准分子紫外辐射对纺织品的表面改性

摘要

实施无水染整的清洁生产是人们长期以来一直探索的课题，也是21世纪纺织加工的理想模式。准分子紫外灯是一种新型高强度非相干性单色紫外光源，利用纺织聚合物基质材料在特定波长的准分子紫外线照射下具有高的吸收性能，在纤维表面发生光化学反应，可以实现对纺织品的表面改性。准分子紫外灯以高辐射量、大辐照面积（目前可用的准分子紫外灯长达1.7 m）、操作简便等优点越来越受到人们的关注，它将是发展创新工艺的重要手段。
　　 本论文选择KrCl*（222 nm）和Xe2*(172 nm)准分子紫外灯，分别对普通合成纤维涤纶、天然蛋白质纤维羊毛、高性能纤维间位芳纶(Nomex(R)ⅢA)和碳纤维进行表面改性。借助现代测试分析技术，研究了辐照处理因素对纺织品表面性能的影响，探索新型紫外光源对纺织品光化学表面改性的基础理论和应用方法。这对开发新型环境友好的、具有我国自主知识产权的纺织品表面改性应用技术，具有极为重要的理论意义、指导作用和实用价值。
　　 涤纶以其强度高、实用性好等优点而成为目前世界上产量最大的合成纤维，但是，由于亲水性差而导致其可染性、服用舒适性差，直接影响了它的应用。利用涤纶对222 nm紫外光有强吸收的特性，本文选择KrCl*准分子紫外灯对涤纶织物进行辐照处理，在固定辐照间距(0.5 cm)和光源输出功率(1.5kW)的条件下，改变辐照时间来调节准分子紫外灯的辐射量，对涤纶织物进行表面改性，研究辐照处理对涤纶织物各理化性能的影响。SEM和XPS测试结果表明，随着辐射量的增大，纤维表面变粗糙，表面氧、碳元素相对含量比值( O/C)增大，极性基团增多;涤纶织物润湿性、光学和力学性能测试结果表明，KrCl*准分子紫外灯辐照处理改善了涤纶织物的表面润湿性，经过8 J/cm2辐射量的处理，对水的润湿时间从处理前的150 sec左右下降到28 sec，辐照处理染色样能够获得明显的深色效应，110℃下染色样K/S值比原样增加了1.9179，同时其白度值和断裂强力分别下降了1.30％、3.24％（经向）和1.54％（纬向）。
　　 作为毛纺工业主要原料的羊毛，其表面复杂的鳞片层结构成为染料、助剂的阻挡层，并使羊毛容易发生毡缩，因而极大地限制了它的应用。本文选用不同波长的KrCl*(222 nm)和Xe2*(172 nm)准分子紫外灯分别对羊毛织物进行辐照处理，SEM和XPS测试结果表明，经Xe2*准分子紫外灯辐照后，羊毛纤维表面受到剧烈刻蚀，表面更多的S-S键被氧化成SOx-;羊毛经KrCl*和Xe2*紫外灯辐照2 min后，织物表面对蒸馏水的接触角从原来的129.4°分别下降到119.2°、74.4°，而其染色样K/S值则分别增加了6.567、5.304;动态定向湿摩擦效应下降了35.29％、47.06％;泛黄指数分别增加了10.47、-0.39;断裂强力均有所上升。也就是说，Xe2*准分子紫外灯辐照羊毛织物2 min即可显著改善其表面润湿性和一定的防毡缩性，染色织物有明显的深色效应，同时不影响其黄度和力学性能。
　　 对于三大高性能纤维之一的间位芳纶织物，为了拓宽其在工业、民用、军用等方面的应用，改善其表面润湿性和粘结性，针对芳纶可强烈吸收172nm紫外光，本文选用Xe2*准分子紫外灯进行辐照处理，研究不同光子传输环境（空气、氮气和氩气）下辐照时间对织物理化性能的影响。SEM照片显示氮气下纤维表面被刻蚀得最严重，空气下次之;XPS测试显示，相比较于原样表面，空气中辐照样表面产生的亲水性-COOH含量最多，而氩气条件下却没有检测到。织物在空气、氮气和氩气下辐照处理后，润湿性均有明显改善，织物对蒸馏水的润湿时间随着辐照时间的延长而下降，处理2 min后，即从31.03 sec分别下降到9.32、2.79和10.15 sec;在此条件下尚无泛黄和强力损失。综合考虑处理效果、实验成本、效率等因素，空气条件下辐照2 min即可有效改善其润湿性，同时表面粘结强度增加93.57％，且不影响织物光学性能和力学性能。
　　 为了改善另一大高性能纤维碳纤维的表面性能，以利于增强复合材料，选用Xe2*准分子紫外灯进行辐照，SEM和XPS测试结果表明，纤维表面粗糙度增加，极性增强，辐照2min后，对环氧树脂的平衡吸附速率可提高150％左右，复合材料的短梁强度可提高约6.6％，弯曲强度提高约5.7％。
　　 本文将上述表面改性后的涤纶和芳纶织物浸渍于自制的Fe3O4磁流体中制备纳米功能纺织品。SEM和VSM测试结果表明，纺织品经相应准分子紫外灯辐照处理后，纤维表面形态变得粗糙，对磁性Fe3O4纳米粒子的吸附增多;磁性能随织物辐照时间的延长而增强，而随皂洗次数的增加减小甚微。因此，准分子紫外灯辐照处理可用于制备有一定牢度、无粘合剂的纳米功能纺织品。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 纺织品表面改性

1．1．1 纺织品表面改性的目的和意义

1．1．2 纺织品表面改性的内容

1．1．3 纺织品表面改性的方法及研究进展

1．2 准分子紫外灯表面处理

1．2．1 准分子形成的原理以及准分子紫外灯的光谱

1．2．2 准分子紫外灯区别于其它UV和VUV辐射光源的特性

1．2．3 准分子紫外灯对纺织品表面处理的研究进展

1．2．4 准分子紫外灯对纺织品表面处理作用(机理)

1．3 本论文的研究内容、目的、意义和创新点

参考文献

第二章 准分子紫外辐射对涤纶的表面改性

2．1 引言

2．2 实验方法

2．2．1 实验材料及化学试剂

2．2．2 准分子紫外灯辐照装置

2．2．3 实验仪器设备

2．2．4 实验方法

2．2．5 测试方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 准分子紫外灯处理对涤纶纤维表面形态的影响

2．3．2 准分子紫外灯处理对涤纶纤维表面化学结构的影响

2．3．3 准分子紫外灯处理对涤纶织物润湿性能的影响

2．3．4 准分子紫外灯处理对涤纶织物光学性能的影响

2．3．5 准分子紫外灯处理对涤纶织物力学性能的影响

2．4 本章小结

参考文献

第三章 准分子紫外辐射对羊毛的表面改性

3．1 引言

3．2 实验方法

3．2．1 实验材料及化学试剂

3．2．2 准分子紫外灯辐照装置

3．2．3 实验仪器设备

3．2．4 实验方法

3．2．5 测试方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同准分子紫外灯处理对羊毛纤维表面形态的影响

3．3．2 不同准分子紫外灯处理对羊毛纤维表面化学结构的影响

3．3．3 不同准分子紫外灯处理对羊毛织物润湿性的影响

3．3．4 不同准分子紫外灯处理对羊毛织物光学性能的影响

3．3．5 不同准分子紫外灯处理条件对羊毛织物毡缩性的影响

3．3．6 不同准分子紫外灯处理条件对羊毛织物力学性能的影响

3．4 本章小结

参考文献

第四章 准分子紫外辐射对间位芳纶(Nomex(R)ⅢA)的表面改性

4．1 引言

4．2 实验方法

4．2．1 实验材料及化学试剂

4．2．2 准分子紫外灯辐照装置

4．2．3 实验仪器设备

4．2．4 实验方法

4．2．5 测试方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同气氛下Xe2*准分子紫外灯辐照对Nomex(R)ⅢA纤维表面形态的影响

4．3．2 不同气氛下Xe2*准分子紫外灯辐照对Nomex(R)ⅢA表面化学组成的影响

4．3．3 不同气氛下Xe2*准分子紫外灯辐照对Nomex(R)ⅢA织物润湿性的影响

4．3．4 不同气氛下Xe2*准分子紫外灯辐照对Nomex(R)ⅢA织物光学性能——泛黄指数(YI)的影响

4．3．5 不同气氛下Xe2*准分子紫外灯辐照对Nomex(R)ⅢA织物力学性能的影响

4．3．6 Xez*准分子紫外灯辐照对Nomex(R)ⅢA织物表面粘结性的影响

4．4 本章小结

参考文献

第五章 准分子紫外辐射对碳纤维的表面改性

5．1 引言

5．2 实验方法

5．2．1 实验材料及化学试剂

5．2．2 仪器设备

5．2．3 准分子紫外灯辐照装置

5．2．4 实验方法

5．2．5 测试方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 Xe2*准分子紫外灯处理对碳纤维表面形态的影响

5．3．2 Xe2*准分子紫外灯处理对碳纤维表面化学结构的影响

5．3．3 Xe2*准分子紫外灯处理对碳纤维浸润性的影响

5．3．4 准分子紫外灯处理对碳纤维复合材料力学性能的影响

5．4 本章小结

参考文献

第六章 利用准分子紫外辐射制备纳米功能纺织品

6．1 引言

6．2 实验方法

6．2．1 实验材料及化学试剂

6．2．2 准分子紫外灯辐照装置

6．2．3 实验仪器设备

6．2．4 实验方法

6．2．5 测试方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 磁性纳米粒子的物相分析

6．3．2 磁性纳米粒子的形貌分析

6．3．3 磁性纤维的表面形态分析

6．3．4 纳米磁性纺织品的磁性能分析

6．4 本章小结

参考文献

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

攻读博士学位期间发表的论文

致谢