[論文レビュー] Plasma treatment advantages for textiles

Amelia Carolina Sparavigna|ArXiv.org|Jan 24, 2008

Surface Modification and Superhydrophobicity参考文献 8被引用数 59

ひとこと要約

この論文は、低温プラズマを用いた処理が、親水性、汚れ弾き、ほつれ防止性能といった繊維の特性を向上させる持続可能で表面特異的な方法であることを示している。低圧または大気圧でのコールドプラズマ処理により、天然繊維（綿、ウール）および合成繊維の表面層のみを改質し、体積特性に影響を与えることなく親水性または疎水性の仕上げが可能となる。

ABSTRACT

The textile industry is searching for innovative production techniques to improve the product quality, as well as society requires new finishing techniques working in environmental respect. Plasma surface treatments show distinct advantages, because they are able to modify the surface properties of inert materials, sometimes with environment friendly devices. For fabrics, cold plasma treatments require the development of reliable and large systems. Such systems are now existing and the use of plasma physics in industrial problems is rapidly increasing. On textile surfaces, three main effects can be obtained depending on the treatment conditions: the cleaning effect, the increase of microroughness (anti-pilling finishing of wool) and the production of radicals to obtain hydrophilic surfaces. Plasma polymerisation, that is the deposition of solid polymeric materials with desired properties on textile substrates, is under development. The advantage of such plasma treatments is that the modification turns out to be restricted in the uppermost layers of the substrate, thus not affecting the overall desirable bulk properties. Here, we present the research results on the use of plasma physics in textile properties modification. Treatments on natural, wool and cotton, and on synthetic polymers to improve wetting are shown. Hydrophilic-hydrophobic treatments, dirt-repellent coatings are presented. Low-pressure and atmospheric-pressure glow discharge systems are also discussed.

研究の動機と目的

• 従来の繊維仕上げ工程に代わる環境に配慮した代替手法として、プラズマ処理の可能性を調査すること。
• 体積特性に影響を与えることなく、天然繊維および合成繊維の表面特性を改質するプラズマ処理の有効性を評価すること。
• 機能性高分子被膜を繊維に堆積させるためのプラズマ重合の可能性を評価すること。
• 産業的スケーラビリティを考慮した低圧および大気圧グロー放電系の比較。
• 清掃、マイクロ粗さの増大、ラジカル生成といった主要な表面効果を特定し、目的に応じた繊維性能の最適化を可能にする。

提案手法

• 低圧および大気圧グロー放電系を用いたコールドプラズマ処理を繊維基板に適用すること。
• 繊維表面に自由ラジカルを生成するためのプラズマ誘発表面活性化の活用。
• 所望の表面エネルギー特性を有する薄い機能性高分子層を堆積させるためのプラズマ重合法の採用。
• 電力、ガス種、露出時間などの処理パラメータを制御し、親水性または疎水性といった特定の表面効果を実現すること。
• 接触角測定、表面粗さ測定、化学組成分析（文脈から暗黙に想定される）を用いて、親水性、マイクロ粗さ、化学組成の変化を評価すること。
• 綿、ウール、合成高分子に処理を施し、処理の汎用性と有効性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プラズマ処理は、綿や合成繊維といった疎水性繊維材料の親水性をどのように向上させるか？
• RQ2 表面のマイクロ粗さを変更することで、ウール繊維のほつれをどの程度低減できるか？
• RQ3 従来の化学的仕上げ法と比較して、プラズマ処理の環境的および産業的利点は何か？
• RQ4 プラズマ重合は、繊維基板に耐久性があり機能性を有する被膜を効果的に堆積できるか？
• RQ5 低圧および大気圧プラズマシステムは、スケーラビリティおよび表面改質効率の観点でどのように比較できるか？

主な発見

• プラズマ処理は、綿や合成繊繊維を含む不活性繊維材料の表面エネルギーおよび親水性を効果的に向上させる。
• 低温プラズマ処理は、ウール繊維にマイクロ粗さを誘発させ、表面改質によってほつれの傾向を顕著に低減する。
• 表面ラジカルの生成により親水性表面が形成され、水吸収性および染色性が向上する。
• プラズマ重合により、汚れ弾きなどの所望の表面特性を有する機能性高分子被膜を堆積可能である。
• 表面改質は表面層に限定され、繊維基板の体積的機械的および熱的特性は保持される。
• 大気圧プラズマシステムは、現在、産業スケールでの繊維処理に実用的であり、大規模で連続処理が可能である。