電子束輻照技術在紡織領域的應用

趙銀桃，田明偉，，張憲勝，，曲麗君，，朱士鳳，(.， 6607；.， 6607)

1 引言

紡織行業作為我國的傳統支柱產業，其在工業經濟中的地位舉足輕重，進一步促進紡織行業穩步高效的發展有著重要意義[1]。有“人類加工技術的第三次革命”之稱的輻照加工技術，是一種不同于其他加工方式的資源節約型加工技術，能大幅節約成本和時間，幾乎不產生污染，因此也是環境友好型加工方式[2-3]。電子束加工作為輻照加工中的重要方式，目前已被越來越多地應用在紡織加工生產中，對紡織行業發展起到了一定的推動作用。本文主要就電子束輻照技術在纖維改性[4,13]、紡織品后整理[5]及紡織生產廢棄物處理[6]中的應用進行了闡述。

2 電子束輻照技術簡介

20世紀90年代起，電子束輻照技術開始迅猛發展，并在各行各業中發揮著越來越重要的作用[7-9]。電子輻照是以電子加速器為輻射源，電子束經過高壓電場的加速發生聚集并作用于被輻照物質，引起該物質電離，電子束與被輻照物之間產生活性粒子，在體系中發生一系列的物理化學變化，直至新的熱力學平衡出現為止[10-11]。一般來說，電子束的穿透能力與電子束流的強弱呈正相關關系，電子束能量越高，輻照效果越充分[11]。在實際應用中，電子束輻照較其他輻照方式具有輸出功率大、能量利用率高、穿透能力強、 生產加工效率高、容易控制、應用簡單、裝置簡潔、反應過程中不使用催化劑等優點。另外，將電子束輻照應用于工業生產廢棄物的處理中，由于其處理產物是CO2、H2O等物質，且操作簡單、效率高、費用低[12]，因而明顯比傳統的污染物處理方式要有優勢。

3 電子束輻照技術在紡織領域的應用

3.1 纖維改性方面的應用

電子束輻照應用于纖維改性方面可以直接或間接地彌補纖維某些性能的不足，又不會損壞纖維原有的優良性能，而且操作簡單，適合批量生產。

周斌等人[13]把電子束輻照技術應用到聚丙烯纖維的改性上，利用誘導接枝的方法，將輻照過的丙烯酸接枝到聚丙烯基體上，再將聚丙烯材料浸泡在甲基丙烯酸丁酯單體溶液中，用電子束輻照接枝，最后得到吸附性能更好的新型聚丙烯材料，實現了對聚丙烯纖維的改性，提升了其性能。

司戈麗等人[14]對苧麻纖維進行了劑量從0 kGy至2000 kGy的輻照，發現電子束輻照對改善纖維結晶度有很大幫助，并且結晶度隨輻照劑量的增大呈線性減小，因此通過改變輻照劑量的方式可以調節苧麻纖維的結晶度，從而達到對苧麻纖維改性的目的。

劉偉等人[15]將高能電子束輻照技術應用于活性炭纖維，并測試其對苯酚的吸附情況，發現當對活性炭纖維進行一定強度的輻照時，其比表面積有增大的現象，后吸附能力隨比表面積的增大而增大，在80 Mrad處達到峰值，吸附能力開始下降，這是由于高能電子束對纖維表面的撞擊造成的，因此選用合理的電子束輻照劑量可以提高活性炭纖維的吸附能力，進而得到性能更優異的新型活性炭纖維。

Sugano-Segura ATR等人[16]在聚丙烯纖維的制備中加入了硫酸鹽木質素來提高纖維的抗氧化性能，但發現硫酸鹽木質素的加入導致纖維屈服應力的損失，而使用電子束輻照與硫酸鹽木質素協同作用，可以保持甚至增強復合纖維的力學性能。因此可以應用電子束輻照來保護纖維的性能不被改變，而間接達到對纖維改性的目的。

丁川[17]利用高能電子束對PET材料進行輻照，實現了丙烯酸在纖維上的接枝，發現接枝率增大，斷裂強力提高，斷裂伸長下降，并且PET燃燒后成炭，這是由于輻照后PET纖維表面受損，出現了類似于膨脹的現象，從而PET的阻燃及防融滴性能有了提升。

Park S等人[18]對聚丙烯腈纖維進行電子束輻照，將其熱穩定過程縮短了四分之一，且促使纖維中產生了多種鏈自由基，自由基的出現使得聚丙烯腈纖維在炭化之后有了足夠的抗拉強度和模量。與傳統方式相比，采用電子束輻照的方式節省了時間，而且纖維的性能也得到了改善。

3.2 紡織品后整理方面的應用

隨著人們生活水平的提高，功能性紡織品已經深入人心，然而紡織品功能性的獲得還離不開后整理工序。傳統的紡織品后整理方式不僅工藝復雜，投入大，還給環境帶來了不可忽視的污染問題[19]。電子束輻照技術憑借本身諸多優點，越來越多地被應用到后整理工序，它的投入使用為紡織品的后整理帶來了巨大改變。

棉織物擁有非常好的吸濕性，但疏水能力不佳，吸濕后散失水分的能力較差，會給人體帶來陰冷或者悶熱的感覺[20]。杜金梅等人[21]提出先用醋酸酐對棉纖維進行預處理，將一種或多種丙烯酸酯類物質溶解于一種或多種醇類物質中，在電子束輻照作用下，用溶液處理棉織物，從而改善棉織物的疏水性能。其中電子束輻照技術的應用提高了產品的均勻性，節約了成本。

李文華[22]在織物印染流程中引入了電子束輻照技術，發現對棉坯布進行輻照劑量為3 kGy的預輻照處理，織物的染色效果可達到最佳水平；對坯布階段的滌綸織物進行劑量達10 kGy的預處理，織物的各項染色指標效果最優。對織物成品進行輻照處理，也可以提升其印花效果，但效果稍遜于坯布的輻照處理。另外可以用電子束輻照對糊料進行改性，印花均勻性有所提高，節約了成本和時間，并且有利于環境保護。

孟微等人[23]把電子束輻照技術應用到了面料改性上，通過調節輻照時間、劑量等，測定了各種織物在電子束輻照作用下發生的性能變化，發現亞麻織物在接枝后，阻燃性能有所提升，當接枝率達到14.33%以上時，織物的阻燃指標可達到較高水平；滌綸織物的融滴性能得到改善，30 s內融滴數量下降明顯；棉織物的抗菌、耐水洗及抗皺等性能都有提高。

將電子束輻照技術應用于紡織品的后整理，不但可以減少工藝流程、提高生產效率和織物的性能、賦予織物新的功能，還可以減少環境污染。

3.3 處理印染廢水方面的應用

目前紡紗印染等環節不僅浪費大量水資源，而且會產生污染物排放[24]，嚴重污染環境。廢液中污染物成分復雜多樣，且根據加工工藝及紡織品的不同，污染物也會有所不同。其中重金屬等物質會對環境造成極大危害[25]，這些問題的解決就迫切需要一種新的手段。電子束輻照技術影響電子束作用的因素主要是電子束流的強度和能量，能量越高穿透能就隨之增加，對污染的處理效果也就越好[11]。

Anvari F等人[26]對合成紡織廢水進行了處理，探究了混凝法和電子束輻照相結合的方式對合成紡織廢水的處理效果。結果表明，廢液中的懸浮物質在混凝法作用下減少，pH值先隨輻照劑量增加而增加，而后變化減慢甚至不再變化，另外在輻照作用下，廢液的脫色效率提高。

Paul J等人[27]把電子束輻照用于處理含有RR-120染料的活性偶氮染料水溶液中，對脫色率變化、化學需氧量降低率、有機碳總量、溶液pH值及五日內生化需氧量這幾個方面進行了觀測，發現pH值降低，五日生化需氧量與化學需氧降低量的比值有所上升，也就是說電子束輻照將溶液轉化為生物可降解，從而使得含有RR-120染料的印染廢水得以有效處理。

江蘇省將電子束輻照應用到廢水處理的不同階段，得出電子束輻照應用于最終出水處可提高污水的生物降解率，從而達到處理印染廢水，減少污染排放的目的[28]。

目前電子束輻照技術應用于處理印染廢水取得了不錯的成果，可以幫助有效減少污染物的排放，而且縮短了工藝流程，減少了二次污染，是紡織行業印染廢水，處理的新方式。

4 結語

電子束輻照技術已應用到紡織生產中的多個流程，如纖維改性、紡織品后整理、印染廢水的處理。相比傳統的處理方法，電子束輻照技術流程短、耗時少、效率高，大大提高了紡織企業的效益。隨著人們對電子束輻照技術的不斷了解，電子束輻照技術會在紡織領域發揮更重要的作用，更好地推進紡織行業的發展。

參考文獻：

[1] 黎僑.紡織行業的經濟理論研究-評《中國紡織經濟概論》[J].印染助劑,2017,34(8)：67.

[2] 吳明紅,徐剛,劉寧,等.電子束輻照處理難降解有機污染物[J].上海大學學報(自然科學版),2011,17(4):549—554.

[3] 賀新.核能科技 創新三強-王傳禎研究員與北京三強核力公司的10年奮斗[J].中國發明與專利, 2009，(11):45—46.

[4] 程量，張瑩，丁海燕，等.一種高能電子束改性醋酸纖維素纖維的工藝[P].中國專利：CN201510328476，2015—09—02.

[5] 吳海燕，張翔，王曉廣，等.利用電子束輻照對織物的耐久阻燃后整理方法[P].中國專利：CN201310396524，2013—12—18.

[6] 石鑫.輻射技術處理印染廢水[D].上海：上海大學,2004.

[7] 施培新．食品輻照加工原理與技術[M]．北京：中國農業出版社，2004．

[8] 哈益明，施惠棟，王鋒，等．電子束食品輻照的研究現狀與應用特點[J]．核農學報，2007，21(1)：61—64．

[9] 杜方嶺,王志芬,王守經,等.電子束輻射技術應用研究及發展前景[J].山東農業科學,2009，(12):102—104.

[10] 顧可飛,趙志輝,高美須,等.電子束輻照技術在食品安全控制中的應用[J].中國食物與營養,2008，(3):11—14.

[11] 陳建平,張會杰,米正輝,等.加速器電子束輻照技術在污水處理中的應用[J].工業水處理,2014, 34(3):1—6.

[12] 張娟琴,袁大偉,鄭憲清,等.電子束輻照技術在化學污染物處理中的應用[J].環境科技,2012, 25(3):75—78.

[13] 周斌,王山英,張迎東,等.電子束輻照接枝法制備改性聚丙烯纖維吸附材料[J].天津工業大學學報, 2014，33(2):15—18.

[14] 司戈麗,韓兆磊,侯春宇.電子輻照對苧麻纖維結晶度的影響研究[J].核技術,2013,(7):26—30.

[15] 劉偉,張玥,郝建鋼.高能電子束制備新型活性炭纖維的研究[J].天津紡織科技,2014,(2):27—28.

[16] Sugano-Segura A T R，Tavares L B，Rizzi J G F，et al. Mechanical and Thermal Properties of Electron Beam-irradiated Polypropylene Reinforced with Kraft Lignin[J]. Radiation Physics & Chemistry,2017,139.

[17] 丁川.電子束輻射引發滌綸(PET)接枝提高阻燃抗熔滴性能的研究[D].上海：東華大學,2015.

[18] Park S，Yoo S H，Kang H R，et al. Comprehensive Stabilization Mechanism of Electron-beam Irradiated Polyacrylonitrile Fibers to Shorten the Conventional Thermal Treatment[J]. Scientific Reports,2016,(6):27330.

[19] 魏孟媛,和杉杉,段冀淵,等.功能性紡織品的安全性評估及其功能因子的分析[J].產業用紡織品,2014,24(7):39—43.

[20] 葉遠麗,李飛,馮志忠,等.基于個人防護的棉織物吸濕快干整理[J].服裝學報,2017,2(6):483—487.

[21] 杜金梅,董晶,張璐璐,等.一種基于醋酸酐-丙烯酸酯類-電子束技術的棉織物疏水整理方法[P].中國專利：CN201510651837，2016—01—06.

[22] 李文華.利用電子輻照技術提升織物印花效果及色牢度[D].上海：東華大學,2013.

[23] 孟微,周莉,錢海洪,等.基于高能電子束輻照技術的服裝面料功能化[J].服裝學報,2016,1(2):138—141.

[24] 王靚雯,石瑞娟.紡織企業綠色轉型的影響因素及其路徑[J].消費導刊,2017,(10):196—197.

[25] 肖九梅.破解印染廢水處理之困智引紡織行業綠動未來[J].印染助劑,2017,34(10):6—12.

[26] Anvari F，Kheirkhah M，Amraei R. Treatment of Synthetic Textile Wastewater by Combination of Coagulation/Flocculation Process and Electron Beam Irradiation[J].Journal of Bioscience & Bioengineering，2014，118(2):134—138.

[27] Paul J，Rawat K P，Sarma K S，et al. Decoloration and Degradation of Reactive Red-120 Dye by Electron Beam Irradiation in Aqueous Solution.[J]. Appl Radiat Isot，2011，69(7):982—987.

[28] He S，Sun W，Wang J，et al. Enhancement of Biodegradability of Real Textile and Dyeing Wastewater by Electron Beam Irradiation[J].Radiation Physics & Chemistry，2015，(124):203—207.