低溫等離子體技術(shù)在紡織印染加工中的應(yīng)用

低溫等離子體技術(shù)在紡織印染加工中的應(yīng)用

1等離子體處理技術(shù)提高織物的染色性能，提高上染率、均勻染色和親水性，可以采用各種方法，包括物理方法和化學(xué)方法。紡織精管的加工和功能變換也可以通過紡織精管的變換來實(shí)現(xiàn)。例如:通過改變纖維結(jié)構(gòu),變不易染為易染、變高溫染為低溫染的陽(yáng)離子染料可染聚酯纖維、低溫可染聚酯纖維;利用電子技術(shù)、輻射技術(shù)改變織物表面性能,取得在通常條件下所不能取得的效果。其中最具代表性的是低溫等離子處理技術(shù),它是目前在紡織印染加工中有著成功應(yīng)用實(shí)例的一項(xiàng)高新技術(shù),也是極具發(fā)展?jié)摿颓熬暗男录夹g(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,以及學(xué)科之間的交叉,人們正努力探尋新的節(jié)能、高效、快速、穩(wěn)定、無污染的印染加工方法。低溫等離子體處理技術(shù)因其優(yōu)良、清潔的處理技術(shù)而倍受青睞。2等離子體處理紡織品、紡織產(chǎn)品的化學(xué)鍵高紡織工業(yè)中應(yīng)用的等離子體主要是低溫等離子,產(chǎn)生的方式主要是電暈放電和輝光放電。電暈放電是指在大氣壓條件下產(chǎn)生的弱電流放電;輝光放電是指在一定的介質(zhì)中產(chǎn)生的電流放電。因?yàn)?一些低溫等離子體的活性因素(電子、離子、自由基、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)體等組分)的能量比有機(jī)化合物的化學(xué)鍵高(見表1、表2),利用其高能量作用于有機(jī)化合物,可引發(fā)纖維表面分子的各種化學(xué)反應(yīng),如:分解、化合聚合、接枝、交聯(lián)、減量等,引起紡織材料結(jié)構(gòu)和性能的變化,或者引起染化料與纖維發(fā)生反應(yīng),大大改善其染色性能和服用性能及風(fēng)格。由以上兩表可知,電暈放電等離子體的活性因素的能量與紫外線、可見光基本處在同一水平,而且比有機(jī)化合物的鍵能高。所以,是一種引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的能源。2.1低溫等離子體處理紡織品的方法通常所用的等離子體處理紡織品的方法是:2.1.1非聚合性等離子體如氧氣、氮?dú)?、氫氣、氨氣或水蒸氣等?duì)纖維材料產(chǎn)生的表面改性。2.1.2等離子體聚合,也就是用有機(jī)氟、有機(jī)硅或有機(jī)金屬的等離子體作用于纖維材料表面并在其表面產(chǎn)生一薄層沉積物。2.1.3先用等離子體使聚合物表面活化產(chǎn)生自由基,再用等離子體與已產(chǎn)生的自由基發(fā)生移植作用,從而使材料表面改性。33.1處理前技能的應(yīng)用3.1.1氧低溫等離子體處理棉坯布利用氧低溫等離子體對(duì)棉坯布處理,使前處理由三步改為一步成為可能。這是因?yàn)榕鞑冀?jīng)氧低溫等離子體處理后,經(jīng)紗表面的漿料、棉纖維最表面的角皮層中的蠟質(zhì)、果膠受到氧低溫等離子體的作用而被氧化,導(dǎo)入含氧的親水基團(tuán),大分子鏈被切斷,從而提高水溶性。所以,棉坯布經(jīng)氧低溫等離子體處理后,可以不經(jīng)退漿、精練而直接進(jìn)行雙氧水漂白,其效果不低于常規(guī)工藝處理的棉織物。此外,由于氧低溫等離子體處理后,棉坯布省去了濃堿、高溫的退漿、精練兩工序,使與棉混紡或交織的蛋白質(zhì)纖維、聚酯纖維免受損傷。3.1.2等離子體處理羊毛織物的制備羊毛織物印花一般在經(jīng)過洗呢、漂白以后,還需經(jīng)氯化處理以改變羊毛的鱗片組成,使纖維易于溶脹和潤(rùn)濕,縮短印花蒸呢時(shí)間,提高染料的上染率,并起到防氈縮的效果。但氯化會(huì)帶來一些污染問題,所以,以清潔、簡(jiǎn)單、多功能的等離子體技術(shù)來替代傳統(tǒng)的氯化是當(dāng)務(wù)之急。實(shí)驗(yàn)如下:(1)等離子體處理在等離子處理以前,將織物清潔,通過在丙酮中浸漬2.5小時(shí),以去除加工中的殘余物,然后空氣干燥。輝光放電處理頻率為13.56MHz,在空氣、氧、氬等離子體中進(jìn)行。(2)氯化處理氯化劑3.5%(對(duì)織物重)在pH4～5時(shí)施加。浴比1∶4,溫度25℃,將織物在制備的溶液中浸漬30分鐘,然后將溶液溫度在15分鐘內(nèi)以恒速提高到35℃,在此溫度下再保持30分鐘,在操作期間需要不斷地?cái)嚢?。結(jié)果分析:①潤(rùn)濕性:羊毛織物的潤(rùn)濕是表面變性的敏感標(biāo)記,等離子體處理的羊毛顯示出比未處理試樣有著較短的潤(rùn)濕時(shí)間,與實(shí)驗(yàn)條件無關(guān)。②膨脹性:等離子體處理也促進(jìn)了羊毛纖維在水相介質(zhì)中的膨脹性。未處理的、氯化的、氧、空氣、氬等離子體處理的試樣見下圖。當(dāng)用氧等離子體進(jìn)行處理時(shí),膨脹性最為顯著。另有空氣等離子體處理的試樣顯示出同氯化試樣相同的膨脹性。③白度:泛黃是在氯化加工和羊毛印花后汽蒸期間出現(xiàn)的主要問題之一。等離子體處理并不降低羊毛白度,在處理后基本上保持不變。對(duì)于淺色、淡色的印花織物,在印花前存在一定程度的羊毛白度是重要的。氧、空氣、氬等離子體的壓力和處理時(shí)間與羊毛白度的關(guān)系見表3。3.2改善織物染色性能3.2.1處理滌綸織物染色滌綸織物因吸水性差,所以,不易染深。運(yùn)用低溫等離子體對(duì)滌綸織物進(jìn)行處理后,觀察到其表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了相當(dāng)大的變化即形成凹凸不平的花紋,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),產(chǎn)生深色效應(yīng)。同時(shí),用有機(jī)溶劑處理,可得到加倍的處理效果,大大提高了染色的深度與鮮明度。實(shí)例:將精練滌綸喬其織物在頻率為13.56mHz、高頻率輸出50W、壓力133.3Pa、氧氣流量100ml/min的條件下,進(jìn)行3min的等離子體放電處理,得到減量率9.6%的處理織物。隨后,將處理織物在含單氯苯10%(按織物重量)、陰離子表面化性劑2%(按織物重量)的浸漬液中,浴比1∶3,130℃處理30min,水洗,干燥。再將處理織物用Samikalan黑S-BGL10%(按織物重量)pH值為4,浴比1∶30,135℃染色60min。結(jié)果,染色織物的染色深度和鮮明度均優(yōu)于常規(guī)加工織物。不同氣體的低溫等離子體處理滌綸織物后,織物染色效果存在差異,氧低溫等離子體深色效果最好,氮與氮/氫等離子體處理的織物具有相近深色效果。另?yè)?jù)資料介紹,經(jīng)低溫等離子體處理后,滌綸織物經(jīng)不同類型的分散染料色后的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。另外,經(jīng)等離子體接枝的滌綸表面電阻率大大的降低了,減少了靜電。同時(shí),處理還能增加滌綸織物的親水性,在防污性和可染性方面都獲得了積極的效果。例如:滌綸纖維織物深黑色染色處理;篩網(wǎng)織物親水性處理后可提高染色或油墨上染性能。3.2.2羊毛織物等離子體處理的研究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短裂形成離子或自由基,提高纖維表面親水性能,從而改善了羊毛染色或印花性能。另外,還可使羊毛纖維更易接受后續(xù)化學(xué)藥劑或生物酶的作用,為進(jìn)一步的改性創(chuàng)造條件。實(shí)例:將平紋羊毛針織物在丙酮中浸漬2.5h,以去除加工殘余物,然后空氣干燥。羊毛織物的等離子體處理采用輝光放電方式進(jìn)行,氣體為O結(jié)果分析,因?yàn)榈蜏匮醯入x子體處理羊毛改變了羊毛表面的化學(xué)組成,在羊毛表面形成了新的含氧集團(tuán),提高了羊毛纖維表面的親水性,同時(shí)破壞了鱗片層胱胺酸中致密的二硫鍵,使染料分子容易進(jìn)入纖維內(nèi)部。就改善羊毛織物的染色性能而言,存在一個(gè)較佳的處理?xiàng)l件,而并非功率越大、時(shí)間越長(zhǎng)越好。用氮等離子體處理羊毛織物,氮等離子體可以產(chǎn)生含氧含氮基團(tuán)。通常認(rèn)為氮等離子體在材料表面作用,一部分使大分子解體產(chǎn)生低分子物質(zhì),一部分與表面的自由基或不飽和基團(tuán)反應(yīng),結(jié)合到大分子鏈上;另外可能由于表面上的活性基團(tuán)與空氣反應(yīng)產(chǎn)生了含O基團(tuán)(如=CO)。氮等離子體處理亦能提升低溫條件下羊毛的染色性能,加快染料上染,縮短平衡時(shí)間。與氧等離子體處理相比較,在單獨(dú)改變等離子體處理壓強(qiáng)、時(shí)間、和功率中的某一因素時(shí),兩者的反映有所不同。3.2.3提高毛織紗的抗彎性能經(jīng)氧等離子體處理的羊毛,因其鱗片層受到刻蝕作用而遭到破壞,同時(shí)在其大分子上引入了—NH4加工