可以應(yīng)用電子束輻照來(lái)保護(hù)纖維的性能不被改變，而間接達(dá)到對(duì)纖維改性的目的。

丁川[17]利用高能電子束對(duì)PET材料進(jìn)行輻照，實(shí)現(xiàn)了丙烯酸在纖維上的接枝，發(fā)現(xiàn)接枝率增大，斷裂強(qiáng)力提高，斷裂伸長(zhǎng)下降，并且PET燃燒后成炭，這是由于輻照后PET纖維表面受損，出現(xiàn)了類似于膨脹的現(xiàn)象，從而PET的阻燃及防融滴性能有了提升。

Park S等人[18]對(duì)聚丙烯腈纖維進(jìn)行電子束輻照，將其熱穩(wěn)定過(guò)程縮短了四分之一，且促使纖維中產(chǎn)生了多種鏈自由基，自由基的出現(xiàn)使得聚丙烯腈纖維在炭化之后有了足夠的抗拉強(qiáng)度和模量。與傳統(tǒng)方式相比，采用電子束輻照的方式節(jié)省了時(shí)間，而且纖維的性能也得到了改善。

3.2 紡織品后整理方面的應(yīng)用

隨著人們生活水平的提高，功能性紡織品已經(jīng)深入人心，然而紡織品功能性的獲得還離不開(kāi)后整理工序。傳統(tǒng)的紡織品后整理方式不僅工藝復(fù)雜，投入大，還給環(huán)境帶來(lái)了不可忽視的污染問(wèn)題[19]。電子束輻照技術(shù)憑借本身諸多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地被應(yīng)用到后整理工序，它的投入使用為紡織品的后整理帶來(lái)了巨大改變。

棉織物擁有非常好的吸濕性，但疏水能力不佳，吸濕后散失水分的能力較差，會(huì)給人體帶來(lái)陰冷或者悶熱的感覺(jué)[20]。杜金梅等人[21]提出先用醋酸酐對(duì)棉纖維進(jìn)行預(yù)處理，將一種或多種丙烯酸酯類物質(zhì)溶解于一種或多種醇類物質(zhì)中，在電子束輻照作用下，用溶液處理棉織物，從而改善棉織物的疏水性能。其中電子束輻照技術(shù)的應(yīng)用提高了產(chǎn)品的均勻性，節(jié)約了成本。

李文華[22]在織物印染流程中引入了電子束輻照技術(shù)，發(fā)現(xiàn)對(duì)棉坯布進(jìn)行輻照劑量為3 kGy的預(yù)輻照處理，織物的染色效果可達(dá)到最佳水平；對(duì)坯布階段的滌綸織物進(jìn)行劑量達(dá)10 kGy的預(yù)處理，織物的各項(xiàng)染色指標(biāo)效果最優(yōu)。對(duì)織物成品進(jìn)行輻照處理，也可以提升其印花效果，但效果稍遜于坯布的輻照處理。另外可以用電子束輻照對(duì)糊料進(jìn)行改性，印花均勻性有所提高，節(jié)約了成本和時(shí)間，并且有利于環(huán)境保護(hù)。

孟微等人[23]把電子束輻照技術(shù)應(yīng)用到了面料改性上，通過(guò)調(diào)節(jié)輻照時(shí)間、劑量等，測(cè)定了各種織物在電子束輻照作用下發(fā)生的性能變化，發(fā)現(xiàn)亞麻織物在接枝后，阻燃性能有所提升，當(dāng)接枝率達(dá)到14.33%以上時(shí)，織物的阻燃指標(biāo)可達(dá)到較高水平；滌綸織物的融滴性能得到改善，30 s內(nèi)融滴數(shù)量下降明顯；棉織物的抗菌、耐水洗及抗皺等性能都有提高。

將電子束輻照技術(shù)應(yīng)用于紡織品的后整理，不但可以減少工藝流程、提高生產(chǎn)效率和織物的性能、賦予織物新的功能，還可以減少環(huán)境污染。

3.3 處理印染廢水方面的應(yīng)用

目前紡紗印染等環(huán)節(jié)不僅浪費(fèi)大量水資源，而且會(huì)產(chǎn)生污染物排放[24]，嚴(yán)重污染環(huán)境。廢液中污染物成分復(fù)雜多樣，且根據(jù)加工工藝及紡織品的不同，污染物也會(huì)有所不同。其中重金屬等物質(zhì)會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大危害[25]，這些問(wèn)題的解決就迫切需要一種新的手段。電子束輻照技術(shù)影響電子束作用的因素主要是電子束流的強(qiáng)度和能量，能量越高穿透能就隨之增加，對(duì)污染的處理效果也就越好[11]。

Anvari F等人[26]對(duì)合成紡織廢水進(jìn)行了處理，探究了混凝法和電子束輻照相結(jié)合的方式對(duì)合成紡織廢水的處理效果。結(jié)果表明，廢液中的懸浮物質(zhì)在混凝法作用下減少，pH值先隨輻照劑量增加而增加，而后變化減慢甚至不再變化，另外在輻照作用下，廢液的脫色效率提高。

Paul J等人[27]把電子束輻照用于處理含有RR-120染料的活性偶氮染料水溶液中，對(duì)脫色率變化、化學(xué)需氧量降低率、有機(jī)碳總量、溶液pH值及五日內(nèi)生化需氧量這幾個(gè)方面進(jìn)行了觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)pH值降低，五日生化需氧量與化學(xué)需氧降低量的比值有所上升，也就是說(shuō)電子束輻照將溶液轉(zhuǎn)化為生物可降解，從而使得含有RR-120染料的印染廢水得以有效處理。

江蘇省將電子束輻照應(yīng)用到廢水處理的不同階段，得出電子束輻照應(yīng)用于最終出水處可提高污水的生物降解率，從而達(dá)到處理印染廢水，減少污染排放的目的[28]。

目前電子束輻照技術(shù)應(yīng)用于處理印染廢水取得了不錯(cuò)的成果，可以幫助有效減少污染物的排放，而且縮短了工藝流程，減少了二次污染，是紡織行業(yè)印染廢水，處理的新方式。

4 結(jié)語(yǔ)

電子束輻照技術(shù)已應(yīng)用到紡織生產(chǎn)中的多個(gè)流程，如纖維改性、紡織品后整理、印染廢水的處理。相比傳統(tǒng)的處理方法，電子束輻照技術(shù)流程短、耗時(shí)少、效率高，大大提高了紡織企業(yè)的效益。隨著人們對(duì)電子束輻照技術(shù)的不斷了解，電子束輻照技術(shù)會(huì)在紡織領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用，更好地推進(jìn)紡織行業(yè)的發(fā)展。

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