預處理對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 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021）

在滌綸加工處理中，相關人員常通過堿減量改變其表面特性、增強其毛細管效應、提高回潮率，使滌綸具有仿真絲特性，增強滌綸的親水性，消除極光并緩解易起靜電問題等[1]。等離子體的原理是通過電子碰撞和光化學過程分解分子，產生高密度的自由基，導致纖維聚合物表面化學鍵被破壞，促使新化學物質形成，通過產生的活性基團來改變纖維表面的性能[2]。本實驗采用堿減量預處理法、等離子體預處理法、堿減量-等離子體聯合預處理法對滌綸織物進行表面處理，研究這3種方法對纖維性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與實驗儀器

實驗材料：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。

實驗儀器：S-4800型冷場發射掃描電鏡（日本日立公司）；D8 Advance型X射線衍射儀（德國BRUKER AXS公司）；Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀（美國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型電熱鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）；Diamond TG DTA型熱分析儀（美國珀金埃爾默有限公司）；Axis Ultra型X射線衍射光譜儀（島津/KRATOS公司）；Zetasizer Nano ZS90型馬爾文納米粒徑電位分析儀（英國Malvern公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 堿減量預處理

對織物先用無水乙醇進行超聲醇洗30 min，再將織物烘干備用，在90 ℃水浴條件下，用質量濃度為10 g/L的NaOH溶液處理滌綸織物60 min，使用質量分數為0.05%的促進劑CTAB，浴比為1∶50。

1.2.2 等離子體預處理

對織物先用無水乙醇進行超聲醇洗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后排空處理室內的氣體，取出樣品放入真空袋中。

1.2.3 堿減量-等離子體聯合預處理

先對織物進行堿減量預處理，再對經堿減量預處理后的織物進行等離子體處理。

1.3 測試部分

1.3.1 X射線光電子能譜

采用Axis Ultra HAS型X射線光電子能譜儀（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）測定滌綸織物表面的化學組成，測試條件如下：X射線源為單色Alka（hv=1 361.0 eV），功率為300 W，電壓為15 kV。之后使用XPSPEAK41軟件對測試的數據進行分峰擬合和分析。

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小狀，用濃度為0.001 mol/L的KCl溶液，將纖維配制成質量分數為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量池中，測量樣品的電位，在測試過程中，將溫度設定為25 ℃，每個樣品重復測試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上，用導電膠固定，鍍金后置于S-4800型掃描電子顯微鏡的載物臺上觀察表面形貌。

1.3.4 親水接觸角測試

用OCAT21接觸角分析儀測定織物對水的接觸角，測試所用水的體積為6 μL，每個樣品選取5個不同位置作為測試點，取其平均值。

2 結果與討論

2.1 預處理滌綸表面元素分析

為了分析滌綸表面官能團的變化，對滌綸原樣和預處理樣進行了XPS分析（圖1），表1為對應的官能團質量分數。圖1中的（a）（b）（c）（d）分別對應滌綸原樣、堿減量預處理滌綸、等離子體預處理滌綸、堿減量-等離子體聯合預處理滌綸在284.8、286.0、288.2 eV處檢測到的C—C鍵、C—O鍵、C=O鍵吸收峰，可以看出，經過堿減量-等離子體聯合預處理后，織物表面的活性官能團變化最顯著。表1數據顯示，原滌綸表面C—C鍵質量分數為52.00%，經過堿減量預處理后變為50.00%，C—O鍵和C=O鍵的質量分數分別變為29.00%和22.00%。經過堿減量預處理后，織物表面增加的含氧官能團不多，這是因為經過堿減量預處理后，活性基團僅在分子鏈斷裂處出現少量親水基團；經過等離子體預處理后，滌綸表面C—C鍵的質量分數降為39.00%，而C—O鍵和C=O鍵的質量分數提升為33.00%和28.00%，含氧官能團的質量分數明顯提高，原因是滌綸纖維中的大分子鏈被等離子體產生的高速粒子破壞，并被氧化產生大量的含氧基團；經堿減量-等離子體聯合預處理后，表面C—C鍵的質量分數由52.00%變為27.00%，而C—O鍵和C=O的質量分數分別提高至50.00%和23.00%，原因是滌綸纖維被堿減量預處理后，部分分子鏈斷裂產生了少量的親水基團，且比表面積增大，再在表面用等離子體處理，會有更多大分子鏈被等離子體產生的高速粒子破壞，已經具有親水性的織物經堿減量預處理后親水性更強，并被氧化產生大量的含氧基團，這些活性基團富集在纖維表面。

圖1 滌綸原樣和預處理后滌綸的C1s XPS能譜

表1 滌綸原樣和預處理后滌綸的官能團質量分數

2.2 預處理滌綸表面電位分析

圖2為滌綸織物表面經過預處理的Zeta電位圖。滌綸原樣的電位為-4.36 mV，呈負電性，經堿減量預處理后，滌綸表面負電子增多，電位變為-26.90 mV；經等離子體預處理后，表面電位變為-8.89 mV；經堿減量-等離子體聯合預處理后，表面電位變為-42.30 mV。相比單一的預處理，纖維表面負電荷增加較多，這是因為纖維表面經過復合處理后帶負電的極性基團急劇增多。

圖2 滌綸表面的Zeta電位值

2.3 預處理滌綸形貌結構分析

圖3為預處理前后滌綸纖維表面的掃描電鏡圖。經堿減量預處理后，表面酯鍵斷裂，織物表面會出現刻蝕現象，導致織物質量減小，同時纖維表面出現了明顯的凹坑，增大了纖維的比表面積，為后續納米銀提供了更多的負載場所。經等離子體預處理后，滌綸表面出現微槽，這是因為不穩定的電漿體在電磁場的作用下轟擊到纖維表面產生刻蝕，但是相比堿減量的刻蝕更輕微，而聯合預處理滌綸表面微槽和凹坑更加明顯。

圖3 預處理前后滌綸織物纖維縱向表面SEM圖

2.4 預處理滌綸親疏水性分析

圖4為經過預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；經過堿減量預處理后，滌綸的親水接觸角變為55.6°；經過等離子體預處理后，滌綸表面的親水接觸角變為46.1°；經過堿減量-等離子體聯合預處理后，滌綸表面的親水接觸角變為30.3°，表現出一定的親水性。這是因為經堿減量預處理后，織物的比表面積增大，增強了滌綸毛細管效應[3]，吸水性明顯增加；經等離子體處理后，纖維表面還出現了大量的活性基團，與空氣中的氧氣發生反應，生成新的極性基團，形成親水中心；經過聯合預處理的滌綸將兩者的作用復合起來，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 預處理后織物的親水接觸角

3 結語

實驗結果表明，堿減量預處理、等離子體預處理和堿減量-等離子體聯合預處理可以活化纖維表面層，經過預處理后，纖維表面的電負性增強、親水性提高。其中，聯合預處理效果最為顯著，Zeta電位值由-4.36 mV變為-43.20 mV，表明其與陽離子的靜電吸附能力增強，表面含氧官能團顯著增多，親水性提高，處理后的織物表面比表面積增大，此時的滌綸織物表面性能較為優異，為功能性整理提供了有利條件。