預(yù)處理對(duì)滌綸織物表面性能的影響

馬雙紅，林 紅，陳宇岳，張德鎖

（蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021）

在滌綸加工處理中，相關(guān)人員常通過(guò)堿減量改變其表面特性、增強(qiáng)其毛細(xì)管效應(yīng)、提高回潮率，使滌綸具有仿真絲特性，增強(qiáng)滌綸的親水性，消除極光并緩解易起靜電問(wèn)題等[1]。等離子體的原理是通過(guò)電子碰撞和光化學(xué)過(guò)程分解分子，產(chǎn)生高密度的自由基，導(dǎo)致纖維聚合物表面化學(xué)鍵被破壞，促使新化學(xué)物質(zhì)形成，通過(guò)產(chǎn)生的活性基團(tuán)來(lái)改變纖維表面的性能[2]。本實(shí)驗(yàn)采用堿減量預(yù)處理法、等離子體預(yù)處理法、堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理法對(duì)滌綸織物進(jìn)行表面處理，研究這3種方法對(duì)纖維性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)材料：滌綸（300 D×300 D，150 g/m2）；十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）；氫氧化鈉；硝酸銀。以上試劑均為分析純。

實(shí)驗(yàn)儀器：S-4800型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（日本日立公司）；D8 Advance型X射線(xiàn)衍射儀（德國(guó)BRUKER AXS公司）；Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀（美國(guó)熱電尼高力儀器公司）；PDC-002型等離子體表面處理儀（溫州市億鴻科技有限公司）；DHG-9070A型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；Diamond TG DTA型熱分析儀（美國(guó)珀金埃爾默有限公司）；Axis Ultra型X射線(xiàn)衍射光譜儀（島津/KRATOS公司）；Zetasizer Nano ZS90型馬爾文納米粒徑電位分析儀（英國(guó)Malvern公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 堿減量預(yù)處理

對(duì)織物先用無(wú)水乙醇進(jìn)行超聲醇洗30 min，再將織物烘干備用，在90 ℃水浴條件下，用質(zhì)量濃度為10 g/L的NaOH溶液處理滌綸織物60 min，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的促進(jìn)劑CTAB，浴比為1∶50。

1.2.2 等離子體預(yù)處理

對(duì)織物先用無(wú)水乙醇進(jìn)行超聲醇洗30 min，烘干得到干燥樣品，將滌綸試樣放入空氣等離子體處理室中，兩面分別處理3 min后排空處理室內(nèi)的氣體，取出樣品放入真空袋中。

1.2.3 堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理

先對(duì)織物進(jìn)行堿減量預(yù)處理，再對(duì)經(jīng)堿減量預(yù)處理后的織物進(jìn)行等離子體處理。

1.3 測(cè)試部分

1.3.1 X射線(xiàn)光電子能譜

采用Axis Ultra HAS型X射線(xiàn)光電子能譜儀（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）測(cè)定滌綸織物表面的化學(xué)組成，測(cè)試條件如下：X射線(xiàn)源為單色Alka（hv=1 361.0 eV），功率為300 W，電壓為15 kV。之后使用XPSPEAK41軟件對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分峰擬合和分析。

1.3.2 Zeta電位分析

分別取改性的滌綸織物與未改性的滌綸織物剪成細(xì)小狀，用濃度為0.001 mol/L的KCl溶液，將纖維配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的溶液，取少量溶液加入馬爾文粒徑電位分析儀的電位測(cè)量池中，測(cè)量樣品的電位，在測(cè)試過(guò)程中，將溫度設(shè)定為25 ℃，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試3次。

1.3.3 掃描電鏡分析

將試樣超聲醇洗10 min，烘干備用，取少量纖維樣品置于電鏡臺(tái)上，用導(dǎo)電膠固定，鍍金后置于S-4800型掃描電子顯微鏡的載物臺(tái)上觀察表面形貌。

1.3.4 親水接觸角測(cè)試

用OCAT21接觸角分析儀測(cè)定織物對(duì)水的接觸角，測(cè)試所用水的體積為6 μL，每個(gè)樣品選取5個(gè)不同位置作為測(cè)試點(diǎn)，取其平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)處理滌綸表面元素分析

為了分析滌綸表面官能團(tuán)的變化，對(duì)滌綸原樣和預(yù)處理樣進(jìn)行了XPS分析（圖1），表1為對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。圖1中的（a）（b）（c）（d）分別對(duì)應(yīng)滌綸原樣、堿減量預(yù)處理滌綸、等離子體預(yù)處理滌綸、堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理滌綸在284.8、286.0、288.2 eV處檢測(cè)到的C—C鍵、C—O鍵、C=O鍵吸收峰，可以看出，經(jīng)過(guò)堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理后，織物表面的活性官能團(tuán)變化最顯著。表1數(shù)據(jù)顯示，原滌綸表面C—C鍵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.00%，經(jīng)過(guò)堿減量預(yù)處理后變?yōu)?0.00%，C—O鍵和C=O鍵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別變?yōu)?9.00%和22.00%。經(jīng)過(guò)堿減量預(yù)處理后，織物表面增加的含氧官能團(tuán)不多，這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)堿減量預(yù)處理后，活性基團(tuán)僅在分子鏈斷裂處出現(xiàn)少量親水基團(tuán)；經(jīng)過(guò)等離子體預(yù)處理后，滌綸表面C—C鍵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降為39.00%，而C—O鍵和C=O鍵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升為33.00%和28.00%，含氧官能團(tuán)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯提高，原因是滌綸纖維中的大分子鏈被等離子體產(chǎn)生的高速粒子破壞，并被氧化產(chǎn)生大量的含氧基團(tuán)；經(jīng)堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理后，表面C—C鍵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由52.00%變?yōu)?7.00%，而C—O鍵和C=O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高至50.00%和23.00%，原因是滌綸纖維被堿減量預(yù)處理后，部分分子鏈斷裂產(chǎn)生了少量的親水基團(tuán)，且比表面積增大，再在表面用等離子體處理，會(huì)有更多大分子鏈被等離子體產(chǎn)生的高速粒子破壞，已經(jīng)具有親水性的織物經(jīng)堿減量預(yù)處理后親水性更強(qiáng)，并被氧化產(chǎn)生大量的含氧基團(tuán)，這些活性基團(tuán)富集在纖維表面。

圖1 滌綸原樣和預(yù)處理后滌綸的C1s XPS能譜

表1 滌綸原樣和預(yù)處理后滌綸的官能團(tuán)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2 預(yù)處理滌綸表面電位分析

圖2為滌綸織物表面經(jīng)過(guò)預(yù)處理的Zeta電位圖。滌綸原樣的電位為-4.36 mV，呈負(fù)電性，經(jīng)堿減量預(yù)處理后，滌綸表面負(fù)電子增多，電位變?yōu)?26.90 mV；經(jīng)等離子體預(yù)處理后，表面電位變?yōu)?8.89 mV；經(jīng)堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理后，表面電位變?yōu)?42.30 mV。相比單一的預(yù)處理，纖維表面負(fù)電荷增加較多，這是因?yàn)槔w維表面經(jīng)過(guò)復(fù)合處理后帶負(fù)電的極性基團(tuán)急劇增多。

圖2 滌綸表面的Zeta電位值

2.3 預(yù)處理滌綸形貌結(jié)構(gòu)分析

圖3為預(yù)處理前后滌綸纖維表面的掃描電鏡圖。經(jīng)堿減量預(yù)處理后，表面酯鍵斷裂，織物表面會(huì)出現(xiàn)刻蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致織物質(zhì)量減小，同時(shí)纖維表面出現(xiàn)了明顯的凹坑，增大了纖維的比表面積，為后續(xù)納米銀提供了更多的負(fù)載場(chǎng)所。經(jīng)等離子體預(yù)處理后，滌綸表面出現(xiàn)微槽，這是因?yàn)椴环€(wěn)定的電漿體在電磁場(chǎng)的作用下轟擊到纖維表面產(chǎn)生刻蝕，但是相比堿減量的刻蝕更輕微，而聯(lián)合預(yù)處理滌綸表面微槽和凹坑更加明顯。

圖3 預(yù)處理前后滌綸織物纖維縱向表面SEM圖

2.4 預(yù)處理滌綸親疏水性分析

圖4為經(jīng)過(guò)預(yù)處理的滌綸織物的親水接觸角，滌綸原樣的親水接觸角為123.5°，纖維表面是疏水的；經(jīng)過(guò)堿減量預(yù)處理后，滌綸的親水接觸角變?yōu)?5.6°；經(jīng)過(guò)等離子體預(yù)處理后，滌綸表面的親水接觸角變?yōu)?6.1°；經(jīng)過(guò)堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理后，滌綸表面的親水接觸角變?yōu)?0.3°，表現(xiàn)出一定的親水性。這是因?yàn)榻?jīng)堿減量預(yù)處理后，織物的比表面積增大，增強(qiáng)了滌綸毛細(xì)管效應(yīng)[3]，吸水性明顯增加；經(jīng)等離子體處理后，纖維表面還出現(xiàn)了大量的活性基團(tuán)，與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成新的極性基團(tuán)，形成親水中心；經(jīng)過(guò)聯(lián)合預(yù)處理的滌綸將兩者的作用復(fù)合起來(lái)，親水性得到顯著提高，為后道滌綸織物的功能化改性提供了有利條件。

圖4 預(yù)處理后織物的親水接觸角

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，堿減量預(yù)處理、等離子體預(yù)處理和堿減量-等離子體聯(lián)合預(yù)處理可以活化纖維表面層，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，纖維表面的電負(fù)性增強(qiáng)、親水性提高。其中，聯(lián)合預(yù)處理效果最為顯著，Zeta電位值由-4.36 mV變?yōu)?43.20 mV，表明其與陽(yáng)離子的靜電吸附能力增強(qiáng)，表面含氧官能團(tuán)顯著增多，親水性提高，處理后的織物表面比表面積增大，此時(shí)的滌綸織物表面性能較為優(yōu)異，為功能性整理提供了有利條件。