低温等离子体技术在纺织品染色中的应用(下) yd100-03

展义臻  浙江三元控股集团有限公司 浙江杭州 311221

赵雪  浙江庆茂纺织印染有限公司 浙江绍兴 312071

王伟  东华大学化工学院 上海 200051

收稿日期：2007-06-18

作者简介：展义臻（1981-）男，山东青岛人，硕士，在公司技术中心工作

  原载：染整技术2008/1；15-17,21

 

【关键词】等离子体;纺织品;染色性能

【中图分类号】TS193·8文献标识码：A   文章编号：1005-9350(2008)01-0015-03

 

前期提要：介绍了等离子体在纺织品染色中的作用；对低温等离子体处理棉织物染色和麻织物染色的作用机理、效果及注意事项作了介绍；对低温等离子体提高羊毛织物和免毛织物的染色性能的处理方法、原理及效果等作了介绍。

 

5   等离子体处理蚕丝织物染色

    由于等离子体的轰击，对真丝纤维的刻蚀作用，使得它的表面变得粗糙，从而提高了毛效，最终改善了真丝织物的染色性能，显著提高了活性染料对其上染的百分率。

    通常选用酸性染料对真丝织物进行染色，其皂洗和日晒牢度均不够理想[7]。活性染料用于真丝织物的染色具有极好的染色牢度，而且活性染料色谱齐全，颜色鲜艳，且能满足真丝织物对鲜艳度的要求；但是美中不足的是活性染料的上染百分率明显不及酸性染料，然而经改性后的真丝绸用活性染料上染，情形就大为改观。用一氯均三臻类活性染料，NaHCO3，作固着剂进行染色时，上染百分率有着显著的提高，摩擦牢度也有所提升。

6   等离子体处理涤纶织物染色

    涤纶结构紧密、结晶度高、取向度高、分子中缺少吸附离子染料的极性基团，吸湿性差，故较难染色，需要在高温高压、热溶或加载体的条件下用分散染料染色，耗能大或污染严重。尤其超细涤纶，比表面积大，对光的反射率高，难染深浓色。涤纶织物经等离子体处理表面、织物表面接枝聚合、表面刻蚀，减少表面反射以改善染色性能及深色性[8]。

6·1  低温等离子体表面处理

6·1·1  处理涤纶后分散染料染色

    经等离子体处理后的涤纶织物，染色后的色牢度非常理想，干摩擦牢度均达到5级，湿摩擦牢度基本上也能达到5级，并没有因为上染率的提高而降低。

    经低温等离子体处理的织物其上染速度加快，平衡上染百分率提高。未经处理的织物，经不同类型的分散染料染色后，K/S值差异不大；但经低温等离子体处理后，织物经不同类型的分散染料染色后的K/S值差异较大，说明不同性质的相同颜色染料对低温等离子体处理响应存在差异。高温型分散染料染色的织物与等离子体处理程度相关性最大；中温型分散染料其次；低温型分散染料受影响最小。

    经低温等离子体处理后的织物表面会产生凹凸不平的花纹，使表面粗糙化，这使得涤纶织物表面对光的全反射降低，而漫反射增强。因此，经低温等离子体处理后的各色织物均产生深色效应，但不同颜色织物产生的程度不一样。

6·1·2 处理涤纶后阳离子染料染色

低温等离子体处理会在纤维表面形成不饱和键，并在纤维表面引入羧基、羰基等极性基团，从而显著影响纤维表面带电性，相应地提高了涤纶对阳离子染料的可染性。经O2和CF4低温等离子体处理，随着放电功率增大，处理时间延长，等离子体处理涤纶使阳离子染料染色深度K/S值增大，然而处理气体种类对染色深度影响显著。而且水洗后色光几 乎不变，染料与纤维形成了牢固的键合。

6·1·3 处理涤纶后酸性染料染色

等离子体处理可布纤维表面引入某些新的基团，增大涤纶与酸性染料之间的亲和力。涤纶织物经S02+02等离子体处理，可在涤纶表面引入含氧和氧-硫官能团，随着等离子体处理时间的延长，纤维表面官能团密度增加，纤维表面的亲水性基团增加，提高了涤纶的亲水性，增大了涤纶与水溶性染料的亲和力，改善其染色性。但处理时间过长，涤纶的结晶度会增加，可能是处理过程中纤维吸收能量和无定型区被刻蚀共同作用的结果。

6·2  低温等离子体接枝聚合

等离子体表面处理效果会随放置时间有所衰退，等离子体引发接枝聚合，在纤维表面引入更多能与染料结合的基团，增大染料与纤维之间的亲和力，提高染色性[9]。等离子体引发接枝聚合的方法大致有以下四种：① 低温等离子体表面处理后的试样，隔绝空气，直接与气相单体反应，成为气相-气相接枝处理；② 经低温等离子体表面处理后的试样，置于空气中，使纤维表面自由基与氧反应成过氧化物活性基，然后与液相或溶液状单体反应，按氧化接枝聚合反应历程引发接枝聚合，成为气相-常压液相接枝处理；③ 经低温等离子体处理后的试样，隔绝空气，直接与液相或溶液状单体反应，成为气相-脱气液相接枝处理；④ 将低挥发性单体浸渍或浸轧到纤维上，再经低温等离子体处理，引发单体在纤维上接枝聚合，又称为预处理接枝聚合。

经氟等离子体引发丙烯酸在涤纶表面接枝聚合，提高了碱性染料染涤纶的染色性能，上染百分率提高，染色深度增加，毛细管效应增大，而染色牢度不降低。

7           等离子体处理锦纶织物染色

锦纶织物经空气等离子体处理后纤维表面出现凹凸不平的微坑，增加了纤维表面的粗糙度。处理后纤维表面的碳元素含量明显下降，而氧和氮元素含量增加，这是由于等离子射流中的活性物质将空气中的氧和氮元素氧化，并引入到纤维表面，增加了纤维表面的极性基团数，提高表面极性，有助于染料的吸附和固着[10]。

等离子射流处理对尼龙纤维表面有一定的刻蚀作用；可增加纤维表面-OH、-COOH、-NH2等几种极性基团的含量，增加纤维润湿性，加快染料的扩散速度，增加染色深度，一定程度上改善了纤维的染色性能。常压等离子体处理后纤维几乎无损伤，这是由于等离子体处理仅对纤维表层部分改性， 不影响高聚物整体性质，纤维的取向和结晶没有发生变化，因此纤维的力学性能也不会发生变化。

8           等离子体处理丙纶织物染色

丙纶密度低，强度高，耐酸碱性比较好而且不刺激皮肤，有良好的隔热性，所以在运动服装、产业用纺织品等方面得到了广泛的应用，但是丙纶大分子规整性好，分子结晶度高，染色性差。

(N2+He+H2)混合气体处理后，在丙纶表面引入了含氮极性基团，提供了酸性染料的活性染座，形成了染料与纤维的化学键合，等离子体处理的丙纶织物对阴离子酸性染料的染色性能明显提高。随着等离子体处理时间的延长，染色性会获得一极大值。由于等离子体改性主要发生在纤维表面，染料仍然不易向结晶度高的丙纶纤维内部扩散，因此为了进一步改善丙纶织物的染色性能，也可以通过等离子体接枝聚合，在丙纶内部引入能与染料结合的基团，增大染料与纤维之间的结合力[11]。

如通过丙烯腈低温等离子体在丙纶织物表面接枝聚合，丙烯腈会发生脱氢现象，-C=N基团消失，=C=N-和=C=C=也发生分子内部重排现象，而且这种现象随着等离子体处理时间的延长。放电功率的增大而增大，接枝率也提高。同时，等离子体接枝聚合时，丙纶表面发生强烈的氧化反应，纤维表 面=C=O等含氧基团增加，从而提高织物的吸湿性和改善织物的染色性能。

9   等离子体处理大豆纤维染色

    大豆蛋白纤维属于再生植物蛋白纤维，是采用化学、生物化学的方法从榨掉油脂的大豆豆渣中提取球状蛋白质，通过添加功能性助剂，改变蛋白质空间结构，经湿法纺丝而成。该纤维单丝细度细(0.85-1.Otex和1.1-1.5dtex)，比重小，强伸度较高、耐酸碱性较好，手感柔软，具有羊绒般的手感、蚕丝般的柔和光泽、棉纤维的吸湿和导湿性及穿着的舒适性和羊毛的保暖性。

    大豆纤维经低温等离子体处理后，其初染速率、平衡上染百分率都高于未处理的大豆纤维。这是由于经低温等离子体处理后的大豆纤维，受到高能活化粒子的作用，改变了纤维表面的物理形态及化学组成，增大了染料与纤维之间的作用力，有利于染料的吸附，提高了染料的上染率；同时经低温等离子体处理后，在大豆纤维表面又引入了更多的亲水性基团，提高了纤维的吸附性，从而有利于染料向纤维内扩散。同时在温度为60℃染色时，未处理过的大豆纤维上染率很低，而经低温等离子体处理后的大豆纤维，在此条件下染色，上染百分率明显高于未处理的。这说明经低温等离子体处理后，大豆纤维表面化学结构的改性使之在较低温度染色时也有一定的上染率，从而提高了大豆纤维的实用性[12]。

    经低温等离子体处理后，随大豆纤维放置时间的延长，虽会使上染百分率有所下降，但降低的幅度不大，仍具有良好的染色性能。

10  牦牛毛改性染色

    牦牛毛是结构复杂的天然纤维之一，表面有鳞片覆盖，使牦牛毛表面呈现疏水性质，由于纤维粗长，硬挺且直，表面光滑，卷曲少，抱合力极差，因而不能纺纱，长期以来只作为毡制品、绳索等低档产品的原料。采用低温等离子体技术处理天然毛纤维，能够使纤维表层的大分子链断裂形成离子或自由基，提高纤维表面亲水性能，从而改善毛纤维染色性。

    牦牛毛纤维表面经过等离子体处理可以刻蚀掉其表面致密的鳞片层。牦牛毛表面覆盖着较硬的角质层即鳞片层，由于鳞片夹角较小，紧贴于毛干上，比较紧密。牦牛毛经过低温等离子体处理后，其纤维表面受到高能活化粒子的作用，改变了纤维表面的物理形态及化学组成，这样牦牛毛表面致密的鳞片层被刻蚀剥落一部分，纤维表面出现一些凹坑，变得凹凸不平[13]。

    等离子体表面改性处理过程中存在着2种主要作用：一是对材料的氧化作用；二是对材料表面的刻蚀作用。经过低温等离子体处理后的牦牛毛纤维受到高能活化粒子的作用，改变了纤维表面的物理形态及化学组成，增大了染料与纤维之间的作用力，有利于染料的吸附，提高了染料的上染率。同时在牦牛毛纤维表面引入一些亲水性基团，提高了牦牛毛纤维的吸附性，有利于染料向纤维内扩散。在温度为5O℃染色时，未处理过的牦牛毛纤维上染率很低，平衡上染率仅为55%；而经低温等离子体处理后的牦牛毛纤维在此条件下染色，上染率达到60%左右，明显高于未处理的纤维。这说明经低温等离子体处理后，由于牦牛毛纤维表面化学结构的改性，使之在较低温度染色时也有一定的上染率，这样就提高了牦牛毛纤维的实用性。

    氧气等离子体处理后，牦牛毛纤维的上染率提高更为明显。这是由于在氧气等离子体中氧离子的浓度大于空气等离子体中的氧离子浓度，因而能够引入更多含氧极性基(-COOH、-OH)，因此前者更有利于提高牦牛毛纤维的吸附性，有利于染料向纤维内扩散。因此，牦牛毛纤维经等离子体处理后能够提高其染色速率和上染率，并且氧气等离子体的改性效果较好一些。

11  结语

    等离子体作为一种清洁、节水、节能、处理均匀的工艺，在纺织品方面的应用已有相当多的研究成果。实际生产中可根据材料的结构性能，选择合适的等离子体表面处理和接枝技术，增大染料与纤维之间的结合力，改善织物的染色性能。同时等离子体的刻蚀作用，对染色织物具有一定的增深效果。因此，等离子体处理在纺织品染色中具有广泛的应用前景，尤其在改善纤维染色性能方面具有实用价值。

12              参考文献

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