コロナ放電技術はポリエステルのスラリー除去が容易である

司会：梁楓

ゲスト：武漢紡績大学副院長徐衛林教授

司会者：徐教授、あなたが言ったように、各繊維の表面性能の違いはとても大きくて、それでは紡績生産加工の中で私達はどのように6大合成繊維を区別して、異なる方法を採用して繊維の表面の迅速な処理を実現して、それによって繊維性能の十分な利用を実現しますか？

徐衛林：六大合成繊維にとって、化学構造上の親水性基は少なく、結晶度が高く、繊維表面は緻密である。繊維を合成してから加工する工程には、各種の油剤を添加ごうせい繊維の界面反応活性が低い。綿、毛、合成繊維の3種類の繊維について、その表面性能の共通の特徴は化学的不活性である。その発生原因によって処理の仕方が異なる。現在、業界内で採用されている通常の方法は、界面活性剤を通じて整理剤の浸透、舗装を支援することである。

しかし、このやり方では根本的な解決はできない。私たちがよく見る壁磨きのように、どんなにいいパテをガラスに塗っても、すぐに下に落ちてしまいますし、一般的なパテをざらざらした壁に塗っても、ガラスに比べて接着の堅牢度が高くなります。同様に、糊付けは壁にパテ粉を塗るようなものであり、繊維表面の不活性物質が存在すると、糊膜が乾燥して絞られたときに破壊されてしまい、製織過程で鋼の筬と総合眼に摩擦された後、糊落ちは非常に深刻になるに違いない。これは工場の織布工場の労働者の健康と織機効率いずれも非常に大きな影響を与えています。

司会者：合成繊維の代表であるポリエステルは、どのような方法で表面改質処理を実現しましたか。

徐衛林：合成繊維中のポリエステルの使用量はますます大きくなり、ポリエステルはその優れた力学性能、化学安定性のため紡績繊維中の使用量はますます多くなっているが、その緻密な表面構造と親水性機能団の不足により糊付けが難しくなり、私たちは10年近くの時間を費やした。ポリエステル及びポリエステル混紡糸の表面での高圧コロナ放電の高速処理と糊付け技術を研究し、顕著な効果を得て、その原理はすでに中国の発明授権を得ている。

繊維の表面改質には化学改質、物理改質、プラズマ改質などがある。伝統的な処理の物理、化学改質方式はプロセスプロセスが長く、設備が空間を占めている。化学的改質、物理的改質に比べて、コロナ設備の敷地面積は小さく、制御は簡単である。プラズマは高温、低温、混合プラズマに分けられ、その中の混合プラズマは常圧またはやや低い圧力の下で、5〜10 kv直流または交流高インピーダンスの電源を使用して、ガスをイオン化させて混合プラズマを発生させる。コロナによって発生した荷電粒子は絶えず加速し、絶えず自身のエネルギーを高め、同時に相互間の衝突によってエネルギーを変換または移動する。また、粒子が加速される過程で、電子は空気中のいくつかの分子と衝突してオゾンと窒素酸化物を形成することができ、材料もそれによって遊離基を生成する。

これらのエネルギーまたは高エネルギー粒子が紡績材料に作用すると、加熱、エッチング、フリーラジカル形成、重合、結晶化と架橋など一連の複雑な物理化学作用を発生させて紡績材料を表面改質することができる。コロナ発生プラズマは、原子、分子、イオン準安定性、励起状態を含み、電子、負イオン、正イオンの含有量はほぼ等しい、すべてまたは部分的にイオン化されたガス物質である。その組成と特徴が通常のガスとは異なるため、物質の第4状態とも呼ばれる。ガス中のイオン化成分は千分の1を超えると、その挙動は主にイオンと電子の間のクーロン力によって支配され、中性粒子間の相互作用は二次的な地位に後退し、しかもイオン化ガスは電場と磁場の作用を受けて非常に明らかである。

高効率でクリーンな表面物理改質方法

司会者：コロナ放電技術を利用してポリエステル繊維の表面の迅速な処理をどのように実現したのか？

徐衛林：コロナ放電プラズマとポリエステル繊維材料の反応は3つのステップに概括することができる：

第一段階では、空気中の少数イオンまたは自由電子は高圧電場中で加速されて高いエネルギーを得て、運動時に空間中の他の分子に衝突して、エネルギーが十分に大きいのは衝突後の分子を新しい自由イオン、電子、ラジカルなどの粒子にイオン化させることができて、その中で荷電粒子はまた加速され続けて、他の分子に衝突する。他の分子は電界中のガス分子であってもよく、またポリエステル繊維材料表面の高分子結合。衝突された分子は部分エネルギーを受け、励起状態分子となって活性を持つ。

第二段階では、励起状態分子は不安定であり、ラジカルに分解したりイオンに解離したりして吸収したエネルギーを消費したり、そのエネルギーを保持したりして準安定状態に留まる。

第三段階では、ポリエステル繊維材料の表面でラジカルまたはイオンが反応し、緻密な架橋層を形成する、プラズマは存在するガスまたはモノマーと重合反応し、ポリマー表面に堆積して設計性のあるコーティングを形成する、表面ラジカルまたはイオン反応と被エッチング物質表面は化学反応を形成し、揮発性反応生成物を形成し、反応生成物は被エッチング物質表面から離脱する。

要するに、コロナ放電はポリエステルの貫通能力に弱く、材料表面の十数〜数十オングストロームの浅い層に作用し、材料の本体性能に対する影響が小さく、高効率で清潔な材料表面物理改質方法であり、コロナ処理された材料は緑色材料と呼ばれる。同時に、コロナ放電により発生した高エネルギー活性粒子は材料表面の分子鎖の破壊、分解、酸化を誘発し、繊維表面にエッチング反応を発生させ、表面粗さを増加させ、またコロナ放電過程で発生したオゾンは強酸化剤であり、材料表面部分の分子を酸化させ、親水基を導入することができる。これらの基の導入は、ポリエステル表面の親水性性能の向上に極めて大きな助けとなり、コロナ電圧とコロナ時間の増加に伴い、繊維表面のエッチングが深刻になり、アクセスする親水性基が多くなる。電圧がある程度増加すると、コロナ放電には顕著な焼毛作用がある。

糊付けと糊戻しの両方に役立つ

司会者：伝統的なやり方と比べて、この技術を採用して加工リングの省エネにどのようなメリットをもたらしますか。

徐衛林：私たちは長年の理論探索と実験を経て、コロナ処理対ポリエステルその混紡糸の糊付けは良好な効果がある。

山東魯泰グループは私たちとの共同実験の基礎の上で、糊付け機の糸が糊槽に入る前に、コロナ放電設備を設置して糸に対して前処理を行い、ポリエステルの表面化学活性を著しく改善し、表面親水性性能を増加させ、しかもエッチングの作用によってその比表面積を増加させることができる。急速に改質されたポリエステル糸はスラリーに浸漬され、ごく短時間でスラリーがその糸表面に拡散し、一部のスラリーが糸内部に浸透する。さらにスラリーローラの作用により、スラリーは糸中に良好な浸透層を形成する。繊維表面の活性基はスラリーと良好な水素結合力を形成し、スラリー膜を糸表面にしっかり固定する。調製した経軸は製織時に発生する落白が明らかに減少し、断頭回数も明らかに減少した。生産プロセスが成熟した後、コロナ放電による糸表面の高速改質方法はまたポリビニルアルコールスラリー（PVA）の使用量を減少させることができ、PVAスラリーフリーの実現に極めて大きな助けがあることを発見した。

また、私たちのチームは研究の中で、コロナ放電技術がスラリー除去処理に役立つことを発見しました。現在、高枝高密織物品種の経糸に糊付けする際、PVAの使用量は非常に多い。60番手のスラリー処方では、一般工場でのPVAの使用量は20 kg前後である。このような使用量では、糊戻しは難しい問題です。PVAの不潔な返品は織物の後整理、例えば染色に大きな影響を与える。私たちはコロナ放電設備を用いてブランク布を処理し、処理後の織物と未処理の織物は同じ条件でスラリーを除去し、実験試験によりコロナ処理を経たスラリー除去率が高いことを証明した。

コロナ処理がスラリー除去に有利であることを確認するために、PVAのスラリー膜を作製し、その後膜にコロナ放電処理を行い、走査電子顕微鏡写真（SEM）を通じてスラリー膜表面に明らかなエッチングが現れたことを明らかにした。

ポリエステルの例を通じて、表面の迅速な処理方法は重要であり、繊維によって採用されている方法は異なることが分かった。また、コロナ放電を例に、純綿糸の糊付け前にコロナ放電処理を行うと、その効果はポリエステルとその混紡糸より明らかではなく、これは異なる繊維に対して、私たちはその自身の性能に適応する迅速な処理方法を探求しなければならないことを示している。そうしてこそ、各繊維の潜在能力を十分に発掘することができる。