等离子体改性羊毛.ppt

文档介绍：等离子体改性羊毛
气体放电类型
根据气体放电强度由弱到强的不同, 放电的四种类型:
汤生放电:当电压到达某一临界值时,极间气体被击穿,电流急剧上升,此时撤离外界电离剂仍能维持放电,这就是汤生放电,亦称自持放电;
电晕放电:气体被强电场击穿,内阻降低, 极间电压减小,产生较强烈的激发和电离,出现电极处较亮而周围昏暗的光晕,此过程为电晕放电;
辉光放电:随着电功率加大,放电电流继续上升,辉光逐渐扩展到两极间的整个放电空间,即是辉光放电;
弧光放电:若继续加大电压和放电电流,则放电发生质变,整个放电空间充满强烈的弧光和热,这种强烈放电称为弧光放电。
Fig. 1 – SEM photographs of wool fabric (A) untreated wool fabric and (B) corona discharge treated.
与未处理羊毛织物相比,电晕放电处理过的毛织物表面鳞片显然更松弛;另外,可见裂缝和孔洞。这是由于气体等离子体轰击织物表面引起刻蚀而产生的,因此样品表面更粗糙。
XPS分析
X 射线光电子能谱(XPS) 是一种表面敏感的分析技术,其测试深度在样品表面3~5 nm 内,即在羊毛纤维鳞片的最外表皮层(约5 nm 厚) 内. 该分析技术能定性定量地提供样品表面的元素和基团信息羊毛S(2p) 能谱图上的164 eV 峰、168 eV 峰分别归属于S2 + 、S6 + 物质。
未处理和电晕处理过的试样至少测量3个部位,分析面积1mm× 1mm。根据C1s,O1s,N1s和S2p不同的结合能决定各自不同的束缚原子相对数量。
Fig. 2 S(2p) spectra of untreated (a) and plasma treated (b) wool fabrics
由图2 可见,经低温等离子体处理后,羊毛的164 eV 峰基本消失,表明羊毛最外表皮层的胱氨酸基本氧化成S6 + 的氧化产物.
Fig. 3 – XPS images: overall scan of untreated (A) and treated wool surfaces (B).
由图3看出电晕放电处理后氧密度峰比未处理的高很多。
Table 1 : XPS analysis of Corona-treated wool sample parison to untreated
处理后羊毛表面元素组成分析
XPS分析深度小于10nm,所以上表只表明羊毛织物样品最外层的性能。高含量的碳原子是从羊毛纤维外层脂肪酸基团中获得的。
含有氧原子是由于亲水基团的存在,氮是从位于F层下面的蛋白质中产生的,硫来自于蛋白质和脂肪酸的硫酯键以及羊毛上表皮蛋白质二硫键。
从表面元素组成的分析数值可以看出,碳原子的量经等离子体处理后显著降低,而氧、氮原子增加。同时硫原子的量基本保持恒定,不过硫的化学形式可能有所改变。
Table 2 – Quantitative data of the XPS curves
如图所示经电晕放电处理后O/C比率增加。经过处理羊毛表面含氧基团增加是处理的目的。
改性机理
空气等离子气体中存在的大量的氧气和氮气粒子形成羰基,羧基,羟基,氨基等基团,使纤维表面通过氧化,接枝和粘合,发生化学和物理变化。由于烃链氧化和最外层脂肪酸的去除,低温等离子体处理使羊毛表面发生化学变化,改善了羊毛纤维的加工和性能特征,处理效果随着处理时间、压力和等离子气体的状态不同而不同。