林純勇，郭 輝

（深圳市新綸科技股份有限公司科創(chuàng)中心，廣州深圳 518132）

無塵布是一種廣泛應(yīng)用于潔凈室的擦拭材料，作用是除去污染顆粒物或液體。無塵布的優(yōu)良程度主要從除塵性能、潔凈度和吸液性能三方面來衡量[1]。除塵性能是最重要的指標(biāo)，除塵性能越好的無塵布擦拭性能越好；潔凈度與加工原材料、加工過程以及超凈清洗工藝有關(guān)，潔凈度越高，無塵布的等級越高；吸液性能主要反映了除去液體污漬的能力，一般針織無塵布高于梭織無塵布[2-3]。無塵布的原材料主要有聚酯滌綸和滌錦復(fù)合長絲兩種，聚酯滌綸的優(yōu)點是容易凈洗、潔凈度高，缺點是表面積小，吸附性低，除塵能力一般[4]。本研究著重對滌綸無塵布吸附增強處理工藝進行探索，提高滌綸無塵布的除塵能力。

1 實驗

1.1 機理

研究以滌綸無塵布為原料，用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVA 水溶液在堿性條件下與滌綸聚酯高分子發(fā)生反應(yīng)。PVA 水溶液作為醇解劑，在堿性條件下，使PVA上少部分的—OH 與PET 纖維的酯鍵發(fā)生反應(yīng)，形成新的酯鍵，脫去乙二醇，接入PVA分子鏈，機理如下所示[5]。通過化學(xué)的鍵合在PET纖維表面接入PVA分子鏈。接入的PVA分子能承受一定溫度水洗不脫落，同時，PVA 分子鏈上有許多活性羥基，能夠有效地提高滌綸無塵布的表面活性，使無塵布對塵埃顆粒的吸附作用增強。

PVA醇解PET高分子機理圖

1.2 材料和儀器

材料：雙面 1+1 直羅紋無塵布，DTY 絲，83.33 dtex/36F，130 g/m2，尺寸23 cm×23 cm（深圳市新綸科技股份有限公司）；聚乙烯醇PVA[工業(yè)級24-88（L），廣州朝元貿(mào)易有限公司]，碳黑顆粒（均粒徑2.5 μm，紹興仁飛有限公司），NaOH（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠）。

儀器：PMS S02 液體粒子計數(shù)器（美國PMS 公司），S-3400N 掃描電鏡（日立高新技術(shù)公司），BSA224S 賽多利斯電子天平、SZM-45T2 三目顯微鏡（禧隆電工機械設(shè)備廠）。

1.3 吸附增強處理

無塵布樣品預(yù)濕備用；配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVA水溶液500 mL 放入水浴鍋中，用稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH，加熱至一定溫度，加入無塵布樣品一塊，玻璃棒攪動下反應(yīng)一定時間后，取出擦拭布，分別用60 ℃的500 mL 熱水洗滌兩次、純水洗滌三次；然后在百級潔凈環(huán)境中，100 ℃下干燥、無塵包裝備用。

1.4 測試

1.4.1 吸附性能

用無塵布在水分散液中對碳黑顆粒的吸附率表征吸附性能，吸附率越大吸附性能越高。經(jīng)過吸附增強處理的無塵布在100 ℃下干燥后，用電子分析天平恒重m1；配制質(zhì)量濃度2.5 g/L 的碳黑顆粒水分散液，加入500 mL燒杯中，使無塵布與分散液的質(zhì)量比為1∶50，將無塵布放入燒杯中，用玻璃棒攪拌1 min后取出，在100 ℃下干燥后，用電子分析天平恒重m2。吸附率=(m1-m2)/m1×100%。

1.4.2 潔凈度

以液體粒子發(fā)塵率LPC 值表征無塵布潔凈度。在百級潔凈室環(huán)境中，取一塊無塵布樣品，放入超純水潤洗3次的2 L潔凈燒杯中，加入1 L超純水，浸泡3 min，使用PMS S02液體粒子計數(shù)器直接進行計數(shù)，以直徑0.5 μm 以上的粒子數(shù)量作為評定標(biāo)準(zhǔn)，并換算到單位面積析出的粒子數(shù)量（個/cm2）。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附增強處理工藝條件的初步確立

選取PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體系pH、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間作為四個影響因素，采用4 因素3 水平的L9(34)正交實驗研究工藝參數(shù)對無塵布吸附性能的影響，確立初步的吸附增強處理工藝條件。表1給出了L9(34)正交實驗安排和在不同條件下吸附性能參數(shù)，圖1為實驗實物的截圖。di,j（i=1、2、3；j=A、B、C、D）為因素j在水平i下的吸附率；Ki,j＝[Σ(di)j/3]，Rj（j=A、B、C、D）為因素j吸附率的極差，Rj=Kj(max)-Kj(min)。

表1 吸附增強處理工藝正交實驗表

由表1中的R值分析可知，在初始選擇的實驗條件下，對無塵布吸附性能的影響程度為B>D>C>A，即反應(yīng)溫度對醇解抹布的吸附性能影響最大，依次是pH、反應(yīng)時間與PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從圖1可以直觀看到，3號試驗的無塵布吸附性能最好。

圖1 吸附增強處理工藝正交實驗實物截圖

PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響：當(dāng)PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.5%時，隨著PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，處理后的抹布吸附率略降低，說明PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高；并且在實驗中還發(fā)現(xiàn)PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時，溫度達到100 ℃，溶液產(chǎn)生很多氣泡，這些氣泡阻礙了PVA分子鏈與聚酯纖維表面接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

溫度的影響：隨著反應(yīng)溫度的提高，無塵布吸附率明顯提升。該醇解反應(yīng)是一個吸熱反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)程度越大，即能與PET 纖維酯鍵發(fā)生反應(yīng)的PVA 分子鏈—OH 數(shù)量越多，鍵合的PVA 分子鏈越多，可形成穩(wěn)定的PVA 涂層。該PVA 涂層在熱水和冷水清洗中不易脫落，并保留了較多的—OH，表面活性增大，對炭黑顆粒的吸附性能提高。溫度為60 ℃時，經(jīng)過醇解處理后的無塵布，只能吸附很少量的炭黑顆粒，與未處理的無塵布相當(dāng)；當(dāng)溫度為100 ℃時，達到PVA水溶液的沸點，無塵布的吸附性能最佳。

反應(yīng)時間的影響：K值相差不大，說明吸附率對反應(yīng)時間沒有規(guī)律性。醇解反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)[6]，反應(yīng)產(chǎn)物中有乙二醇，和PVA 一樣，可作為醇解反應(yīng)原料，同PVA 分子競爭，最終達到可逆平衡。這個到達反應(yīng)平衡狀態(tài)的過程較快，30 min基本可以完成。

pH 的影響：由K值的變化可知，隨著體系pH 升高，吸附率逐漸增大。

2.2 PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對抹布吸附性能的影響

控制pH=11，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時間30 min，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和吸附率的關(guān)系見圖2。從圖2可以看出，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.4%以下時，隨著PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，吸附率增高，最大約提升3.5 倍；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.4%時，吸附率不再增加，且略降低。這是因為PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，PVA 分子溶解度降低，容易造成體系黏度過大，PVA 分子鏈運動受阻，不易與聚酯纖維表面接觸發(fā)生反應(yīng)。因此，PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇0.4%。

圖2 吸附率隨PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化圖

2.3 不同pH下吸附增強處理對無塵布潔凈度的影響

控制PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時間30 min，采用不同pH下的吸附增強處理無塵布，測試無塵布的液態(tài)發(fā)塵率（LPC 值），評估不同pH 對無塵布潔凈度的影響，結(jié)果見圖3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0是未經(jīng)吸附增強處理的無塵布LPC值。

圖3 LPC值隨體系pH變化圖

提高體系pH有利于提高增強處理后無塵布的吸附性能，但pH 過大，會導(dǎo)致滌綸的高分子水解過多，纖維損傷過大，會導(dǎo)致纖維顆粒的脫落，液態(tài)自發(fā)塵性（LPC）增加，無塵布的潔凈度降低。從圖3可以看出，pH 超過 11 后，對纖維的損傷明顯增大，LPC 值顯著增加；pH 以下，LPC 值略有增加，仍在 500 以下，屬于A 級無塵布范圍。綜合考慮吸附性能的提升和對潔凈度的影響，吸附增強工藝的pH應(yīng)控制在11。

因此，吸附增強處理工藝為：PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%，體系pH=11，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時間30 min。

2.4 吸附增強處理

使用最佳增強處理工藝處理的無塵布與未經(jīng)處理的無塵布吸附碳黑顆粒后經(jīng)電鏡掃描，放大1 000倍的SEM 圖如圖4所示。從圖4可以看出，增強處理工藝處理的無塵布吸附碳黑顆粒的數(shù)量比未經(jīng)處理的無塵布明顯增加。

3 結(jié)論

采用PVA 醇解吸附增強處理工藝可以有效地提高聚酯無塵布對炭黑顆粒的吸附能力，提高無塵布的除塵能力，對潔凈度影響小，無硅物質(zhì)增加。通過正交實驗和單因素實驗分析了PVA 醇解條件對無塵布吸附性能的影響，確定反應(yīng)溫度的影響最大，反應(yīng)溫度越高，無塵布吸附性能提高越多。PVA吸附增強處理最佳工藝條件為：PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，體系pH=11，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時間30 min。在該條件下吸附增強處理的聚酯抹布能承受熱水水洗，對炭黑顆粒均勻吸附。