【集萃網(wǎng)觀察】摘要:等離子體處理技術(shù)能明顯提高處理后織物的染色性能。本文主要簡(jiǎn)述了等離子體技術(shù)的概念、提高紡織品的染色性能的處理方法、原理及其在各種纖維上的應(yīng)用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,等離子體處理在紡織品染色中具有廣泛的應(yīng)用潛力。
關(guān)鍵詞:等離子體;紡織品;染色性能
中圖分類號(hào):TQ193·8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-1179(2007)04-031-6
傳統(tǒng)染色以水為介質(zhì),染色時(shí)間較長(zhǎng),染色溫度較高,耗能大,對(duì)纖維的損傷大。一般染色結(jié)束后,染色殘液中染料未吸盡,或染色織物在后處理中洗下的浮色,都會(huì)造成嚴(yán)重的水污染。近年來,等離子體技術(shù)作為一種清潔、簡(jiǎn)便、快速、節(jié)能的干態(tài)加工方式,在天然和化學(xué)纖維改性中得到廣泛的應(yīng)用,逐漸引起人們的重視,低溫等離子體中的高能活性粒子與纖維表面作用,發(fā)生表面處理、接枝聚合等反應(yīng),改變了纖維表面的物理形態(tài)和化學(xué)組成,從而改善了纖維的染色性能。
等離子體是指一種全部或部分被電離的氣體,氣態(tài)物質(zhì)在熱、電等能量的作用下產(chǎn)生不同程度的分子及電子的分離,形成帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的離子等,這種包含原子、分子、電子、離子、光子、各種亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài)粒子的混合氣體即為等離子體。等離子體大體上分為高溫等離子體(平衡等離體)和低溫等離子體(非平衡等離子體)。當(dāng)電子溫度(Te)很高(104~105K),氣體溫度(Tg)近于常溫,Te遠(yuǎn)大于Tg,等離子體處于熱的不平衡狀態(tài),稱之為低溫等離子體,紡織染整加工主要應(yīng)用電暈放電和輝光放電產(chǎn)生的低溫等離子體。
低溫等離子體用于染色加工有以下途徑:利用低溫等離子體的高反應(yīng)性,在纖維表面引入親水基團(tuán)(如-OH、-SO3H、-COOH)和對(duì)染料具有親和性的基團(tuán)(如-NH2);利用低溫等離子體的高活性,在纖維表面生成自由基,從而引發(fā)單體在纖維表面接枝聚合,使纖維表面接枝上與染料具有親和性的基團(tuán)(如丙烯酸類單體);利用低溫等離子體表面處理的刻蝕作用,使紡織品表面粗糙化,減少對(duì)光的表面反射,增加對(duì)染料的吸收,提高染色織物的表觀深度和染色濃度。
1等離子體處理棉織物染色
棉纖維上含有許多極性的羥基,是一種親水性纖維,染色性能良好。然而等離子體處理后可通過對(duì)棉纖維的刻蝕和纖維表面改性,提高纖維表觀深度(K/S)和染料的上染百分率。氧氣在常用的幾種低溫等離子體改性氣體中(如N2、Ar等)刻蝕效果是最強(qiáng)的,未處理棉織物表面相對(duì)光滑,處理1分鐘后表面開始出現(xiàn)凹槽, 5分鐘后凹槽和凹坑已經(jīng)非常明顯,而處理10分鐘后的纖維表面已經(jīng)成蜂窩狀。經(jīng)過刻蝕后,織物比表面積的增加引起了織物親水性和染料透染性的增加,這點(diǎn)對(duì)分子結(jié)構(gòu)相對(duì)小的活性染料的影響尤為明顯。
氧氣等離子體處理對(duì)棉纖維染色性能的影響主要體現(xiàn)在:氧氣低溫等離子體刻蝕作用引起的織物比表面積的增加,比表面積的增加有利于染料在纖維中的擴(kuò)散;氧氣低溫等離子體處理后羧基等親水性基團(tuán)的引入,提高了纖維的潤(rùn)濕性,加快了染料向纖維表面吸附及向纖維內(nèi)部擴(kuò)散;等離子體的刻蝕作用使纖維表面粗糙化,提高了增深效應(yīng)。但是需要注意的是等離子體的處理產(chǎn)生的刻蝕作用同樣會(huì)破壞棉織物表面羥基,羥基的損失將不利于染料活性基團(tuán)與纖維反應(yīng),降低棉織物表觀染色深度( K/S)和總固色率;而且處理時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)引起纖維表面發(fā)生交聯(lián),同時(shí)降低上染速率和平衡上染百分率。
只有選擇合適的處理工藝,氧氣低溫等離子體對(duì)棉織物的刻蝕作用以及一些含氧親水基團(tuán)的引入才能有利于染色的進(jìn)行,與棉織物表面反應(yīng)的氣體活性粒子數(shù)量和能量也才能有一個(gè)良好的配比。例如處理過程中對(duì)氧氣氣壓的選擇:氣壓過高,反應(yīng)腔中的氣體分子多,飛行中的電子能量將被損耗多,達(dá)到被處理物表面的電子能量較低,改性效果差;而氣壓過低,反應(yīng)腔中的氣體分子少,在等離子體中和被處理物表面反應(yīng)的氣體活性粒子少,改性效果也會(huì)差。而且適當(dāng)?shù)奶幚砉に嚳墒估w維表面形成眾多凹槽,這些凹槽增加了纖維相互間的摩擦力,增大了織物的斷裂強(qiáng)力,但這種增大作用是有一定限度的,當(dāng)刻蝕超過一定程度時(shí),纖維損傷過度,織物整體的斷裂拉伸強(qiáng)力隨之也會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。
2等離子體處理麻織物染色
麻織物如亞麻、苧麻具有透氣、涼爽、舒適等優(yōu)良性能,深受廣大消費(fèi)者的喜愛。但麻類織物結(jié)晶度、取向度高,使得染料難以滲透和擴(kuò)散,染色性能較差,不易染成深色,在某種程度上制約了亞麻在服用和裝飾用高檔面料上的應(yīng)用。以往改善亞麻染色性能多采用陽(yáng)離子化學(xué)改性法、化學(xué)接枝法、稀土法、涂料法、添加增深助劑等方法,這些方法可在一定程度上改善亞麻織物的染色性能。但存在成本高、耗水、耗能、污染環(huán)境等弊端并破壞了纖維自身性能,綜合效果不理想。
2·1等離子體表面處理
氧等離子處理麻織物使織物表面刻蝕、失重,粗糙度增加,纖維表面的微凹坑和裂紋增大了纖維的表面積,增加了對(duì)水的吸附性,提高了織物的毛細(xì)管效應(yīng),改善了潤(rùn)濕性。因?yàn)橛醚醯入x子處理麻織物,纖維表面滲入氧原子,產(chǎn)生自由基,在空氣中表面自由基引起氧發(fā)生反應(yīng),引入羥基、羰基、過氧基等一類親水性基團(tuán),所以提高了織物的親水性能。并且處理功率越大,引發(fā)的高速粒子數(shù)量越多,能量也越大,對(duì)纖維表面轟擊和刻蝕作用加重,使麻纖維表面結(jié)晶度有所下降,從而潤(rùn)濕性得到提高,有利于織物染著濃度的改善。毛細(xì)效應(yīng)隨處理時(shí)間延長(zhǎng)有一最大值,繼續(xù)延長(zhǎng)處理時(shí)間毛細(xì)效應(yīng)變化不明顯。纖維表面刻蝕粗糙化及潤(rùn)濕性的改善對(duì)纖維的上染百分率及深染性有影響。織物上染百分率的增加和織物潤(rùn)濕性的改善直接有關(guān),潤(rùn)濕性越好,越有利于染料向纖維內(nèi)滲透、擴(kuò)散,從而提高上染百分率。等離子體的高能粒子對(duì)苧麻纖維表面的轟擊和刻蝕作用增大,使纖維表面粗糙度加大,而纖維表面粗糙化增加了入射光在纖維表面的反復(fù)反射和吸收,其結(jié)果是提高了纖維對(duì)入射光的總吸收,從而產(chǎn)生表觀的深色效應(yīng)。等離子體處理有利于改善麻類織物用直接染料染色的耐洗和耐摩擦牢度,可代替固色劑Y固色處理,減少化學(xué)品消耗。
需要注意的是低溫等離子體處理時(shí)間過長(zhǎng),會(huì)使纖維表面過度氧化,形成較多的羧基,增大纖維表面所帶負(fù)電性,導(dǎo)致纖維與陰離子染料之間的靜電斥力增加,降低染料與纖維的親和力;同時(shí)會(huì)造成纖維無定型區(qū)刻蝕程度加深,纖維結(jié)晶度增大,使纖維上染百分率下降。對(duì)經(jīng)樹脂或柔軟劑整理后的麻織物,經(jīng)等離子體處理,纖維表面被刻蝕,可使纖維與整理劑進(jìn)一步反應(yīng),在纖維表面形成一層更牢固的粗糙膜,大大降低纖維表面對(duì)光的反射率,提高織物的深染性。
2·2等離子體接枝聚合
將脫膠的亞麻織物在一定濃度的丙烯酰胺水溶液中浸漬,然后恒溫干燥一定時(shí)間,再經(jīng)氬低溫等離子體處理。由于等離子體產(chǎn)生的活性粒子具有很高的能量,撞擊纖維表面,在纖維上產(chǎn)生活性點(diǎn),形成自由基,從而引發(fā)單體在織物表面接枝聚合。亞麻試樣活性染料染色后的上染率為29·7%,經(jīng)等離子體引發(fā)接枝后的亞麻試樣活性染料上染率可達(dá)57·8%。接枝不但提高了活性染料的上染率,而且在纖維表面引入了與染料發(fā)生作用的基團(tuán),提高了活性染料和亞麻織物之間的結(jié)合力(氫鍵或范德華力),接枝后活性染料的染色牢度有了很好的改善。麻織物接枝后,在表面引入了丙烯酸支鏈,由于羧基的吸電子效應(yīng),接枝位置上的碳原子的正電性加強(qiáng),從而使活性染料上的-SO-3容易向亞麻試樣靠近而增加了纖維對(duì)活性染料的吸附�；钚匀玖显诶w維上的可及度增大,纖維和活性染料能夠很好地發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合;同時(shí)也有利于活性染料向纖維內(nèi)芯擴(kuò)散,使上染率提高。表面接入較多的羧基在水中電離為負(fù)離子也可和活性基團(tuán)發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合,同時(shí)降低了染料水解的程度,使上染率得到提高。纖維大分子上引進(jìn)的酰胺基團(tuán)越多,接枝聚合物的數(shù)量就越多,接枝效果就越好。
等離子體對(duì)亞麻的作用有兩個(gè)方面:一是使亞麻分子上的鍵斷裂,形成表面自由基;二是對(duì)亞麻表面分子產(chǎn)生刻蝕作用,連同形成的表面自由基,這類似于“逐層剝離效應(yīng)”。在照射初期,最外層分子因斷鍵而生成自由基的速度大于表面刻蝕作用,此時(shí)自由基數(shù)量隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增加,在反應(yīng)后期刻蝕速度大于自由基的生成速率,因此隨時(shí)間增加自由基數(shù)量減少,從而含氮量出現(xiàn)極值,所以等離子體的處理時(shí)間必須控制好,處理時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)破壞麻纖維的無定型區(qū),使上染百分率下降。
3等離子體處理羊毛織物染色
羊毛表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜,表面有鱗片覆蓋,呈疏水性質(zhì),染液不易潤(rùn)濕,阻礙了染料的吸附和擴(kuò)散而難以上染。特別是一些親和力不高的染料,殘液中染料濃度含量高,污水處理較難。因此,羊毛染色一般采用較高溫度,染色時(shí)間也較長(zhǎng),造成染色時(shí)能耗高,對(duì)纖維損傷大,尤其在羊毛等電點(diǎn)之外染色時(shí),羊毛纖維損傷更大,手感粗糙,色澤泛黃。目前較常用的幾種羊毛低溫染色方法,有甲酸法、尿素法、溶劑法、前處理法和表面活性劑法等,雖有一定成效,但均有成本高、污染嚴(yán)重等弊端。
低溫等離子體處理技術(shù)以其清潔、快速和對(duì)羊毛損傷少而倍受關(guān)注。采用低溫等離子體技術(shù)處理羊毛,能使羊毛纖維表層的大分子鏈斷裂,形成離子或自由基,提高纖維表面親水性,從而改善羊毛染色性能。等離子體處理只作用于羊毛纖維表面極淺的一層,約30~50 nm,從而使纖維原有的優(yōu)點(diǎn)幾乎不變。低溫等離子體處理羊毛,改變了羊毛表面的化學(xué)組分,在羊毛表面形成的刻蝕效應(yīng)增加了極性基團(tuán);同時(shí)羊毛表面形成的刻蝕效應(yīng)破壞了鱗片層胱氨酸中二硫鍵,使其斷裂形成磺基丙氨酸或氧化后形成硫代磺酸鹽,提高了羊毛纖維表面的親水性和極性,改善了潤(rùn)濕性,提高了染料對(duì)纖維的親和力;由于破壞鱗片層胱氨酸中二硫鍵,致使羊毛染色壁障被破壞,使染料分子容易進(jìn)入纖維內(nèi)部。使染色時(shí)的滲透性增強(qiáng),并且容易吸附染料,因此初染溫度降低,染色速率提高。另外,等離子體的物理破壞作用(表面刻蝕)使鱗片變軟,染色時(shí)纖維容易潤(rùn)濕和溶脹,染料分子容易吸附在纖維表面,并擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部,使上染速率明顯提高,平衡上染時(shí)間大大縮短[5],同樣對(duì)處理樣顏色光澤起到增深作用。因此,低溫等離子體處理可改善羊毛的染色性能,表現(xiàn)在羊毛的初始上染速率提高,固色率增加,但平衡上染率變化不大。
由于羊毛纖維表面鱗片層的阻礙,當(dāng)染色溫度由90℃降到70℃時(shí),鱗片層的軟化和張角的增大需要更長(zhǎng)的時(shí)間,同時(shí)染料的吸附和擴(kuò)散能力都有所減弱,所以羊毛織物上染速率明顯降低,平衡上染時(shí)間大大延長(zhǎng),平衡上染率也有所下降。經(jīng)常壓氦氣/空氣等離子體處理后的羊毛機(jī)織物,其纖維表面的鱗片層遭到破壞,同時(shí)由于纖維表面形成較多的親水性基團(tuán),加上刻蝕而形成更多的孔道,使染料分子較容易吸附并擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部,與纖維分子上的氨基發(fā)生反應(yīng)而固著。因此,低溫等離子體處理后,羊毛即使在70℃溫度下染色,也能有較快的上染速率,平衡上染時(shí)間也大大縮短,平衡上染率比未經(jīng)等離子體處理的羊毛略高,固色率大幅度提高,顏色也更加鮮艷。
經(jīng)處理的羊毛織物表觀色深(K/S值)明顯增大。低溫等離子體處理后的羊毛織物表面碳-氧鍵大大增多,這樣就增加了可以與染料分子發(fā)生結(jié)合的染座,提高纖維對(duì)染料的化學(xué)親和力,從而使上染率增大,使得羊毛織物的K/S值增大,可使羊毛織物的染色牢度提高1·5級(jí);由于低溫等離子體處理后的羊毛纖維表面粗糙化,這使得羊毛織物表面對(duì)光的全反射降低,而漫反射增加,產(chǎn)生深色效應(yīng),也使得羊毛織物表觀色深增大。
4等離子體處理兔毛織物染色
兔毛纖維表面過于光滑,纖維間抱合力差,難以紡紗加工。因此,對(duì)兔毛纖維的染色性能也產(chǎn)生了一定的影響。為了改善兔毛纖維的表面性能,以提高其染色性,國(guó)內(nèi)外大都采用過氧化物、硝酸或含汞化合物等化學(xué)制劑對(duì)兔毛纖維進(jìn)行處理,但都存在著工藝復(fù)雜及“三廢”嚴(yán)重等缺點(diǎn),且處理后纖維的化學(xué)與物理性能損傷較嚴(yán)重,故實(shí)際使用效果并不理想。低溫等離子體處理紡織材料,可改變纖維表面化學(xué)結(jié)構(gòu)和形態(tài),并使其染色性能也發(fā)生相應(yīng)的變化[6]。
低溫等離子體處理過的兔毛纖維上染百分率比未處理過的明顯增加,且在一定范圍內(nèi),上染百分率隨著低溫等離子體處理時(shí)間的增加而提高。但當(dāng)上染百分率增加到一定數(shù)值時(shí),其不再增加,略有下降。這說明兔毛纖維經(jīng)一定時(shí)間低溫等離子體處理后,表面形態(tài)已得到了改變,上染百分率逐步達(dá)到最大,此時(shí)再增加時(shí)間,上染率已無大的變化。經(jīng)低溫等離子體處理后,兔毛纖維初染速率、平衡上染百分率都高于未處理的兔毛纖維。這是由于經(jīng)低溫等離子體處理后的兔毛纖維,受到高能活化粒子的作用,改變了纖維表面的物理形態(tài)及化學(xué)組成,增大了染料與纖維之間的作用力,有利于染料的吸附,提高了染料的上染率;同時(shí)經(jīng)低溫等離子體處理后,在兔毛纖維表面又引入了更多的親水性基團(tuán),提高了纖維的吸附性,從而有利于染料向纖維內(nèi)擴(kuò)散。根據(jù)菲克定律,提高染浴與纖維表面的染料濃度梯度和染料向纖維內(nèi)擴(kuò)散的系數(shù),就能提高染色速率,縮短染色時(shí)間,提高上染百分率。在溫度為40℃和60℃染色時(shí),未處理過的兔毛纖維上染率很低,特別是40℃,平衡上染百分率僅為6%;而經(jīng)低溫等離子體處理后的兔毛纖維在此條件下染色,上染百分率明顯高于未處理的纖維。這說明經(jīng)低溫等離子體處理后,由于兔毛纖維表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的改性,使之在較低溫度染色時(shí)也有一定的上染率,這樣就提高了兔毛纖維的實(shí)用性。
5等離子體處理蠶絲織物染色
由于等離子的轟擊,對(duì)真絲纖維的刻蝕作用,使得它的表面變得粗糙,從而提高了毛效,最終改善了真絲織物的染色性能,顯著提高了活性染料對(duì)其上染的百分率;通常均選用酸性染料對(duì)真絲織物進(jìn)行染色,其皂洗和日曬牢度均不夠理想�；钚匀玖嫌糜谡娼z織物的染色具有極好的染色牢度,而且活性染料色譜齊全,顏色鮮艷,且能滿足真絲織物對(duì)鮮艷度的要求;但是美中不足的是活性染料的上染百分率明顯不及酸性染料,然而經(jīng)改性后的真絲綢用活性染料上染,情形就大為改觀。用一氯均三嗪類活性染料,NaHCO3作固著劑進(jìn)行染色時(shí),上染百分率有著顯著的提高,摩擦牢度也有所提升。
6等離子體處理滌綸織物染色
滌綸結(jié)構(gòu)緊密、結(jié)晶度高、取向度高、分子中缺少吸附離子染料的極性基團(tuán),吸濕性差,故較難染色,需要在高溫高壓、熱熔或加載體的條件下用分散染料染色,耗能大,污染嚴(yán)重。尤其是超細(xì)滌綸,比表面積大,對(duì)光的反射率高,難染深濃色。滌綸織物經(jīng)等離子體進(jìn)行表面處理、織物表面接枝聚合、通過表面刻蝕,減少表面反射以改善染色性能及深色性。
6·1低溫等離子體表面處理
6·1·1低溫等離子體處理滌綸分散染料染色
經(jīng)等離子體處理后的滌綸織物,染色后的色牢度非常理想,干摩擦牢度均達(dá)到5級(jí),濕摩擦牢度基本上也能達(dá)到5級(jí),并沒有因?yàn)樯先韭实奶岣叨档�。�?jīng)低溫等離子體處理的織物其上染速度加快,平衡上染百分率提高。未經(jīng)處理的織物,經(jīng)不同類型的分散染料染色后,K/S值差異不大;但經(jīng)低溫等離子體處理后,織物經(jīng)不同類型的分散染料染色后的K/S值差異較大,說明不同性質(zhì)的相同顏色染料對(duì)低溫等離子體處理響應(yīng)存在差異。高溫型分散染料染色的織物與等離子體處理程度相關(guān)性最大;中溫型分散染料其次;低溫型分散染料受影響最小。經(jīng)低溫等離子體處理后的織物表面會(huì)產(chǎn)生凹凸不平的花紋,使表面粗糙化,這使得滌綸織物表面對(duì)光的全反射降低,而漫反射增強(qiáng)。因此,經(jīng)低溫等離子體處理后的各色織物均產(chǎn)生深色效應(yīng),但不同顏色織物產(chǎn)生的程度不一樣。
6·1·2低溫等離子體處理滌綸陽(yáng)離子染料染色
低溫等離子體處理會(huì)在纖維表面形成不飽和鍵,并在纖維表面引入羧基、羰基等極性基團(tuán),從而顯著影響纖維表面帶電性,相應(yīng)的提高了滌綸對(duì)陽(yáng)離子染料的可染性。經(jīng)O2和CF4低溫等離子體處理,隨著放電功率增大,處理時(shí)間延長(zhǎng),等離子體處理滌綸對(duì)陽(yáng)離子染料染色深度K/S值增大,而且處理氣體種類對(duì)染色深度影響顯著。水洗后色光幾乎不變,染料與纖維形成了牢固的鍵合。
6·1·3低溫等離子體處理滌綸酸性染料染色
等離子體處理可在纖維表面引入某些新的基團(tuán),增大滌綸與酸性染料之間的親和力。滌綸織物經(jīng)SO2+O2等離子體處理,可在滌綸表面引入含氧和氧-硫官能團(tuán),隨著等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng),纖維表面官能團(tuán)密度增加,纖維表面的親水性基團(tuán)增加,提高了滌綸的親水性,增大了滌綸與水溶性染料的親和力,改善其染色性。但處理時(shí)間過長(zhǎng),滌綸的結(jié)晶度會(huì)增加,可能是處理過程中纖維吸收能量和無定型區(qū)被刻蝕共同作用的結(jié)果。
6·2低溫等離子體接枝聚合
等離子體表面處理效果會(huì)隨放置時(shí)間有所衰退,等離子體引發(fā)接枝聚合,在纖維表面引入更多能與染料結(jié)合的基團(tuán),增大染料與纖維之間的親和力,提高染色性[9]。等離子體引發(fā)接枝聚合的方法大致有以下四種: (1)低溫等離子體表面處理后的試樣,隔絕空氣,直接與氣相單體反應(yīng),成為氣相-氣相接枝處理。(2)經(jīng)低溫等離子體表面處理后的試樣,置于空氣中,使纖維表面自由基與氧發(fā)生反應(yīng)生成過氧化物活性基,然后與液相或溶液狀單體反應(yīng),按氧化接枝聚合反應(yīng)歷程引發(fā)接枝聚合,成為氣相-常壓液相接枝處理。(3)經(jīng)低溫等離子體處理后的試樣,隔絕空氣,直接與液相或溶液狀單體反應(yīng),成為氣相-脫氣液相接枝處理。(4)將低揮發(fā)性單體浸漬或浸軋到纖維上,再經(jīng)低溫等離子體處理,引發(fā)單體在纖維上接枝聚合,又稱為預(yù)處理接枝聚合。經(jīng)氬等離子體引發(fā)丙烯酸在滌綸表面接枝聚合,提高了堿性染料染滌綸的染色性能,上染百分率提高,染色深度增加,毛細(xì)管效應(yīng)增大,而染色牢度不降低。
7等離子體處理錦綸織物染色
錦綸織物經(jīng)空氣等離子體處理后纖維表面出現(xiàn)凹凸不平的微坑,增加了纖維表面的粗糙度。處理后纖維表面的碳元素含量明顯下降,而氧和氮元素含量增加,這是由于等離子射流中的活性物質(zhì)將空氣中的氧和氮元素氧化,并引入到纖維表面,增加了纖維表面的極性基團(tuán)數(shù),提高表面極性,有助于染料的吸附和固著。
等離子體處理可增加染料在纖維中的擴(kuò)散速度,提高纖維的飽和染料吸收率,即等離子射流處理能改善纖維的染色性能。這可以從纖維染色的吸附和擴(kuò)散過程來解釋:一方面,等離子射流處理使光滑的纖維表面粗糙度增加,提高了纖維表面的吸濕性,有利于纖維表面對(duì)染料分子的吸附,提高染料的擴(kuò)散速度;另一方面,等離子射流處理過程中,空氣中的氮和氧元素以羥基、羧基和氨基等形式被引入到纖維表面,增加了纖維表面的電負(fù)性,有助于染料分子向纖維中心擴(kuò)散并固著在纖維內(nèi)部,從而提高了上染率。
等離子射流處理對(duì)尼龍纖維表面有一定的刻蝕作用;可增加纖維表面-OH, -COOH, -NH2等幾種極性基團(tuán)的含量,增加纖維潤(rùn)濕性,加快染料的擴(kuò)散速度,增加染色深度,在一定程度上改善了纖維的染色性能。常壓等離子體處理后纖維幾乎無損傷,這是由于等離子體處理僅對(duì)纖維表層部分改性,不影響高聚物整體性質(zhì),纖維的取向和結(jié)晶沒有發(fā)生變化,因此纖維的力學(xué)性能也不會(huì)發(fā)生變化。
8等離子體處理丙綸織物染色
丙綸密度低,強(qiáng)度高,耐酸堿性比較好,而且不刺激皮膚,有良好的隔熱性,所以在運(yùn)動(dòng)服裝、產(chǎn)業(yè)用紡織品等方面得到了廣泛的應(yīng)用,但是丙綸大分子規(guī)整性好,分子結(jié)晶度高,染色性差。經(jīng)(N2+He+H2)混合氣體處理后,在丙綸表面引入了含氮極性基團(tuán),提供了酸性染料的活性染座,形成了染料與纖維的化學(xué)鍵合。等離子體處理的丙綸織物對(duì)陰離子酸性染料的染色性能明顯提高。隨著等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng),染色性會(huì)獲得一極大值。由于等離子體改性主要發(fā)生在纖維表面,染料仍然不易向結(jié)晶度高的丙綸纖維內(nèi)部擴(kuò)散,因此為了進(jìn)一步改善丙綸織物的染色性能,也可以通過等離子體接枝聚合,在丙綸內(nèi)部引入能與染料結(jié)合的基團(tuán),增大染料與纖維之間的結(jié)合力[11]。
如通過丙烯腈低溫等離子體在丙綸織物表面接枝聚合,丙烯腈會(huì)發(fā)生脫氫現(xiàn)象, -C≡N基團(tuán)消失,=C=N-和=C=C=也發(fā)生分子內(nèi)部重排現(xiàn)象,而且這種現(xiàn)象隨著等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng),放電功率的增大而增大,接枝率也提高。同時(shí),等離子體接枝聚合時(shí),丙綸表面發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng),纖維表面=C=O等含氧基團(tuán)增加,從而提高織物的吸濕性和改善織物的染色性能。
9等離子體處理大豆纖維染色
大豆蛋白纖維屬于再生植物蛋白纖維,是采用化學(xué)、生物化學(xué)的方法從榨掉油脂的大豆豆渣中提取球狀蛋白質(zhì),通過添加功能性助劑,改變蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu),經(jīng)濕法紡絲而成。該纖維單絲細(xì)度細(xì)(0·85~1·0 tex和1·1~1·5 dtex),比重小,強(qiáng)伸度較高、耐酸堿性較好,手感柔軟,具有羊絨般的手感、蠶絲般的柔和光澤、棉纖維的吸濕和導(dǎo)濕性及穿著的舒適性和羊毛的保暖性。大豆纖維經(jīng)低溫等離子體處理后,其初染速率、平衡上染百分率都高于未處理的大豆纖維。這是由于經(jīng)低溫等離子體處理后的大豆纖維,受到高能活化粒子的作用,改變了纖維表面的物理形態(tài)及化學(xué)組成,增大了染料與纖維之間的作用力,有利于染料的吸附,提高了染料的上染率;同時(shí)經(jīng)低溫等離子體處理后,在大豆纖維表面又引入了更多的親水性基團(tuán),提高了纖維的吸附性,從而有利于染料向纖維內(nèi)擴(kuò)散。在溫度為60℃染色時(shí),未處理過的大豆纖維上染率很低,而經(jīng)低溫等離子體處理后的大豆纖維,在此條件下染色,上染百分率明顯高于未處理的。這說明經(jīng)低溫等離子體處理后,大豆纖維表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的改性使之在較低溫度染色時(shí)也有一定的上染率,從而提高了大豆纖維的實(shí)用性[12]。經(jīng)低溫等離子體處理后,隨大豆纖維放置時(shí)間的延長(zhǎng),雖會(huì)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
牦牛毛是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然纖維之一,表面有鱗片覆蓋,使牦牛毛表面呈現(xiàn)疏水性質(zhì),由于纖維粗長(zhǎng),硬挺且直,表面光滑,卷曲少,抱合力極差,因而不能紡紗,長(zhǎng)期以來只作為氈制品、繩索等低檔產(chǎn)品的原料。采用低溫等離子體技術(shù)處理天然毛纖維,能夠使纖維表層的大分子鏈斷裂形成離子或自由基,提高纖維表面親水性能,從而改善毛纖維染色性。
牦牛毛纖維表面經(jīng)過等離子體處理可以刻蝕掉其表面致密的鱗片層。牦牛毛表面覆蓋著較硬的角質(zhì)層即鱗片層,由于鱗片夾角較小,緊貼于毛干上,比較緊密。牦牛毛經(jīng)過低溫等離子體處理后,其纖維表面受到高能活化粒子的作用,改變了纖維表面的物理形態(tài)及化學(xué)組成,這樣牦牛毛表面致密的鱗片層被刻蝕剝落一部分,纖維表面出現(xiàn)一些凹坑,變得凹凸不平[13]。
等離子體表面改性處理過程中存在著2種主要作用:一是對(duì)材料的氧化作用;二是對(duì)材料表面的刻蝕作用。經(jīng)過低溫等離子體處理后的牦牛毛纖維受到高能活化粒子的作用,改變了纖維表面的物理形態(tài)及化學(xué)組成,增大了染料與纖維之間的作用力,有利于染料的吸附,提高了染料的上染率。同時(shí)在牦牛毛纖維表面引入一些親水性基團(tuán),提高了牦牛毛纖維的吸附性,有利于染料向纖維內(nèi)擴(kuò)散。在溫度為50℃染色時(shí),未處理過的牦牛毛纖維上染率很低,平均上染率僅為55%;而經(jīng)低溫等離子體處理后的牦牛毛纖維在此條件下染色,上染率達(dá)到60%左右,明顯高于未處理的纖維。這說明經(jīng)低溫等離子體處理后,由于牦牛毛纖維表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的改性,使之在較低溫度染色時(shí)也有一定的上染率,這樣就提高了牦牛毛纖維的實(shí)用性。
氧氣等離子體處理后,牦牛毛纖維的上染率提高的更為明顯。這是由于在氧氣等離子體中氧離子的濃度大于空氣等離子體中的氧離子濃度,因而能夠引入更多含氧極性基(-COOH、-OH),因此前者更有利于提高牦牛毛纖維的吸附性,有利于染料向纖維內(nèi)擴(kuò)散。因此,牦牛毛纖維經(jīng)等離子體處理后能夠提高其染色速率和上染率,并且氧氣等離子體的改性效果好一些。
11結(jié)語(yǔ)
等離子體作為一種清潔、節(jié)水、節(jié)能、處理均勻的工藝,在紡織品方面的應(yīng)用已有相當(dāng)多的研究成果。實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)性能,選擇合適的等離子體表面處理和接枝技術(shù),增大染料與纖維之間的結(jié)合力,改善織物的染色性能。同時(shí)等離子體的刻蝕作用,對(duì)染色織物具有一定的增深效果。因此,等離子體處理在紡織品染色中具有廣泛的應(yīng)用前景,尤其在改善纖維染色性能方面具有實(shí)用價(jià)值。
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