低溫等離子體在紡織染色中的應(yīng)用

低溫等離子體在紡織染色中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的染色以水為介質(zhì)，染色時(shí)間長，染色溫度高，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。等離子體技術(shù)作為一種清潔、簡便、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。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(平衡等離子體)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絲綢的等級(jí)化1.1薄膜的表面張力等離子體處理以后的滌綸纖維潤濕性大大改善,特別是用氦氣/氬氣等離子體處理后,水滲透時(shí)間大為縮短(見表1)。這是由于纖維表面形成了較多的極性基團(tuán),提高了纖維的表面能,所以被水潤濕,經(jīng)不同氣體等離子體處理后滌綸薄膜的表面張力見表2。從表2可知,經(jīng)等離子體處理后滌綸薄膜的總表面張力有的增大,有的降低,隨處理氣體不同而異。這說明等離子體處理不僅會(huì)發(fā)生刻蝕,而且處理的氣體參加了化學(xué)改性。大部分氣體使滌綸薄膜表面張力增加,說明表面極性基團(tuán)增多,而CF4和CClF3處理后的表面張力降低。分析表明,這種氟碳?xì)怏w等離子體處理后,滌綸薄膜或纖維表面含有氟原子,具有拒水和拒油的特性,和全氟烴整理劑整理的效果類似,顯然表面張力與表面形成氟烴結(jié)構(gòu)有關(guān)。從表2還可看出,表面張力增加量最大的是O2、N2等離子體,這是因?yàn)樗鼈兪贡砻嫘纬傻臉O性基團(tuán)最多。分析表面張力可知,表面張力的增加是氫鍵力增加的緣故,相對(duì)應(yīng)的是非極性的分散力減小,這也和極性基團(tuán)增多相一致。一般說,偶極力的表面張力變化不大。1.2提高耐紡織性和顏色深度1.2.1表面織構(gòu)及表面粗糙度由表3可知,滌綸經(jīng)等離子體處理后,半染時(shí)間有所縮短,擴(kuò)散系數(shù)有所增大,最大上染量有所增加,但變化不大,這也是由于作用僅發(fā)生在纖維表面。另外,處理效果隨處理功率和時(shí)間的增加而增大。相對(duì)來講,100℃的染色效果比130℃低,不過100℃時(shí)的上染速度仍然較低,最大上染量也不錯(cuò)。滌綸經(jīng)等離子體處理后染色性能發(fā)生變化的原因:(1)滌綸是疏水性纖維,不含強(qiáng)親水基團(tuán);(2)纖維結(jié)構(gòu)緊密,染色較困難。用等離子體處理后,纖維表面分子鏈?zhǔn)艿降入x子體活性粒子的轟擊后,會(huì)發(fā)生氧化、裂解等,形成一定數(shù)量的極性基團(tuán)(包括羧基離子基團(tuán)),可以改善纖維的潤濕性能。一些極性基團(tuán)還可以增強(qiáng)對(duì)染料極性基團(tuán)的結(jié)合,因而可改善染料對(duì)纖維的上染,若形成羧基還可以結(jié)合堿性染料。但是,極性基特別是離子基的存在又會(huì)降低分散染料的上染量。所以,不同的等離子體處理對(duì)染色性能的影響是不同的。另外,等離子體對(duì)滌綸還會(huì)發(fā)生刻蝕作用,在纖維表面形成許多微小的坑斑,增大纖維表面積,減少對(duì)光的反射,表面積增大會(huì)加快對(duì)染料的吸附速度,對(duì)光的反射減少,有增深作用。但是,這種作用是有限的,一方面是由于等離子體作用僅局限于纖維表面,不能深入纖維內(nèi)部,其次是表面粗糙化的增深作用也是有限的,再次是纖維經(jīng)等離子體處理后,如果極性基團(tuán)過多,反而會(huì)降低對(duì)分散染料的結(jié)合,特別是形成親水性的離子基團(tuán)后,對(duì)非離子性的分散染料的結(jié)合會(huì)大大降低(親和力降低),上染量減少,顏色反而變淺。這就是處理時(shí)間過長顏色變淺的原因。1.2.2等離子體處理增深織物的工藝改進(jìn)近年來,對(duì)染色滌綸織物用等離子體處理也進(jìn)行了大量的研究。由于滌綸的折射率大,對(duì)光的反射力強(qiáng),其顯色性較差,不易染成深色,特別是烏黑的顏色。近年來開發(fā)的超細(xì)纖維,由于線密度小,對(duì)光的反射力更強(qiáng),染成和常規(guī)纖維一樣深的顏色所需染料量需要數(shù)倍之多,因此,改善它們的染色性和染深性是當(dāng)務(wù)之急。采用等離子體處理,使滌綸表面粗糙化,降低對(duì)光的反射來達(dá)到顏色增深的目的,已取得一定的效果。一般有兩種途徑改善顏色深度,對(duì)未染色纖維的處理主要通過改善潤濕性來提高染色性,上染量多,顏色加深,雖然纖維表面也會(huì)形成微坑,有一定的增深作用,但不是主要的。對(duì)染色后織物進(jìn)行等離子體處理,則是通過表面刻蝕,降低對(duì)光的反射來達(dá)到增深目的。不同氣體的等離子體其增深效果也不一樣。滌綸織物的增深處理,通常是用一些增深劑處理染色織物來使顏色增深,這些增深劑是折射率較低的化合物,包括有機(jī)氟樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂以及脂肪胺類化合物等。用它們處理滌綸后,可以大大降低纖維表面對(duì)光的反射,故有一定的增深作用。雖然,通過等離子體在纖維表面刻蝕成微坑,減少對(duì)光的反射也是一種較有效的增深措施,但是基于一些樹脂對(duì)刻蝕有妨礙作用,在同時(shí)采用兩種增深處理時(shí),應(yīng)該注意選用相互沒有妨礙的整理劑或選用合理的工藝,即先刻蝕和染色,再進(jìn)行樹脂處理,這樣可獲得較好的增深效果。2等離子體處理改善滌綸織物染色性能滌綸結(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,能耗大,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