CN112291914A - 用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系及无纺布处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于无纺布常压低温等离子体射流处理的引发体系，其由苯偶姻‑硼酸缩水产物和过氧化物组成，其中，所述过氧化物包括过氧化氢、氢过氧化物、过氧化二苯甲酰、过氧化甲乙酮、异丙苯过氧化氢、氧化环己酮中的至少一种。本发明的有益效果在于：1、常压低温等离子体处理跟间歇式等离子体高真空度处理，同样的改性效果，疏水性、耐擦洗性，统计上没有显著差异；2、使用该引发体系，主要是可以大大提高生产效率和对设备、等离子体处理的要求大大降低，可以限制增加产能、降低生产成本，对无纺布（非织造布）的整理效果无不良影响。

Description

用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系及无纺布处理 方法

技术领域

本发明涉及一种适用于医用口罩和医用防护服用内层纺粘无纺布的低温等离子体射流功能化表面处理用的高活性引发体系，以及该高活性引发体系的制备和生产方法，其主要成分合成的操作步骤、优选的工艺条件等。

背景技术

低温等离子体处理是一种对口罩用无纺布（非织造布）进行整理和改性并赋予其特殊功能的新技术。低温等离子体主要由如下三种发生方式：（1）DBD，介质阻挡放电；（2）表面放电；（3）等离子体射流。

其中，介质阻挡放电（DBD）是在两个电极板之间插入单层或双层绝缘介质的气体放电，绝缘介质的存在可以防止电极被击穿，同时可使放电细丝均匀分布。绝缘板通常会覆盖在1 个或2 个电极上，也可以悬挂在电极之间的放电空间内。表面放电可以产生大面积微放电，与介质阻挡放电（DBD）相似，它的绝缘介质位于高压板电极和接地的网状电极中间，因网孔附近的电场强度较大从而形成微放电。

等离子体射流装置包括内外两个电极，其中内部高压电极放置于绝缘管内部，与射频电源相连接；外部电极和绝缘管接地；绝缘管一端通入气体，在高电场强度的作用下气体被击穿电离，产生等离子体，从另一端由喷嘴喷出形成等离子体射流。较低功率的射频电源电压控制在 100~150V 之间，保证放电稳定并避免电弧产生。内外电极之间充满工作气体后能引发其放电，形成等离子体射流并由喷嘴喷出。此装置在外电极的周围加入了冷却水管路，降低射流等离子体的温度。

大气压低温等离子体射流处理无纺布的技术路线，是通过大气压条件下等离子体射流沉积，定制出多种能在无纺布（非织造布）表面沉积的功能化涂层。等离子体处理过程中存在空化降解、臭氧氧化、紫外光解、高能电子撞击等多种形式的变化过程，会产生自由基、激发态粒子和正负离子等，但等离子体放电过程中产生的活性粒子的浓度是多少、伴随产生的紫外辐射、局部高温、高能冲击波等物理效应在等离子体处理过程中发挥的作用等，这些等离子体的作用效果背后的主要机理尚不明晰，仍然需要进一步探索。

但低温等离子体中能量的传递可以认为为：电子在外加电场的作用下获得能量，使气体分子被激发电离，继而引发电子雪崩，形成微放电，并开始有部分原子或分子被激发，生成了一些离子、自由基等高能活性粒子，这些高能粒子能够将自身的能量传递给物质表面，诱发表面原子或分子形成新的化学键，或使原来的化学键发生断裂，进而引起有机物发生氧化、分解、裂解及聚合等。

通过对这种机理的研究，我们发现，以自由基结合其它聚合反应机理为主要整理改性形式的无纺布（非织造布）整理过程中，如果在激发的前驱体料液中引入高效的引发体系，可以显著提高自由基反应的效率、降低对低温等离子体自身能量的要求，提高整理处理的效果和最终整理无纺布产品的某些性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系及无纺布处理方法。

一种用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其由苯偶姻-硼酸缩水产物和过氧化物组成，其中苯偶姻的硼酸缩水物和过氧化物的物质的量之比为50:1~1:100，优选1:1~1:10，特别优选1:2~1:5，其中，所述过氧化物包括过氧化氢、氢过氧化物、过氧化二苯甲酰、过氧化甲乙酮、异丙苯过氧化氢、氧化环己酮中的至少一种。

作为优选方案，所述苯偶姻-硼酸缩水产物包括如下化合物中的至少一种：

、

、

。

作为优选方案，所述苯偶姻-硼酸缩水产物的制备方法为熔融缩合或共沸物脱水缩合。

作为优选方案，所述熔融缩合的方法具体为：

将苯偶姻和原硼酸混匀后，在无氧条件下加热至熔融，在150~200℃下进行反应后，抽出缩合产生的水蒸气，得到所述苯偶姻-硼酸缩水产物。

作为优选方案，所述共沸物脱水缩合的方法具体为：

将苯偶姻和原硼酸溶解于与水的共沸点为60~200℃的溶剂中，共沸脱水，得到所述苯偶姻-硼酸缩水产物。

作为优选方案，所述溶剂为甲苯、二甲苯、120#溶剂油或200#溶剂油等芳香族或脂肪族烃类溶剂或其异构体或相似沸程成分的混合物。

一种无纺布低温等离子体射流处理的前驱体料液，其由活化剂和前述的用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系组成，其中，所述用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系的用量为活化剂重量的0.05~1%。

作为优选方案，所述活化剂包括全氟正庚烷、六甲基二硅氧烷和八甲基四硅氧烷中的至少一种。

一种利用前述的前驱体料液对无纺布的低温等离子体射流处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

将无纺布解卷，经过超声波清洗和加热烘干后，利用电晕放电，对无纺布表面进行活化；

将活化后的无纺布通过低温等离子体射流的方法，将前驱体料液和低温等离子体射流喷射到无纺布表面后，进行加热处理。

作为优选方案，所述加热处理的温度为80℃。

本发明的有益效果在于：

1、常压低温等离子体处理跟间歇式等离子体高真空度处理，同样的改性效果，疏水性、耐擦洗性，统计上没有显著差异；

2、使用该引发体系，主要是可以大大提高生产效率和对设备、低温等离子体射流的要求大大降低，可以限制增加产能、降低生产成本，对无纺布（非织造布）的整理效果无不良影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明中所采用的苯偶姻-硼酸缩水产物的制备方法为：

将苯偶姻和原硼酸混匀后，在无氧条件下加热至熔融，在150~200℃下进行反应后，抽出缩合产生的水蒸气，得到所述苯偶姻-硼酸缩水产物；或

将苯偶姻和原硼酸溶解于与水的共沸点为60~200℃的甲苯中，共沸脱水，得到所述苯偶姻-硼酸缩水产物。

实施例1

本实施例提供了一种用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其由苯偶姻-硼酸缩水产物和过氧化氢按照50：1的摩尔比复配而成，其中，苯偶姻-硼酸缩水产物的成分为

和

。

实施例2

本实施例提供了一种用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其由苯偶姻-硼酸缩水产物和过氧化二苯甲酰按照1：100的摩尔比复配而成，其中，苯偶姻-硼酸缩水产物的成分为

和

。

实施例3

本实施例提供了一种用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其由苯偶姻-硼酸缩水产物和过氧化甲乙酮按照1：1的摩尔比复配而成，其中，苯偶姻-硼酸缩水产物的成分为

、

和

。

实施例4

本实施例提供了一种用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其由苯偶姻-硼酸缩水产物和异丙苯过氧化氢按照1：2的摩尔比复配而成，其中，苯偶姻-硼酸缩水产物的成分为

和

。

实施例5

本实施例提供了一种用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其由苯偶姻-硼酸缩水产物和氧化环己酮按照1：5的摩尔比复配而成，其中，苯偶姻-硼酸缩水产物的成分为

和

。

实施例6

本实施例提供了一种用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其由苯偶姻-硼酸缩水产物和氧化环己酮按照1：10的摩尔比复配而成，其中，苯偶姻-硼酸缩水产物分子式为

和

。

实施例7

本实施例提供了一种无纺布低温等离子体射流处理的前驱体料液，其由全氟正庚烷和实施例1制备的引发体系组成，其中，所述引发体系的用量为全氟正庚烷重量的0.05%。

实施例8

本实施例提供了一种无纺布低温等离子体射流处理的前驱体料液，其由六甲基二硅氧烷和实施例2制备的引发体系组成，其中，所述引发体系的用量为六甲基二硅氧烷重量的0.2%。

实施例9

本实施例提供了一种无纺布低温等离子体射流处理的前驱体料液，其由八甲基四硅氧烷和实施例3制备的引发体系组成，其中，所述引发体系的用量为八甲基四硅氧烷重量的0.1%。

利用实施例7~9制备前驱体料液对无纺布进行低温等离子体射流处理，具体方法为：

将无纺布解卷后，进行超声清洗和烘干；然后进行在线的电晕处理和活化；之后进入低温常压等离子体处理阶段。在该低温常压等离子体处理阶段，等离子体射流可以通过特定的惰性气体如氩气为载气，将前驱体料液通过等离子体射流喷枪阵列，作为前驱体激活，均匀处理到无纺布的表面，然后经过必要的烘干和辊轧等后处理，收卷得到相应的产品。

以普通的25g/sqm的口罩用非织造布为例，先用95%分析纯酒精洗涤30min、在40℃和-0.1MPa下真空干燥4小时之后，经空气中常温下用Monroe的152A型电晕处理设备对样品进行电晕处理，其中电晕电压为8KV，栅压1KV，处理时间2min；然后再用APPJ-1000常压低温等离子体射流仪，以氩气为载气、将混有复合引发体系的前驱体全氟正庚烷均匀喷涂到样品表面。然后再作烘干处理，条件为80℃，10min。

这样得到的无纺布用AATCC Test Method 118-2002其拒油等级可以达到4级；

洗涤方法，95%酒精中超声3min，取出之后真空烘箱中-0.1MPa下40℃下烘30min；反复洗3次；其拒油等级仍在3级。

通过在前驱体中添加复合引发体系，可以提高前驱体料液中的连接成分在无纺布织物表面的接枝率，改善整理的性能。

对比例1（不添加复合引发体系，其它条件相同）

以普通的25g/sqm的口罩用非织造布为例，先用95%分析纯酒精洗涤30min、在40℃和-0.1MPa下真空干燥4小时之后，经空气中常温下用Monroe的152A型电晕处理设备对样品进行电晕处理，其中电晕电压为8KV，栅压1KV，处理时间2min；然后再用APPJ-1000常压低温等离子体射流仪，以氩气为载气、将前驱体全氟正庚烷均匀喷涂到样品表面。然后再作烘干处理，条件为80℃，10min。

这样得到的无纺布用AATCC Test Method 118-2002其拒油等级可以达到4级；但95%酒精中超声洗涤并烘干3次之后其拒水等级降低到跟未处理的无纺布接近的水平，在0到1之间。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其特征在于，由苯偶姻-硼酸缩水产物和过氧化物组成，其中苯偶姻的硼酸缩水物和过氧化物的物质的量之比为50:1~1:100，其中，所述过氧化物包括过氧化氢、氢过氧化物、过氧化二苯甲酰、过氧化甲乙酮、异丙苯过氧化氢、氧化环己酮中的至少一种。

2.如权利要求1所述的用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其特征在于，所述苯偶姻-硼酸缩水产物包括如下化合物中的至少一种：

、

、

。

3.如权利要求2所述的用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其特征在于，所述苯偶姻-硼酸缩水产物的制备方法为熔融缩合或共沸物脱水缩合。

4.如权利要求3所述的用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其特征在于，所述熔融缩合的方法具体为：

将苯偶姻和原硼酸混匀后，在无氧条件下加热至熔融，在150~200℃下进行反应后，抽出缩合产生的水蒸气，得到所述苯偶姻-硼酸缩水产物。

5.如权利要求3所述的用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其特征在于，所述共沸物脱水缩合的方法具体为：

将苯偶姻和原硼酸溶解于与水的共沸点为60~200℃的溶剂中，共沸脱水，得到所述苯偶姻-硼酸缩水产物。

6.如权利要求5所述的用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系，其特征在于，所述溶剂为甲苯、二甲苯、120#溶剂油或200#溶剂油等芳香族或脂肪族烃类溶剂或其异构体或相似沸程成分的混合物。

7.一种无纺布低温等离子体射流处理的前驱体料液，其特征在于，由活化剂和权利要求1所述的用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系组成，其中，所述用于无纺布低温等离子体射流处理的引发体系的用量为活化剂重量的0.05~1%。

8.如权利要求7所述无纺布低温等离子体射流处理的前驱体料液，其特征在于，所述活化剂包括全氟正庚烷、六甲基二硅氧烷和八甲基四硅氧烷中的至少一种。

9.一种利用权利要求7所述的前驱体料液对无纺布的低温等离子体射流处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

将无纺布解卷，经过超声波清洗和加热烘干后，利用电晕放电，对无纺布表面进行活化；

将活化后的无纺布通过低温等离子体射流的方法，将前驱体料液和低温等离子体射流喷射到无纺布表面后，进行加热处理。

10.如权利要求9所述的对无纺布的低温等离子体射流处理方法，其特征在于，所述加热处理的温度为80℃。