滌綸無塵布吸附增強(qiáng)處理工藝探討

林純勇，郭 輝

（深圳市新綸科技股份有限公司科創(chuàng)中心，廣州深圳 518132）

無塵布是一種廣泛應(yīng)用于潔凈室的擦拭材料，作用是除去污染顆粒物或液體。無塵布的優(yōu)良程度主要從除塵性能、潔凈度和吸液性能三方面來衡量[1]。除塵性能是最重要的指標(biāo)，除塵性能越好的無塵布擦拭性能越好；潔凈度與加工原材料、加工過程以及超凈清洗工藝有關(guān)，潔凈度越高，無塵布的等級(jí)越高；吸液性能主要反映了除去液體污漬的能力，一般針織無塵布高于梭織無塵布[2-3]。無塵布的原材料主要有聚酯滌綸和滌錦復(fù)合長絲兩種，聚酯滌綸的優(yōu)點(diǎn)是容易凈洗、潔凈度高，缺點(diǎn)是表面積小，吸附性低，除塵能力一般[4]。本研究著重對(duì)滌綸無塵布吸附增強(qiáng)處理工藝進(jìn)行探索，提高滌綸無塵布的除塵能力。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 機(jī)理

研究以滌綸無塵布為原料，用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVA 水溶液在堿性條件下與滌綸聚酯高分子發(fā)生反應(yīng)。PVA 水溶液作為醇解劑，在堿性條件下，使PVA上少部分的—OH 與PET 纖維的酯鍵發(fā)生反應(yīng)，形成新的酯鍵，脫去乙二醇，接入PVA分子鏈，機(jī)理如下所示[5]。通過化學(xué)的鍵合在PET纖維表面接入PVA分子鏈。接入的PVA分子能承受一定溫度水洗不脫落，同時(shí)，PVA 分子鏈上有許多活性羥基，能夠有效地提高滌綸無塵布的表面活性，使無塵布對(duì)塵埃顆粒的吸附作用增強(qiáng)。

PVA醇解PET高分子機(jī)理圖

1.2 材料和儀器

材料：雙面 1+1 直羅紋無塵布，DTY 絲，83.33 dtex/36F，130 g/m2，尺寸23 cm×23 cm（深圳市新綸科技股份有限公司）；聚乙烯醇PVA[工業(yè)級(jí)24-88（L），廣州朝元貿(mào)易有限公司]，碳黑顆粒（均粒徑2.5 μm，紹興仁飛有限公司），NaOH（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠）。

儀器：PMS S02 液體粒子計(jì)數(shù)器（美國PMS 公司），S-3400N 掃描電鏡（日立高新技術(shù)公司），BSA224S 賽多利斯電子天平、SZM-45T2 三目顯微鏡（禧隆電工機(jī)械設(shè)備廠）。

1.3 吸附增強(qiáng)處理

無塵布樣品預(yù)濕備用；配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVA水溶液500 mL 放入水浴鍋中，用稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH，加熱至一定溫度，加入無塵布樣品一塊，玻璃棒攪動(dòng)下反應(yīng)一定時(shí)間后，取出擦拭布，分別用60 ℃的500 mL 熱水洗滌兩次、純水洗滌三次；然后在百級(jí)潔凈環(huán)境中，100 ℃下干燥、無塵包裝備用。

1.4 測(cè)試

1.4.1 吸附性能

用無塵布在水分散液中對(duì)碳黑顆粒的吸附率表征吸附性能，吸附率越大吸附性能越高。經(jīng)過吸附增強(qiáng)處理的無塵布在100 ℃下干燥后，用電子分析天平恒重m1；配制質(zhì)量濃度2.5 g/L 的碳黑顆粒水分散液，加入500 mL燒杯中，使無塵布與分散液的質(zhì)量比為1∶50，將無塵布放入燒杯中，用玻璃棒攪拌1 min后取出，在100 ℃下干燥后，用電子分析天平恒重m2。吸附率=(m1-m2)/m1×100%。

1.4.2 潔凈度

以液體粒子發(fā)塵率LPC 值表征無塵布潔凈度。在百級(jí)潔凈室環(huán)境中，取一塊無塵布樣品，放入超純水潤洗3次的2 L潔凈燒杯中，加入1 L超純水，浸泡3 min，使用PMS S02液體粒子計(jì)數(shù)器直接進(jìn)行計(jì)數(shù)，以直徑0.5 μm 以上的粒子數(shù)量作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，并換算到單位面積析出的粒子數(shù)量（個(gè)/cm2）。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附增強(qiáng)處理工藝條件的初步確立

選取PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體系pH、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間作為四個(gè)影響因素，采用4 因素3 水平的L9(34)正交實(shí)驗(yàn)研究工藝參數(shù)對(duì)無塵布吸附性能的影響，確立初步的吸附增強(qiáng)處理工藝條件。表1給出了L9(34)正交實(shí)驗(yàn)安排和在不同條件下吸附性能參數(shù)，圖1為實(shí)驗(yàn)實(shí)物的截圖。di,j（i=1、2、3；j=A、B、C、D）為因素j在水平i下的吸附率；Ki,j＝[Σ(di)j/3]，Rj（j=A、B、C、D）為因素j吸附率的極差，Rj=Kj(max)-Kj(min)。

表1 吸附增強(qiáng)處理工藝正交實(shí)驗(yàn)表

由表1中的R值分析可知，在初始選擇的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)無塵布吸附性能的影響程度為B>D>C>A，即反應(yīng)溫度對(duì)醇解抹布的吸附性能影響最大，依次是pH、反應(yīng)時(shí)間與PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從圖1可以直觀看到，3號(hào)試驗(yàn)的無塵布吸附性能最好。

圖1 吸附增強(qiáng)處理工藝正交實(shí)驗(yàn)實(shí)物截圖

PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響：當(dāng)PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.5%時(shí)，隨著PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，處理后的抹布吸附率略降低，說明PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高；并且在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時(shí)，溫度達(dá)到100 ℃，溶液產(chǎn)生很多氣泡，這些氣泡阻礙了PVA分子鏈與聚酯纖維表面接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

溫度的影響：隨著反應(yīng)溫度的提高，無塵布吸附率明顯提升。該醇解反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)程度越大，即能與PET 纖維酯鍵發(fā)生反應(yīng)的PVA 分子鏈—OH 數(shù)量越多，鍵合的PVA 分子鏈越多，可形成穩(wěn)定的PVA 涂層。該P(yáng)VA 涂層在熱水和冷水清洗中不易脫落，并保留了較多的—OH，表面活性增大，對(duì)炭黑顆粒的吸附性能提高。溫度為60 ℃時(shí)，經(jīng)過醇解處理后的無塵布，只能吸附很少量的炭黑顆粒，與未處理的無塵布相當(dāng)；當(dāng)溫度為100 ℃時(shí)，達(dá)到PVA水溶液的沸點(diǎn)，無塵布的吸附性能最佳。

反應(yīng)時(shí)間的影響：K值相差不大，說明吸附率對(duì)反應(yīng)時(shí)間沒有規(guī)律性。醇解反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)[6]，反應(yīng)產(chǎn)物中有乙二醇，和PVA 一樣，可作為醇解反應(yīng)原料，同PVA 分子競爭，最終達(dá)到可逆平衡。這個(gè)到達(dá)反應(yīng)平衡狀態(tài)的過程較快，30 min基本可以完成。

pH 的影響：由K值的變化可知，隨著體系pH 升高，吸附率逐漸增大。

2.2 PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)抹布吸附性能的影響

控制pH=11，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時(shí)間30 min，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和吸附率的關(guān)系見圖2。從圖2可以看出，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.4%以下時(shí)，隨著PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，吸附率增高，最大約提升3.5 倍；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.4%時(shí)，吸附率不再增加，且略降低。這是因?yàn)镻VA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，PVA 分子溶解度降低，容易造成體系黏度過大，PVA 分子鏈運(yùn)動(dòng)受阻，不易與聚酯纖維表面接觸發(fā)生反應(yīng)。因此，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇0.4%。

圖2 吸附率隨PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化圖

2.3 不同pH下吸附增強(qiáng)處理對(duì)無塵布潔凈度的影響

控制PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時(shí)間30 min，采用不同pH下的吸附增強(qiáng)處理無塵布，測(cè)試無塵布的液態(tài)發(fā)塵率（LPC 值），評(píng)估不同pH 對(duì)無塵布潔凈度的影響，結(jié)果見圖3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0是未經(jīng)吸附增強(qiáng)處理的無塵布LPC值。

圖3 LPC值隨體系pH變化圖

提高體系pH有利于提高增強(qiáng)處理后無塵布的吸附性能，但pH 過大，會(huì)導(dǎo)致滌綸的高分子水解過多，纖維損傷過大，會(huì)導(dǎo)致纖維顆粒的脫落，液態(tài)自發(fā)塵性（LPC）增加，無塵布的潔凈度降低。從圖3可以看出，pH 超過 11 后，對(duì)纖維的損傷明顯增大，LPC 值顯著增加；pH 以下，LPC 值略有增加，仍在 500 以下，屬于A 級(jí)無塵布范圍。綜合考慮吸附性能的提升和對(duì)潔凈度的影響，吸附增強(qiáng)工藝的pH應(yīng)控制在11。

因此，吸附增強(qiáng)處理工藝為：PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%，體系pH=11，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時(shí)間30 min。

2.4 吸附增強(qiáng)處理

使用最佳增強(qiáng)處理工藝處理的無塵布與未經(jīng)處理的無塵布吸附碳黑顆粒后經(jīng)電鏡掃描，放大1 000倍的SEM 圖如圖4所示。從圖4可以看出，增強(qiáng)處理工藝處理的無塵布吸附碳黑顆粒的數(shù)量比未經(jīng)處理的無塵布明顯增加。

3 結(jié)論

采用PVA 醇解吸附增強(qiáng)處理工藝可以有效地提高聚酯無塵布對(duì)炭黑顆粒的吸附能力，提高無塵布的除塵能力，對(duì)潔凈度影響小，無硅物質(zhì)增加。通過正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)分析了PVA 醇解條件對(duì)無塵布吸附性能的影響，確定反應(yīng)溫度的影響最大，反應(yīng)溫度越高，無塵布吸附性能提高越多。PVA吸附增強(qiáng)處理最佳工藝條件為：PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，體系pH=11，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時(shí)間30 min。在該條件下吸附增強(qiáng)處理的聚酯抹布能承受熱水水洗，對(duì)炭黑顆粒均勻吸附。