专利名称：一种对聚酯长纤的远程等离子表面改性的方法
技术领域：
本发明涉及聚酯纤维材料表面改性的方法，特别是涉及一种对聚酯长纤的远程等离子表面改性的方法，具体地说是一种对聚酯长纤的远程等离子一步法表面改性的方法。
背景技术：
等离子体是物质的第四态，是由大量电子、阳离子、自由基组成，这些具有高活性及高能量的微观粒子可以与材料表面发生作用，从而在不改变材料本体性能的基础上，赋予材料以新的特性，如粘接性、反应性、生物相容性、吸水性等，从而大幅度拓展材料的使用领域。目前在材料改性领域中较为常用的是低温等离子改性，通常在真空条件下，利用电容或电感激发产生等离子，从而对放置于等离子放电区中的材料表面进行改性。但在利用这些常规等离子处理材料时，由于等离子条件受到电场强度、压力变化等显著影响，在等离子体中电子能量具有较宽的分布，含有部分高能粒子，因此会造成等离子解离，使材料性能发生劣化。
发明内容
本发明采用远程等离子来进行材料表面处理即可有效地解决现有技术存在的问题。远程等离子是指将待处理的材料不直接放置在等离子放电区，而是放置于沿气流方向等离子放电区下游某一距离处，由此，在产生的等离子中的各种活性粒子、高能粒子并不直接与待处理的材料表面接触，这些活性粒子、高能粒子可能随处理气体一起运动，由于高能粒子的寿命较短，而活性粒子的寿命较长，因此，在这些粒子随着处理气体的运动过程中， 只有活性粒子可以到达待处理材料表面，由此，既可以避免由于高能粒子的轰击、刻蚀所造成的材料性能的劣化，同时又能使材料表面进行相应的改性，因此远程等离子表面改性对聚合物特别适宜。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)分子链中含有苯环和酯基，分子链比较刚性，结构规整，在制备PET纤维，分子链受到拉仲作用而产生明显的取向和结晶作用，因此，其拉仲强度、拉仲弹性模量及抗皱性良好，但正是由于在聚酯纤维制备过程中的结晶和取向作用， 再加上PET中的酯基极性较弱，导致所制备的涤纶表面极性低，染色性能差，与复合材料的结合能力弱。也有人采用化学反应方法如碱减量等来处理涤纶纤维，但采用这些方法会对 PET纤维的结构和表面形态产生不利影响，进而影响到聚酯纤维的性能，同时必须对污水进行处理，否则会造成环境污染。将聚酯纤维置于等离子区中，在等离子作用下，可以在聚酯纤维表面形成活性点， 这些活性点可以引发进一步的表面改性，使聚酯纤维表面接枝生成具有反应性官能团，从而改善聚酯纤维的表面性质，使其能适应染色或与聚合物基体产生较强的作用。在利用等离子进行聚酯纤维表面处理时，目前，一方面是对由聚酯纤维织成的织物进行处理，另一种方法是是对聚酯纤维进行两步法处理。在这些处理过程中，通常先用等离子体处理聚酯织物或纤维表面，然后将处理过的织物或纤维取出后再浸入带双键等官能团的反应物中进行接枝反应。但目前对织物或纤维的等离子改性中所采用的两步法过程， 增加了处理设备，产生处理污水，同时也难于进行工业化生产。在利用常规等离子处理聚酯纤维时，由于等离子条件受到电场强度、压力变化等显著影响，在等离子体中电子能量具有较宽的分布，含有部分高能粒子，因此会造成纤维表面发生解离，使纤维性能发生劣化。而采用远程等离子来进行材料表面处理即可有效地解决这一问题。目前，利用二氧化硫远程等离子体一步法处理聚酯纤维使其表面引入磺酸基的研究尚未见报道。远程等离子改性是一种干式工艺，省去了湿法化学处理过程中不可缺少的烘干、 废水处理等工序，因此具有诸多优点，如处理时间短，不影响涤纶纤维的结构和力学性能； 所选用的反应物范围广，可以根据需要选择合适的反应物；改性处理过程基本不产生废弃物，不会对环境造成显著影响，因此受到国内外的广泛兴趣。本发明所采用的是一步法远程等离子体表面改性聚酯长纤的方法，将二氧化硫气体与载流气体氧气按合理的体积比例同时引入到等离子体中，在等离子作用下，产生自由基，引发二氧化硫单体在聚酯纤维表面直接进行磺化，从而在聚酯纤维表面引入磺酸基团。 磺酸基具强极性及较强的反应能力，因此在聚酯纤维表面引入磺酸基后，能赋予纤维以极性和反应性，同时磺酸基团具有良好的抗凝血性能，因此能扩展聚酯纤维的功能性和反应性。在以后的染色过程或用于结构复合材料、生物复合材料时改进与基体材料的表面结合性能。从而达到对聚酯纤维表面进行改性的目的。本发明的一种对聚酯长纤的远程等离子表面改性的方法，先待处理聚酯长纤样品放入等离子设备中，将等离子设备抽真空，然后将二氧化硫与氧气按合理的体积比例同时引入到等离子体设备中，在电源引发的电场作用下放电产生等离子，所产生的等离子在待改性聚酯长纤表面进行反应而达到改性作用，将待处理聚酯长纤样品放置于顺气流方向下游距离等离子放电区一定的放置距离；所述的一定放置距离为5 60cm ；所述的合理的体积比例为二氧化硫的体积占二氧化硫与氧气总体积总体积的 10% 90% ；所述的真空是指真空度为IX 10_2 5X 10_2Pa。作为优选的技术方案如上所述的一种远程等离子表面改性的方法，所述电场的放电功率为IOW 100W，所述的电场作用的时间为5 120s。如上所述的一种远程等离子表面改性的方法，所述的二氧化硫与氧气同时引入到等离子体中的压强为5 lOOPa。有益效果本发明的一种一步法远程等离子表面改性的方法可以避免由于高能粒子的轰击、 刻蚀所造成的材料性能的劣化，同时又能使材料表面进行相应的改性，因此远程等离子表面改性对聚合物特别适宜。经远程等离子处理后，待处理材料表面发生化学反应而达到改性目的，可以改变待处理材料表面的亲水性/憎水性、粘接性、吸湿性、反应性及生物相容性，从而拓展材料的应用领域。
附图是本发明的一种远程等离子表面改性的方法处理示意图其中1是二氧化硫与氧气2是放电区3是放置距离4是抽真空5是待处理聚酯长纤样品6是电源
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明的一种对聚酯长纤的远程等离子表面改性的方法，先待处理聚酯长纤样品 5放入等离子设备中，将等离子设备抽真空4，然后将二氧化硫与氧气1按合理的体积比例同时引入到等离子体设备中，在电源6引发的电场作用下放电产生等离子，所产生的等离子在待改性聚酯长纤表面进行反应而达到改性作用，将待处理聚酯长纤样品5放置于顺气流方向下游距离等离子放电区2 —定的放置距离3 ；所述的一定放置距离为5 60cm ；所述的合理的体积比例为二氧化硫的体积占二氧化硫与氧气总体积总体积的 10% 90% ；所述的真空是指真空度为1 X 10_2 5 X IO-2Pa0作为优选的技术方案如上所述的一种远程等离子表面改性的方法，所述电场的放电功率为IOW 100W，所述的电场作用的时间为5 120s。如上所述的一种远程等离子表面改性的方法，所述的二氧化硫与氧气同时引入到等离子体中的压强为5 lOOPa。实施例1将规格为73dtex/192f的圆形截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区5cm处，将等离子抽至真空度为1 X 10 ,以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为10%，气体压强为 5Pa，放电功率为100W，经k放电处理后得到磺酸基改性纤维。实施例2将规格为73dtex/192f的圆形截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区60cm处，将等离子抽至真空度为5X10_2Pa，以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为90%，气体压强为 lOOPa，放电功率为100W，经120s放电处理后得到磺酸基改性纤维。实施例3将规格为73dtex/192f的圆形截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区IOcm处，将等离子抽至真空度为lX10_2Pa，以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为50%，气体压强为 30Pa，放电功率为20W，经30s放电处理后得到磺酸基改性纤维。
实施例4将规格为73dtex/192f的圆形截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区20cm处，将等离子抽至真空度为lX10_2Pa，以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为50%，气体压强为 50Pa，放电功率为50W，经60s放电处理后得到磺酸基改性纤维。实施例5将规格为73dtex/192f的圆形截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区50cm处，将等离子抽至真空度为lX10_2Pa，以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为50%，气体压强为 50Pa，放电功率为80W，经60s放电处理后得到磺酸基改性纤维。实施例6将规格为73dtex/192f的圆形截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区50cm处，将等离子抽至真空度为lX10_2Pa，以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为50%，气体压强为 70Pa，放电功率为80W，经60s放电处理后得到磺酸基改性纤维。实施例7将规格为73dtex/192f的圆形截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区50cm处，将等离子抽至真空度为lX10_2Pa，以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为40%，气体压强为 90Pa，放电功率为80W，经IOOs放电处理后得到磺酸基改性纤维。实施例8将规格为61dtex/12f的扁平截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区20cm处，将等离子抽至真空度为lX10_2Pa，以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为60%，气体压强为 50Pa，放电功率为80W，经60s放电处理后得到磺酸基改性纤维。实施例8将规格为53dtex/36f的三角截面聚酯FDY纤维放置于顺气流方向下游距等离子放电区20cm处，将等离子抽至真空度为lX10_2Pa，以氧气为载流气体，二氧化硫为改性气体，将氧气/ 二氧化硫作为混合气体通入等离子中，二氧化硫体积含量为70%，气体压强为 50Pa，放电功率为80W，经60s放电处理后得到磺酸基改性纤维。表1是未处理纤维及处理纤维的性能的对比表表 权利要求
1.一种对聚酯长纤的远程等离子表面改性的方法，先将等离子设备抽真空，然后将二氧化硫与氧气按合理的体积比例同时引入到等离子体设备中，在电场作用下放电产生等离子，所产生的等离子在待改性聚酯长纤表面进行反应而达到改性作用，其特征是将待改性聚酯长纤放置于顺气流方向下游距离等离子放电区一定距离；所述的一定距离为5 60cm ；所述的合理的体积比例为二氧化硫的体积占二氧化硫与氧气总体积的10% 90% ； 所述的真空是指真空度为1X10—2 5X10_2Pa。
2.根据权利要求1所述的一种对聚酯长纤的远程等离子表面改性的方法，其特征在于，所述电场的放电功率为IOW 100W，所述的电场作用的时间为5 120s。
3.根据权利要求1所述的一种对聚酯长纤的远程等离子表面改性的方法，其特征在于，所述的二氧化硫与氧气同时引入到等离子体中的压强为5 lOOPa。
全文摘要
本发明涉及聚酯纤维材料表面改性的方法，特别是涉及一种对聚酯长纤的远程等离子表面改性的方法，先将等离子设备抽真空，然后将二氧化硫与氧气按合理的体积比例同时引入到等离子体设备中，在电场作用下放电产生等离子，所产生的等离子在待改性材料表面进行反应而达到改性作用，其特征是将待改性聚酯长纤放置于顺气流方向下游距离等离子放电区一定距离。针对常规等离子在聚酯纤维表面处理过程中存在的问题，如在改性的同时，高能粒子会对纤维材料表面进行轰击而造成纤维材料性能劣化，因此提出采用远程等离子的处理方法。经过远程等离子处理，材料的表面进行了改性，而其它性能基本保持稳定。
文档编号D06M10/06GK102392345SQ20111025872
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者丁建中, 汤方明, 沈风雷, 王丽丽, 陈国强 申请人:江苏恒力化纤股份有限公司