大豆蛋白纤维及其产品常压等离子体改性研究
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摘要
等离子体技术在纺织领域的应用已经有几十年的历史，而且也取得了相当大的成就，但是，此前的研究多限于真空等离子体技术。由于对真空系统的依赖使得该技术很难实现工业化，多数研究只是停留在实验室。在纺织材料的表面改性方面，传统的常压等离子体发生器由于存在放电不均匀等问题，往往只能使材料表面性能得到部分改善。本论文采用的介质阻挡放电(DBD)设备，放电比较均匀，在改善纺织材料表面性能方面能取得很好的处理效果。
大豆蛋白纤维作为唯一由我国自主开发，具有完全知识产权的一种化学纤维，具有单丝细度细、比重轻、光泽好、吸湿导湿性好、手感柔软、滑爽、悬垂性好等优异特点，而且还具有独特的保健功能；但是其表面摩擦系数小、抱合力差、卷曲变形不稳定等缺点在很大程度上影响了纱线和织物的性能，如纱线毛羽较多，织物易起毛起球等，这是限制大豆蛋白纤维进一步市场化的重要因素。
鉴于以上两点，本论文采用介质阻挡放电设备来处理大豆蛋白纤维、纱线及其织物，力求改善纤维、纱线及其织物的有关性能。经过测试分析处理前后的大豆蛋白纤维、纱线及其织物，得出了以下结论：
(1)等离子体技术的确能有效的改善大豆蛋白纤维的表面状态，其表面变的粗糙了，与各种材料的摩擦系数增加了；
(2)在改善纤维表面状态的同时，纤维的强伸性能并没有受到太大影响；
(3)等离子体处理后的各种粗纱的抱合力均有不同程度的提高；
(4)粗纱中大豆蛋白纤维的含量越高，所加的捻度越大，粗纱的抱合力提高的程度越大；等离子体电源值越高，处理的时间越长，粗纱的抱合力提高的程度越大；
(5)等离子体处理过的粗纱纺成的细纱的毛羽得到了改善，细纱中大豆蛋白纤维的比例越高，效果越明显。
(6)等离子体处理后大豆蛋白纤维织物的起毛起球性能得到了明显的改善。
(7)等离子体处理后大豆蛋白纤维织物的抗折皱弹性回复性表面
性能及其风格都有所改善。
(8)随着等离子体处理的时间的延长和功率的增加，处理的效果会
越来越好。
综上所述，大豆蛋白纤维、纱线及其织物在经过DBD常压等离子
体处理后，在改善纤维表面性能的基础上，也使得纱线的毛羽和织物
的起毛起球性能得到了明显的改善。而且并没有影响到大豆蛋白纤维
其他的优良性能，这是其他传统化学方法所不能做到的。同时，等离
子体技术无污染、成本低;又由于此设备不需要真空环境，实现了连
续化处理，所以DBD等离子体技术应用于纤维表面改性具有非常好的
工业化生产前景。
The modification technology of textile by low temperature plasmas (LTP) has been developed greatly in past decades. However, the previous researches were performed in vacuum systems. So it is very hard and expensive to industrialize this technology. The surface modification technology of textile materials with traditional atmospheric pressure plasmas also has some problems, such as homogeneity. The equipment that works under atmosphere condition can get well-distributed discharge.
As we all know, the soybean fiber as the only chemical fiber developed by Chinese researchers has many fine performances such as its fineness, specific weight, luster and so on. But because of its lower surface frictional coefficient, the soybean yarns have much hairiness and the soybean fabrics have serious fuzzing and pilling problems.
In this paper, the modifications of soybean fibers, yarns and fabrics by dielectric barrier discharge (DBD) plasmas are studied. By comparing the properties of the treated and untreated fibers, yarns and fabrics the conclusions were drawn as followings:
l.DBD treatment can improve the surface property of soybean fiber obviously; the surface frictional coefficients between soybean fibers and other materials increased greatly after treatment while the strength and elongation properties of the fiber are maintained.
2. To a certain extent, the cohesion forces of the treated roves are improved.
3.The cohesion forces of the treated roves increase with more soybean content in the roves, bigger twists of the roves, higher discharge power and longer exposure time.
4.The hairiness of soybean yarn made of treated roves decreases
greatly with longer exposure time.
5.The fuzzing and pilling performances of soybean fabrics are improved obviously whereas the wrinkle resistance, surface characters and fabric handlings are improved slightly after DBD treatment.
6. The longer the exposure time is and the higher the power is, the better the effects will be.
In a word, the DBD treatment can improve the surface properties of the soybean fibers, the hairiness of yarns and the fuzzing and pilling of fabrics effectively. At the same time other properties of the bulk are not influenced basically, which are the advantages compared with other traditional chemical treatments. In addition, the DBD technology is cheap and non-pollution and the equipment can work continuously under atmosphere condition. So the application of DBD to surface modification of fibers has a fine prospect in industry.
大豆蛋白纤维作为唯一由我国自主开发，具有完全知识产权的一种化学纤维，具有单丝细度细、比重轻、光泽好、吸湿导湿性好、手感柔软、滑爽、悬垂性好等优异特点，而且还具有独特的保健功能；但是其表面摩擦系数小、抱合力差、卷曲变形不稳定等缺点在很大程度上影响了纱线和织物的性能，如纱线毛羽较多，织物易起毛起球等，这是限制大豆蛋白纤维进一步市场化的重要因素。
鉴于以上两点，本论文采用介质阻挡放电设备来处理大豆蛋白纤维、纱线及其织物，力求改善纤维、纱线及其织物的有关性能。经过测试分析处理前后的大豆蛋白纤维、纱线及其织物，得出了以下结论：
(1)等离子体技术的确能有效的改善大豆蛋白纤维的表面状态，其表面变的粗糙了，与各种材料的摩擦系数增加了；
(2)在改善纤维表面状态的同时，纤维的强伸性能并没有受到太大影响；
(3)等离子体处理后的各种粗纱的抱合力均有不同程度的提高；
(4)粗纱中大豆蛋白纤维的含量越高，所加的捻度越大，粗纱的抱合力提高的程度越大；等离子体电源值越高，处理的时间越长，粗纱的抱合力提高的程度越大；
(5)等离子体处理过的粗纱纺成的细纱的毛羽得到了改善，细纱中大豆蛋白纤维的比例越高，效果越明显。
(6)等离子体处理后大豆蛋白纤维织物的起毛起球性能得到了明显的改善。
(7)等离子体处理后大豆蛋白纤维织物的抗折皱弹性回复性表面
性能及其风格都有所改善。
(8)随着等离子体处理的时间的延长和功率的增加，处理的效果会
越来越好。
综上所述，大豆蛋白纤维、纱线及其织物在经过DBD常压等离子
体处理后，在改善纤维表面性能的基础上，也使得纱线的毛羽和织物
的起毛起球性能得到了明显的改善。而且并没有影响到大豆蛋白纤维
其他的优良性能，这是其他传统化学方法所不能做到的。同时，等离
子体技术无污染、成本低;又由于此设备不需要真空环境，实现了连
续化处理，所以DBD等离子体技术应用于纤维表面改性具有非常好的
工业化生产前景。
The modification technology of textile by low temperature plasmas (LTP) has been developed greatly in past decades. However, the previous researches were performed in vacuum systems. So it is very hard and expensive to industrialize this technology. The surface modification technology of textile materials with traditional atmospheric pressure plasmas also has some problems, such as homogeneity. The equipment that works under atmosphere condition can get well-distributed discharge.
As we all know, the soybean fiber as the only chemical fiber developed by Chinese researchers has many fine performances such as its fineness, specific weight, luster and so on. But because of its lower surface frictional coefficient, the soybean yarns have much hairiness and the soybean fabrics have serious fuzzing and pilling problems.
In this paper, the modifications of soybean fibers, yarns and fabrics by dielectric barrier discharge (DBD) plasmas are studied. By comparing the properties of the treated and untreated fibers, yarns and fabrics the conclusions were drawn as followings:
l.DBD treatment can improve the surface property of soybean fiber obviously; the surface frictional coefficients between soybean fibers and other materials increased greatly after treatment while the strength and elongation properties of the fiber are maintained.
2. To a certain extent, the cohesion forces of the treated roves are improved.
3.The cohesion forces of the treated roves increase with more soybean content in the roves, bigger twists of the roves, higher discharge power and longer exposure time.
4.The hairiness of soybean yarn made of treated roves decreases
greatly with longer exposure time.
5.The fuzzing and pilling performances of soybean fabrics are improved obviously whereas the wrinkle resistance, surface characters and fabric handlings are improved slightly after DBD treatment.
6. The longer the exposure time is and the higher the power is, the better the effects will be.
In a word, the DBD treatment can improve the surface properties of the soybean fibers, the hairiness of yarns and the fuzzing and pilling of fabrics effectively. At the same time other properties of the bulk are not influenced basically, which are the advantages compared with other traditional chemical treatments. In addition, the DBD technology is cheap and non-pollution and the equipment can work continuously under atmosphere condition. So the application of DBD to surface modification of fibers has a fine prospect in industry.
引文
(1) 唐人成，梅上英，赵建平等，大豆蛋白纤维的染色性能，中国纺织经济，200 1(29)，6，38
(2) 李官奇，大豆蛋白纤维，研制工艺蕴涵什么道道，中国纺织经济，2001，6，9
(3) 季国标，大豆蛋白纤维怎么认识怎么发展，中国纺织经济，2001，6，8
(4) 方雪绢，大豆纤维结构与染色性能的关系，毛纺科技，2002，(6)，21～24
(5) 张毅，大豆蛋白纤维性能探讨，纺织学报，2003，(4)，103～105
(6) 刘海洋，新纤维--大豆蛋白纤维，人造纤维，2003，(4)，25～27
(7) 王其等，大豆蛋白纤维舒适功能织物开发，中国纺织经济，2001，6，26～29
(8) 王其等，大豆纤维针织物导湿透气性研究，中国纺织经济，2001，6，34～35
(9) 徐翔华，大豆蛋白纤维面料开发与生产，中国纺织经济，2001，6，22～23
(10) 陈苏，等离子体技术在纺织工业中的应用，纺织导报，1999，5，80～83
(11) 田伟，低温等离子体技术在纺织工业地应用，陕西纺织，2000，2．47～49
(12) 王晶，等离子体技术及其在纺织上的应用，安徽纺织，2000，2，3～6
(13) 于伟东等，等离子体在纺织材料上应用现状的探析(下)，高分子材料科学与工程，2000，4，13～16
(14) 葛丽波，于伟东等，等离子体在纺织材料上应用现状的探析(上)，高分子材料科学与工程，1999，5，22～24
(15) 王妮，羊毛织物的新型防毡缩处理—低温等离子体与壳聚糖沉积
两步法，染整科技，2001，1，58～61
(16)林立中，兔毛的等离子体表面改性研究，纺织学报，1999，1，46～49，29
(17)冷纯廷，兔毛衫防掉毛等离子体改性技术研究，纺织学报，1994，4，4～6
(18)张以筠，硕士毕业论文：兔毛混纺织物掉毛机理及解决方法的探讨
(19) C.K.Kan,K.Chan,AND C.W.M.Yuen, Low Temperature Plasma on Wool Substrates:The Effect of the Nature of the Gas,Textile Res.J. 1999,69(6),407～416
(20) TOMIJI WAKIDA,SEIJI TOKINO,SHOUHUA NIU, AND HARUO KAWAMURA,Surface Characteristics of Wool and Poly(ethylene Terephthalate)Fabrics and Film Treated with Low-Temperature Plasma Under Atmospheric Pressure, Textile Res.J.1993,63(8),433～438.
(21)秦伟等，冷等离子体对涤纶纤维表面性能的影响，材料科学与工艺，2001，1，23～25
(22) Ioan I.Negulescu,Simona Despa,Jonathan Chen,Characterizing Polyerter Fabrics Treated in Electrical Discharges of Radio-Frequency Plasma, Textile Res.J. 2000,70 (1),1～7
(23)王雪燕，等离子体技术在苎麻织物前处理中的应用，麻纺织技术，1999，4，6～11
(24)许得生，苎麻织物等离子体染色前处理，印染，1997，4，10～11，25
(25)王燕，赵艳辉，张芝涛等，DBD等离子体及其应用技术的发展，自然杂志，2002，5，V(24)277～282
(26)杨超，介质阻挡放电对血液过虑材料表面改性地研究，硕士学位论文，东华大学，2001．1
(27) Joni Hautojarvi,Sanna Laaksonen, n-Line Surface Modification of Polypropylene Fibers by Corona Treatment During Melt-Spinning,
Textile Res.J. 2000,70 (5),391～396
(28) K.K. Wong,X. M.Tao,K. W.Yeung AND C.W.M.Yuen, Low Temperature Plasma Treatment of Linen,Textile Res.J. 1999,69(11),846-855
(29) K.K.Wong,X.M.Tao,K.W.Yeung AND C.W.M.Yuen, Topographical Study of Low Temperature Plasma Treated Flax Fibers,Textile Res.J. 2000,70(10),886-893
(30)赵书经，纺织材料实验教程，中国纺织出版社，1996．4版
(31)姚穆，周锦芳等，纺织材料学，纺织工业出版社，1993．6版
(32)高世仆，李同海，兔毛纤维表面低温等离子体改性研究，毛纺科技，1989，3，35～42
(33)裴晓霞，大豆蛋白纤维纺纱织造工艺初探，上海纺织科技，2002，30(1)，14～15
(34)纪德信，鞠彦军，韩小玉，刘瑞琴，大豆蛋白纤维纺纱织造工艺实践，棉纺织技术，2001(29)，11，25～26
(35)宋东朋，刘明杰，大豆蛋白纤维纯纺及混纺生产实践，中国纺织经济，2001，6，12～15
(36)杨红英，朱苏康，纱线毛羽，纺织学报，2000(21)，6，11～14
(37)张毅．大豆蛋白纤维性能探讨，纺织学报，2003，4，103～105
(38)王其，冯勋伟．大豆纤维性能研究(下)，北京纺织，2002(23)，4，50
(39)郝凤鸣，沈兰苹等，大豆蛋白纤维针织物服用性能的测试研究，陕西纺织，2001，(51)，3，29～33
(40)夏良正，数字图像处理，东南大学出版社
(41)李兰友等，Visual Basic．net图形图像编程与实例详解电子工业出版社
(42)龚沛曾，Visual Basic程序设计教程(6．0)版，高等教育出版社
(43)秦特夫，阎昊朋，木材酯化及接枝共聚处理对木材表面自由能影响的研究，林业科学，2001(37)，2，97～100
(44)王府梅，服装面料的性能设计，东华大学出版社，2000版
(45)杨旭红，王华杰，大豆蛋白纤维织物风格的测试分析，棉纺织技术2001(29)，9，524～527
(46) M.G.McCord,Y. J.Hwang,P. J.Hauser,Modifying Nylon and Polypropylene Fabrics with Atmospheric Pressure Plasama, Textile Res.J. 2002,72(6),491-498
(47) P.Erra, R.Molina, D.Jocic,and M.R.Julia, Shrinkage Properties of Wool Treated with Low Temperature Plasma and Chitosan Biopolymer Textile Res.J.69(11),811-815(1999).
(48) I.M.Zucharah, M.T.Pailthorpe,and S.K.David,Effect of Glow Discharge-Polyments on the Shrinkage Behavior and Physical Properties of Wool Fabric, Textile Res.J.67(1),69-74(1997).
(49) ANDREA HESSE,HELGA THOMAS,AND HARTWING HOCKER, Zero-AOX Shrinkproofing Treatment for Wool Top and Fabric Part Ⅱ:Collagen Resin Application, Textile Res.J.65(7),371-378(1995).
(50) Roshan Paul, Prakash D. Pardeshi and Sujata G.Manjrekar, Plasma Treatment—an Effective Tool for Polymer Surface Modification, SYNTHETIC FIBRES, 2001,10,5-11
(2) 李官奇，大豆蛋白纤维，研制工艺蕴涵什么道道，中国纺织经济，2001，6，9
(3) 季国标，大豆蛋白纤维怎么认识怎么发展，中国纺织经济，2001，6，8
(4) 方雪绢，大豆纤维结构与染色性能的关系，毛纺科技，2002，(6)，21～24
(5) 张毅，大豆蛋白纤维性能探讨，纺织学报，2003，(4)，103～105
(6) 刘海洋，新纤维--大豆蛋白纤维，人造纤维，2003，(4)，25～27
(7) 王其等，大豆蛋白纤维舒适功能织物开发，中国纺织经济，2001，6，26～29
(8) 王其等，大豆纤维针织物导湿透气性研究，中国纺织经济，2001，6，34～35
(9) 徐翔华，大豆蛋白纤维面料开发与生产，中国纺织经济，2001，6，22～23
(10) 陈苏，等离子体技术在纺织工业中的应用，纺织导报，1999，5，80～83
(11) 田伟，低温等离子体技术在纺织工业地应用，陕西纺织，2000，2．47～49
(12) 王晶，等离子体技术及其在纺织上的应用，安徽纺织，2000，2，3～6
(13) 于伟东等，等离子体在纺织材料上应用现状的探析(下)，高分子材料科学与工程，2000，4，13～16
(14) 葛丽波，于伟东等，等离子体在纺织材料上应用现状的探析(上)，高分子材料科学与工程，1999，5，22～24
(15) 王妮，羊毛织物的新型防毡缩处理—低温等离子体与壳聚糖沉积
两步法，染整科技，2001，1，58～61
(16)林立中，兔毛的等离子体表面改性研究，纺织学报，1999，1，46～49，29
(17)冷纯廷，兔毛衫防掉毛等离子体改性技术研究，纺织学报，1994，4，4～6
(18)张以筠，硕士毕业论文：兔毛混纺织物掉毛机理及解决方法的探讨
(19) C.K.Kan,K.Chan,AND C.W.M.Yuen, Low Temperature Plasma on Wool Substrates:The Effect of the Nature of the Gas,Textile Res.J. 1999,69(6),407～416
(20) TOMIJI WAKIDA,SEIJI TOKINO,SHOUHUA NIU, AND HARUO KAWAMURA,Surface Characteristics of Wool and Poly(ethylene Terephthalate)Fabrics and Film Treated with Low-Temperature Plasma Under Atmospheric Pressure, Textile Res.J.1993,63(8),433～438.
(21)秦伟等，冷等离子体对涤纶纤维表面性能的影响，材料科学与工艺，2001，1，23～25
(22) Ioan I.Negulescu,Simona Despa,Jonathan Chen,Characterizing Polyerter Fabrics Treated in Electrical Discharges of Radio-Frequency Plasma, Textile Res.J. 2000,70 (1),1～7
(23)王雪燕，等离子体技术在苎麻织物前处理中的应用，麻纺织技术，1999，4，6～11
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(25)王燕，赵艳辉，张芝涛等，DBD等离子体及其应用技术的发展，自然杂志，2002，5，V(24)277～282
(26)杨超，介质阻挡放电对血液过虑材料表面改性地研究，硕士学位论文，东华大学，2001．1
(27) Joni Hautojarvi,Sanna Laaksonen, n-Line Surface Modification of Polypropylene Fibers by Corona Treatment During Melt-Spinning,
Textile Res.J. 2000,70 (5),391～396
(28) K.K. Wong,X. M.Tao,K. W.Yeung AND C.W.M.Yuen, Low Temperature Plasma Treatment of Linen,Textile Res.J. 1999,69(11),846-855
(29) K.K.Wong,X.M.Tao,K.W.Yeung AND C.W.M.Yuen, Topographical Study of Low Temperature Plasma Treated Flax Fibers,Textile Res.J. 2000,70(10),886-893
(30)赵书经，纺织材料实验教程，中国纺织出版社，1996．4版
(31)姚穆，周锦芳等，纺织材料学，纺织工业出版社，1993．6版
(32)高世仆，李同海，兔毛纤维表面低温等离子体改性研究，毛纺科技，1989，3，35～42
(33)裴晓霞，大豆蛋白纤维纺纱织造工艺初探，上海纺织科技，2002，30(1)，14～15
(34)纪德信，鞠彦军，韩小玉，刘瑞琴，大豆蛋白纤维纺纱织造工艺实践，棉纺织技术，2001(29)，11，25～26
(35)宋东朋，刘明杰，大豆蛋白纤维纯纺及混纺生产实践，中国纺织经济，2001，6，12～15
(36)杨红英，朱苏康，纱线毛羽，纺织学报，2000(21)，6，11～14
(37)张毅．大豆蛋白纤维性能探讨，纺织学报，2003，4，103～105
(38)王其，冯勋伟．大豆纤维性能研究(下)，北京纺织，2002(23)，4，50
(39)郝凤鸣，沈兰苹等，大豆蛋白纤维针织物服用性能的测试研究，陕西纺织，2001，(51)，3，29～33
(40)夏良正，数字图像处理，东南大学出版社
(41)李兰友等，Visual Basic．net图形图像编程与实例详解电子工业出版社
(42)龚沛曾，Visual Basic程序设计教程(6．0)版，高等教育出版社
(43)秦特夫，阎昊朋，木材酯化及接枝共聚处理对木材表面自由能影响的研究，林业科学，2001(37)，2，97～100
(44)王府梅，服装面料的性能设计，东华大学出版社，2000版
(45)杨旭红，王华杰，大豆蛋白纤维织物风格的测试分析，棉纺织技术2001(29)，9，524～527
(46) M.G.McCord,Y. J.Hwang,P. J.Hauser,Modifying Nylon and Polypropylene Fabrics with Atmospheric Pressure Plasama, Textile Res.J. 2002,72(6),491-498
(47) P.Erra, R.Molina, D.Jocic,and M.R.Julia, Shrinkage Properties of Wool Treated with Low Temperature Plasma and Chitosan Biopolymer Textile Res.J.69(11),811-815(1999).
(48) I.M.Zucharah, M.T.Pailthorpe,and S.K.David,Effect of Glow Discharge-Polyments on the Shrinkage Behavior and Physical Properties of Wool Fabric, Textile Res.J.67(1),69-74(1997).
(49) ANDREA HESSE,HELGA THOMAS,AND HARTWING HOCKER, Zero-AOX Shrinkproofing Treatment for Wool Top and Fabric Part Ⅱ:Collagen Resin Application, Textile Res.J.65(7),371-378(1995).
(50) Roshan Paul, Prakash D. Pardeshi and Sujata G.Manjrekar, Plasma Treatment—an Effective Tool for Polymer Surface Modification, SYNTHETIC FIBRES, 2001,10,5-11