禁用聚乙烯醇(PVA)等环境污染性浆料,利用淀粉类绿色浆料对棉纱进行上浆是生态浆纱技术的重要研究方向。但是淀粉类浆料单独使用时往往会带来浆膜脆硬、纱线不耐磨、织造时容易断头等问题,极大地影响了织造效率。而棉纤维由于其表面有一层拒水表皮层,使得棉纱不易润湿,浆液向纱线内部渗透困难。并且,随着现代高速浆纱技术的发展,纱线在浆槽内浸浆时间大大缩短,也对浆料的渗透和被覆效果提出了挑战。为了克服上述浆料、棉纤维和高速浆纱技术自身特性对棉纱浆纱带来的不利影响,实现利用淀粉类绿色浆料对棉纱(尤其是高支棉纱)进行生态浆纱的目标,本课题重点研究了利用氦气／氧气(He/02)常压等离子体(APP)对棉纱进行预处理,以提高棉纤维表面润湿性和对浆料的粘结性,然后使用含有磷酸酯淀粉和甘油组分的绿色浆料对APP预处理过的纱线进行上浆的生态浆纱技术(Eco-friendly Sizing Technology, EFST)。课题的主要研究内容包括：APP预处理改善原棉纤维表面润湿性和对浆液粘结性的基础理论、棉纤维回潮率(含水率)对APP处理棉纱效果的影响规律、基于APP预处理和绿色浆料使用的EFST生态浆纱技术以及APP浆前预处理对织物前处理及染色性能的影响等。首先,本课题研究了APP预处理工艺条件对棉纤维润湿性能的影响。APP不但可以轰击棉纤维表面产生物理溅射和化学刻蚀作用从而破坏纤维的疏水表皮层,而且同时在纤维表面生成自由基,引发等离子体植入官能团反应,在纤维表面植入羟基(C-OH)、羧基(COOH)和羰基(C=O)等极性基团,显著地提高其表面能,增强其润湿性,使其润湿时间从几个小时减小到0.8秒甚至更小,表面接触角从140°左右降低到0°。棉纤维表面粗糙程度和润湿性随着APP处理条件的改变而变化。当其它条件不变,等离子体喷头到纤维之间的距离(Jet to the Substrate Distance, JTSD)从2毫米减小到0.5毫米时,纤维表面粗糙程度逐渐变大；棉纤维润湿时间随着APP处理时间和O2流量的增加而减小,随着JTSD的增大而提高。APP处理后棉织物的润湿性在24小时内没有显著的变化,这主要因为原棉纤维的拒水表皮层已经受到等离子体的刻蚀、氧化而被破坏,表面被植入大量的亲水性基团所造成的。其次,本课题研究了APP预处理条件对棉纱与磷酸酯淀粉浆料之间的浆液粘附力及浆纱断裂伸长率的影响。研究结果表明,棉纱浆液粘附力和浆纱断裂伸长率的大小受棉纤维表面粗糙度和润湿性能的重要影响,棉纤维表面越粗糙,润湿性能越好,浆液粘附力和浆纱断裂伸长率越大。这是因为APP对纤维表面的粗糙化改性不但能赋予其“机械锁合效应”,增强浆料对纤维的抱合力,而且还能够增加浆料和纤维表面的有效接触面积,在它们之间产生更多的范德华力；纤维表面引入的极性基团如羟基、羧基和羰基,不但使浆料更容易渗入到纱线内层,增加浆料和纤维之间的接触面积,而且可与浆料大分子形成氢键结合,进一步提高它们之间的结合力,进而提高浆液粘附力和上浆率。棉纤维表面粗糙度随着APP处理时间以及O2流量的增大先增大而后略有降低,随着JTSD的减小而增大；其润湿能力随着APP处理时间的延长而逐渐提高。在上述规律的综合影响下,棉粗纱的浆液粘附力和浆纱断裂伸长率随着APP处理时间和O2流量的增加呈现先升后降的趋势,随着JTSD减小呈现变大的趋势。在优化的APP处理条件下,棉粗纱的浆液粘附力和断裂伸长率可分别提高59%和36%。APP预处理能有效糙化棉纤维表面,提高棉纱的润湿能力、浆液渗透能力、浆液粘附力以及浆纱断裂伸长率。本课题还重点研究了不同回潮率(含水率)对棉纤维受APP处理后其润湿性和浆液粘结性能的影响。结果显示,当棉纤维回潮率较小(0.5%)时,其等离子体表面刻蚀效果较好,在纤维表面出现了大量的近似圆形的、粒径大约为0.5微米左右的微粒；XPS分析证实更多的极性基团如羟基、羧基和羰基被引入到纤维表面,从而使棉纱具有更好的润湿性能、浆液渗透性和更高的浆液粘附力,浆液沿其横截面圆周向纱线内部渗透更均匀。当回潮率(含水率)较大(9.3%、26.4%)时,由于棉纤维拒水表皮层的存在,其表面存在的大量水分消耗了等离子体粒子的能量,从而使得APP处理效果变差,导致棉纤维的刻蚀程度、棉纱的润湿性能、浆液渗透性和浆液粘附力变小,浆液在棉纱受APP处理的一侧渗透较深,沿圆周向里渗透不均匀。在以上理论研究的基础上,本课题设计了一种生态浆纱工艺,即先利用APP预处理技术提高棉纤维的润湿性和其与浆液的粘附力,然后利用含有磷酸酯淀粉和甘油组分的绿色浆料对棉纱上浆。研究结果表明,与常规的使用PVA1799和磷酸酯淀粉上浆的传统浆纱技术(Traditional Sizing Technology,TST)相比,EFST生态浆纱技术能够赋予高支棉纱更好的浆纱质量,如显著提高的上浆率、浆纱断裂强度、浆纱断裂伸长率、耐磨次数以及更为有效的浆纱毛羽抑制率。与典型的使用30%PVA1799和70%磷酸酯淀粉的配方浆料上浆的TST传统浆纱技术相比,EFST生态浆纱技术可以使浆纱上浆率、浆纱断裂强度、浆纱断裂伸长率、耐磨次数分别提高19.4%、5.3%、3.4%和169.2%,使1毫米毛羽指数值降低59.3%。APP预处理可以使各浆纱质量指标得到明显改善,绿色浆料配方中的甘油组分能够有效贴服毛羽,提高浆纱耐磨次数和上浆率。NaOH退浆实验表明,EFST生态浆纱技术对退浆效果没有不利影响,反而会提高浆纱织物的润湿性和渗透性。最后,本课题利用两种前处理工艺,即使用淀粉酶INVAZYME(?) ADC退浆、精练酶KDN301精练、H202漂白的绿色前处理工艺和使用NaOH退浆、精练剂204精练、H202漂白的传统前处理工艺,来研究浆前APP预处理的生态浆纱技术对织物的前处理效果和染色性能的影响。实验结果表明,浆前APP预处理试样与非预处理试样相比,具有更好的前处理效果和染色性能,其浆料、果胶、蜡质及其它杂质去除更为有效、彻底；同样处理条件下得到的棉织物具有较高的失重率、润湿能力、白度值、上染速率、最终上染率以及较高的表观颜色深度K/S值；各试样匀染性指数RUI介于0.2和0.49之间,表明都具有较好的匀染性；干、湿耐摩擦色牢度分别为3～4级、2～3级,未发现APP预处理对匀染性和摩擦色牢度的明显影响。研究还发现,浆前APP预处理的试样使用常规前处理工艺处理时,即使省去精练过程,其前处理效果和染色性能、染色质量能达到未APP预处理试样经过NaOH退浆、精练剂精练、H202漂白全部过程后的水平；当使用绿色前处理工艺处理时,其前处理效果和染色性能、染色质量等也能达到未预处理试样经过退浆、精练、漂白传统工艺前处理后的水平。这充分说明,使用绿色和传统两种前处理工艺都能得到较好的前处理效果；APP浆前预处理能明显提高织物的前处理效果和染色性能；在工艺条件合理的情况下,能省却精练工序而不影响整体的前处理效果和染色性能、染色质量。