輻射能在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

1、輻射能在紡織工業(yè)中的應(yīng)用 趙華國(guó) 紡碩1002 2100018摘要：文章簡(jiǎn)要介紹了紫外輻射、紅外輻射、等輻射在紡織工業(yè)中的應(yīng)用，利用輻射進(jìn)行纖維改性，使纖維具有更好的性能；輻射在染整行業(yè)中的應(yīng)用，改善了傳統(tǒng)染整行業(yè)對(duì)環(huán)境的污染；紅外輻射加熱在織物后整理方面的應(yīng)用等。關(guān)鍵詞：紫外輻射，紅外輻射，纖維改性，染整 隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)輻射能的了解和可控力的加強(qiáng)，輻射能越來(lái)越多的應(yīng)用在紡織行業(yè)，是紡織行業(yè)煥發(fā)生機(jī)，提高了紡織行業(yè)的科技水平，越來(lái)越受到人們的重視。1.1 輻射能在纖維改性中的應(yīng)用高能輻射引起的紡織纖維有效改性，從上世紀(jì)50年代就引起了人們的重視，高能輻射在紡織纖維改性中的特點(diǎn)有：能量利

2、用率高，可以節(jié)能；可以生產(chǎn)出常規(guī)方法難以得到的、性質(zhì)獨(dú)特的產(chǎn)品；節(jié)約場(chǎng)地、減少環(huán)境污染，隨著輻射源特別是電子加速器價(jià)格不斷下降、紡織纖維輻射改性技術(shù)和工藝條件逐漸成熟，它在紡織工業(yè)中的應(yīng)用有著良好的前景。1.1.1 聚酯纖維的輻射接枝改性聚醋纖維具有良好的力學(xué)性能，但分子結(jié)構(gòu)中缺少親水性的基團(tuán)，使其吸濕性和抗靜電性較差，回潮率只有0.40%。為了改善聚酯纖維的服用性能，提高其吸濕性，國(guó)內(nèi)外國(guó)用丙烯酸與聚酯纖維進(jìn)行化學(xué)接枝和物理接枝共聚改性。物理接枝中紫外光接枝既可達(dá)到表面改性的目的，又保持材料自身性能，且紫外光照射無(wú)污染、反應(yīng)程度易控制，受到人們的重視。聚酯纖維經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的間甲酚在60

3、度條件下浸泡2小時(shí)，然后再用濃度為0.2mol/L的二苯甲酮的丙酮溶液浸泡1個(gè)小時(shí)，最后用紫外光照射2個(gè)小時(shí)，聚酯纖維的回潮率由0.4%提高至3.04%1。聚酯纖維的阻燃性問(wèn)題也可通過(guò)輻射接枝改性得到很好的改善。輻射接枝改進(jìn)聚酯纖維的阻燃性至今有引進(jìn)氯、溴和磷等加工法，將聚酯纖維置于氯氣中，室溫下用-射線輻照就能發(fā)生氯化反應(yīng)，只要引入百分之幾的氯，就具有阻燃性，當(dāng)引入15%氯時(shí)，纖維就有自熄性2。1.1.2 聚氯乙烯纖維的輻射接枝改性3聚氯乙烯纖維是一種難燃，廉價(jià)的合成纖維，但其熱軟化溫度低，熱穩(wěn)定差。纖維加熱超過(guò)70oC就開始收縮，到150oC有80%的收縮。180oC時(shí)少量負(fù)荷就斷裂，此外

4、聚氯乙烯纖維具有疏水性，易帶靜電及吸汗性差，因此采用輻射接枝法，可以改進(jìn)熱穩(wěn)定性及親水性，且不損傷纖維的難燃性。聚氯乙烯纖維輻射接枝丙烯酸時(shí)，用二氯乙烯作溶脹劑，接枝介質(zhì)中加入少量的硫酸亞鐵按等金屬鹽。截止后將丙烯酸轉(zhuǎn)成鈣鹽，即具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，加熱到300oC也不熔斷，最大收縮率僅為10%，經(jīng)這種處理的聚氯乙烯纖維仍保持自熄性和親水性。1.1.3 棉纖維的輻射接枝抗皺改進(jìn)4棉纖維經(jīng)輻射后會(huì)產(chǎn)生脫氫效應(yīng)，生成自由基，此自由基一般產(chǎn)生在C5位置，即：如果此時(shí)有乙烯基單體存在就可以引發(fā)接枝聚合反應(yīng)。許多學(xué)者如Authur、Dasgupta及Majum-da研究了棉纖維上直接接枝苯乙烯,發(fā)現(xiàn)其抗皺

5、性、染色性及力學(xué)性能均有提高,同時(shí)Robert和Arthur利用棉纖維上輻照接枝丙烯腈以改善棉纖維的抗皺性等。Armstrong和Rutherford利用乙炔作為多功能團(tuán)單體使許多不同紡織纖維發(fā)生輻射交聯(lián)反應(yīng),特別是應(yīng)用這些技術(shù)能賦予棉與棉混紡織物較好的折皺回復(fù)性和耐久性壓燙特性,并且他們初步探索、研究了輻射接枝的氣相技術(shù)。在1965年Walsh利用Co-60發(fā)出的-射線輻射接枝了兩個(gè)系列,含有多功能官能團(tuán)的乙烯基單體到棉織物纖維上。在第一個(gè)系列中,通常為丙烯酸丙酯和乙二醇雙丙烯酸酯,單體的兩個(gè)功能團(tuán)都受輻射活化(乙烯基),在這種情況下只需利用-射線輻射一步完成交聯(lián)。在第二個(gè)系列中,單體除一個(gè)

6、乙烯基外,還含有一個(gè)能與纖維素纖維羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的功能團(tuán),如N-羥甲基丙烯酰胺和丙烯酸縮水甘油酯等。然后可通過(guò)輻射和催化使交聯(lián)完成,在兩步交聯(lián)過(guò)程中,利用N-羥甲基丙烯酰胺可獲得最佳抗皺效果,經(jīng)此改性過(guò)的所有織物的折皺回復(fù)角度都達(dá)到240或更高,達(dá)到了耐久壓燙的目的。電子加速器的成功引入將會(huì)使此工藝的前景更加明朗化。Nasr研究了采用N-羥甲基丙烯酰胺之類的含有多官能團(tuán)的化合物作單體與棉布共輻照得到了干、濕態(tài)彈性回復(fù)能力都較好的棉織物。在此基礎(chǔ)上他們又在棉布纖維上接枝上丙烯酸和馬來(lái)酸以催化加速N-羥甲基丙烯酰胺的側(cè)基羥甲基基團(tuán)與棉纖維的反應(yīng),進(jìn)一步提高了棉織物的折皺回復(fù)性,而Nokmana、

7、Poktnoy及其同事則采用先將棉纖維用丙烯酸或甲基丙烯酸預(yù)處理,再進(jìn)行輻射接枝的方法達(dá)到了改善棉織物折皺回復(fù)性的目的1.1.4變性淀粉輻射改性5通過(guò)粒子的高能輻射,將淀粉大分子中的C-C鍵、C-O鍵和C-H鍵打斷,使得淀粉大分子斷裂,聚合度下降,其漿液粘度隨之降低。由于高能射線均勻地穿透固態(tài)淀粉的最厚部分,在其作用下生成的初始自由基可以均勻地分布在淀粉顆粒的無(wú)定型區(qū)和結(jié)晶區(qū)中,即在淀粉顆粒中均勻分布著許多具有反應(yīng)活性的活性粒子;因此,在有氧條件下自由基能與氧氣迅速結(jié)合,生成室溫下較穩(wěn)定的(氫)過(guò)氧化物。經(jīng)高能射線變性的淀粉,因(氫)過(guò)氧化物和陷落自由基的存在,溶解時(shí)在高溫和水溶液中過(guò)氧化物分

8、解,重新給出活化的自由基,并與溶液中的某些單體和聚合物發(fā)生反應(yīng)。結(jié)果表明，輻射變性淀粉用于經(jīng)紗上漿相對(duì)原化學(xué)變性淀粉可提高機(jī)織效率5%20%，上漿成本下降10%20%?？刹糠痔娲鶳VA漿料，減少了PVA對(duì)環(huán)境的污染，具有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。1.1.5超高分子量聚乙烯纖維的表面紫外輻射接枝改性6超高分子量聚乙烯纖維質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐磨損、耐彎曲、耐化學(xué)腐蝕、耐沖擊、耐低溫、耐疲勞、耐紫外線、耐Y射線，兼有優(yōu)良的電氣絕緣性能和自潤(rùn)滑性能，而且它的價(jià)格要遠(yuǎn)低于碳纖維，用其增強(qiáng)的復(fù)合材料在多個(gè)領(lǐng)域比如在油氣管道外缺陷修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)中成為具有競(jìng)爭(zhēng)力的碳纖維復(fù)合材料的替代品，制作復(fù)合材料最關(guān)鍵的問(wèn)題是超高分子

9、量聚乙烯纖維與集體如樹脂的粘結(jié)性，由于紫外輻射接枝改性方法，改性嚴(yán)格限于表面，反應(yīng)易于控制，能源低，效率高，無(wú)污染，一次性投資成本低，適合連續(xù)化生產(chǎn)，易在工業(yè)中普及應(yīng)用，非常適合可持續(xù)發(fā)展要求，屬于綠色工業(yè)技術(shù)。1.1.6真絲纖維的輻射接枝改性7殼聚糖具有很好的抗菌防霉能力，又具有吸濕性,接枝后可提高真絲纖維與皮膚接觸的舒適感；此外，殼聚糖對(duì)真絲織物的抗皺性能也有改善作用。利用馬來(lái)酸酐作“粘合劑”，通過(guò)輻射對(duì)真絲纖維接枝殼聚糖課明顯改善其性能：在馬來(lái)酸酐和殼聚糖的濃度f(wàn)enbiewie6%he0.5%，接枝率在6%左右時(shí)，改性的性能最佳，改性后真絲纖維的褶皺回復(fù)角改善，可達(dá)302o，并具有較好

10、的白度(80%)和斷裂強(qiáng)力(290N)。2.1 紅外輻射加熱在織物后整理上的應(yīng)用8近年來(lái),紅外輻射加熱已廣泛應(yīng)用在熱溶染色的預(yù)烘機(jī)、樹脂整理機(jī)及拉幅定形機(jī)上。紡織品均由高分子化合物組成,它主要吸收中、遠(yuǎn)紅外波段紅外輻射能。因此,只要在應(yīng)用紅外輻射過(guò)程中調(diào)整好紅外輻射器的發(fā)射光譜,使其覆蓋絕大部分紡織品吸收波段上,并解決好紅外加熱溫度的均勻度問(wèn)題,即可達(dá)到節(jié)能高效、應(yīng)用方便等效果。為了調(diào)整紅外輻射器的發(fā)射光譜，在雙源紅外輻射器的陶瓷化涂層中摻雜MnO2和ZnO等過(guò)度族金屬氧化物，很好的控制了輻射波段，此技術(shù)在天津天泰集團(tuán)染織廠的色織布后定形及浙江永通集團(tuán)印花分廠的印花后定形的應(yīng)用中均收到良好效果

11、,同時(shí)節(jié)電效果顯著。當(dāng)車速在4560 m/min時(shí),耗電量不到100 kW,并停用了熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)、高壓油泵、電機(jī)等60 kW左右電量,這樣只增加了30 kW電耗便可將油鍋爐停用,同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量,充分體現(xiàn)了紅外加熱的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。3.1 微波輻射處理印染廢水9微波輻射-均相Fenton氧化耦合混凝法特別適合于處理成分復(fù)雜(同時(shí)含親水和疏水性染料)的難處理印染廢水。該法對(duì)其中水溶性有機(jī)物、膠粒和疏水性物質(zhì)的同時(shí)去除及廢水的脫色較為有效：在H2O2和FeSO47H2O的質(zhì)量濃度分別為4. 8 g/L和0. 08 g/L,微波功率500 W,輻射處理1 min,PMSi質(zhì)量濃度為33. 6 mg/L的

12、最佳條件下,出水色度僅20倍左右,CODCr降到77. 04 mg/L,脫色率和CODCr去除率分別達(dá)到98%和95. 96%,出水主要水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到紡織染整工業(yè)水污染物排放iv級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB4287-92)。4.1輻射的其他應(yīng)用10四川省輕工研究所與四川省原子核技術(shù)應(yīng)用研究所用微波照射蠶蛹，即殺蛹有起烘燥作用，用此工藝控制回潮率10%12%，繅絲斷頭率由原50%降至10%，且絲束無(wú)污染，同時(shí)效率大大提高，與加熱法殺蛹烘房加工相比，由原來(lái)10小時(shí)縮短至1小時(shí)。在紡紗工藝中，軟膠輥、內(nèi)花紋膠圈與膠輥表面處理新技術(shù)相配套，在成紗質(zhì)量上的影響已超過(guò)了工藝、機(jī)械、管理因素。用紫外光照射過(guò)的膠輥，抗繞性強(qiáng)

13、，幾乎始終不繞花，操作方便，生產(chǎn)效率高，成紗質(zhì)量更好。在相同條件下，條干CV值得到改善(豫0.411.65百分點(diǎn)，滬0.7左右，魯純棉0.30.96、滌棉0.40.86)，粗細(xì)節(jié)及棉結(jié)也有不同程度降低。.絕大多數(shù)人認(rèn)為用紫外線處理無(wú)公害、改善工作環(huán)境、簡(jiǎn)便操作、投資少、見(jiàn)效快。上海市紡織科學(xué)研究院從事低溫等離子體處理滌綸結(jié)合堿減量仿真絲綢的研究項(xiàng)目已通過(guò)鑒定。低溫等離子體用于織物阻燃整理亦有探討。結(jié)論：（1）輻射能在紡織纖維改性方面發(fā)揮了巨大的作用，以上列舉了多種纖維的輻射改性處理，分別改善了聚酯纖維的吸濕性、聚氯乙烯纖維的熱穩(wěn)定性。棉纖維的抗皺性能。變性淀粉的上漿性能、超高分子量聚乙烯和基體

14、的粘結(jié)性能、真絲纖維的抗皺性能等，充分說(shuō)明了輻射在此領(lǐng)域的重要性。（2）另外輻射在織物的后整理和印染廢水的處理等方面也將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。（3）輻射能在紡織工業(yè)有許多的優(yōu)點(diǎn)，如反映在室溫下進(jìn)行、占地省、能量利用率高、沒(méi)有三廢污染等等，輻射能在紡織工業(yè)上的應(yīng)用一定會(huì)有很快的發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1 劉曉洪，輻射接枝改性聚酯纖維吸濕性的研究，合成纖維工業(yè)，2005（5）：20222 陳鶴鳴，聚酯纖維的輻射接枝改性3 陳鶴鳴，聚氯乙烯纖維的輻射接枝改性4 張麗艷，輻射接枝技術(shù)在纖維改性中的應(yīng)用，合成技術(shù)及應(yīng)用，1998（3）：20225 陳惠元，輻射變性淀粉在紡織上漿中的應(yīng)用，紡織科技進(jìn)展，2006（4）