微波低溫等離子體處理對羊絨染色性能的影響

孫文專，田俊瑩，高 東

（天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300160）

微波低溫等離子體處理對羊絨染色性能的影響

孫文專，田俊瑩，高 東

（天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300160）

利用微波低溫等離子體對羊絨進行處理，以實現(xiàn)羊絨織物的低溫染色.通過實驗優(yōu)化等離子體處理各因素如處理時間、功率和壓強等，得到最佳等離子體處理工藝.結(jié)果表明：羊絨織物用氧氣為氣氛的等離子體處理，在處理壓強為30 Pa、處理功率為100 W的條件下，處理3 min得到最佳效果.經(jīng)最佳條件等離子體處理后的羊絨織物用酸性染料進行低溫（80℃）染色，與未處理羊絨織物相比，上染率和固色率大為提高，且染色牢度有所提高.

微波；低溫；等離子體；羊絨；染色

我國年產(chǎn)羊絨16 000 t左右，約占世界產(chǎn)量的75%[1]，但我國的羊絨加工技術(shù)進步緩慢.目前國內(nèi)工廠對羊絨纖維及制品的染色主要采取常規(guī)染色的方法，這種染色方法需要長時間沸染，其目的是要使鱗片因溶脹而張開，使細胞間質(zhì)對染料更為可及，染色時間的長短則決定染料進入纖維的深度，與染色牢度有關(guān).但是羊絨纖維在100℃水中長期浸泡，將引起羊絨纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的變化[2].首先是細胞結(jié)構(gòu)中的胱氨酸鍵被破壞，胱氨酸由兩個半胱氨酸分子通過二硫鍵連接形成.水溫升高有可能造成此鍵斷裂，成為線狀多肽鏈結(jié)構(gòu).當(dāng)溫度超過85℃時，肽鍵水解速度急劇加快，從而造成分子排列發(fā)生變化，使纖維手感、可紡性等性能發(fā)生變化.同時高溫破壞了鱗片層，使纖維表面露出皮質(zhì)層，從而手感變差、色澤變暗、強力降低、引起氈縮等，而且染色效果也不是特別理想.近年來，等離子體技術(shù)被廣泛應(yīng)用到紡織業(yè)中，同樣，在羊絨纖維的前處理過程中，等離子體處理也能很好地改善羊絨纖維的表面性能，且對羊絨纖維的內(nèi)部損傷小.等離子體按溫度可分為熱平衡等離子體（也叫熱等離子體）和非平衡等離子體（低溫等離子體）[1].低溫等離子體是由稀薄氣體在低壓下激發(fā)輝光放電產(chǎn)生的，電子溫度為27～49 727℃，而氣體溫度很低，大致在室溫至上百攝氏度.常被用于紡織品處理的是低溫等離子體.本文通過對低溫氧氣等離子體處理的羊絨纖維在蘭納蘇染料染色時的染色性能研究，來討論不同處理條件對染色性能的影響和其中的規(guī)律.試驗中將主要考察處理后的羊絨纖維的上染率曲線和最終固色率.比較不同的等離子處理條件對羊絨蘭納蘇染料上染速率和上染率、固色率的影響，可為制定合理的等離子體處理工藝提供參考.

1 實驗部分

1.1 實驗材料

纖維材料：純凈羊絨纖維，鄂爾多斯集團產(chǎn)品.

染料：MF藍GL，MF紅2BL，元明粉，鄂爾多斯集團產(chǎn)品.

1.2 實驗設(shè)備

723可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；微波等離子裝置，中國湖北國威高科技有限公司產(chǎn)品.

1.3 實驗方法

（1）等離子處理：以氧氣為氣氛，分別改變處理時間、壓強、功率這3個處理條件對羊絨纖維進行低溫等離子體處理.

（2）染色工藝條件：用染料濃度2%（o.w.f）和元明粉5%（o.w.f）在pH值為4～5之間，選用1∶50的浴比，80℃恒溫染色60 min.

（3）用殘液法在723型分光光度計上測定，并計算T時刻的上染率：

式中：A0為原溶液的吸光度；AT為T時刻時染色殘液的吸光度.

（4）計算固色率：將間隔一定時間取出的染色樣品皂洗2次，然后反復(fù)水洗，直至無浮色洗下為止.收集洗液，將洗液和染色殘液合并定容.測試其中的固著染色量，換算成固色率：

（5）摩擦牢度的測定：將染色試樣用Y571A型摩擦牢度儀按照GB／T3920-1997測定，用沾色灰色樣卡（GB251-1984）進行評級.

（6）皂洗牢度的測定：將染色織物在質(zhì)量濃度為2 g/L的肥皂溶液中皂洗，溫度60℃、時間60 min、浴比1∶50；再水洗，晾干.用評定變色用灰色樣卡（GB251-1984）進行評級.

2 結(jié)果與討論

2.1 處理時間對染色行為的影響

本實驗設(shè)定在壓強30 Pa、功率100 W不變的情況下，分別處理1、3、5、10、15、20 min.將處理后的羊絨用酸性染料染色.根據(jù)所得上染率、固色率分別作圖1、圖2.

圖1 氧氣等離子體處理時間與羊絨上染率的關(guān)系Fig.1 Relation between dye-uptake of cashmere and treatment time by oxygen plasma

圖2 氧氣等離子體處理時間與羊絨固色率的關(guān)系Fig.2 Relation between fixation rate of cashmere and treatment time by oxygen plasma

從圖1、圖2中可以看出，在壓強為30 Pa、頻率為100 W、氧氣的氣氛下用等離子體處理羊絨，處理過的羊絨對酸性染料的上染率比常規(guī)染色的都要好，處理時間為3 min時的羊絨纖維在用酸性染料染色時，上染率和固色率都達到最高，因此，在用酸性染料染色的情況下，等離子體處理羊絨纖維的最佳處理時間為3 min，當(dāng)處理時間大于3 min時，酸性染料對羊絨纖維的上染率和固色率都成下降趨勢.這是因為在一定時間范圍內(nèi)延長處理時間將增加纖維表面含氧極性基團的含量，可以促進染料的上染[4].但是繼續(xù)延長處理時間反而會因為等離子體的物理刻蝕作用，減少含氧極性基團的含量，而導(dǎo)致染色性能的下降.

2.2 處理壓強對染色行為的影響

確定處理時間3 min，功率100 W，壓強分別為20、30、50、100 Pa，將處理后的羊絨用活性染料染色.上染率、固色率曲線如圖3、圖4.

從圖3、圖4中可以看出，在頻率為100 W氧氣的氣氛下用等離子體處理羊絨3 min，壓強為30 Pa時的羊絨纖維在用酸性染料染色時，上染率和固色率都較其他處理時間的要好，并且染色效果都超過了常規(guī)染色的染色效果.當(dāng)處理壓強偏離最佳處理壓強時，羊絨纖維的染色性能有所下降.因此，在用酸性染料染色的情況下，等離子體處理羊絨纖維的最佳處理壓強為30 Pa左右.這是因為氣體壓力的大小代表著處理環(huán)境中活性粒子的量的多少[5].當(dāng)氣體壓力增大時，粒子濃度也增大，那么，粒子之間相互碰撞的幾率也就會增大，使粒子失活.因此氣體壓力的變化必然會導(dǎo)致處理效果的變化[6].

2.3 處理功率對染色行為的影響

因為在處理時間3 min、壓強在30 Pa時效果最佳，所以本實驗設(shè)定在時間3 min、壓強30 Pa不變的情況下，處理功率分別為50、100、150、200 W，將處理后的羊絨用活性染料染色.根據(jù)所得上染率作圖5、圖6.

從圖5、圖6中可以看出在氧氣氣氛下選定最佳處理時間3 min、最佳處理壓強30 Pa、在處理功率為100 W時，等離子體處理羊絨纖維上染率和固色率最好，無論是上染率還是固色率都明顯超過了常規(guī)染色的染色效果.因此，在氧氣氣氛下，用酸性染料染色，等離子體處理羊絨纖維的最佳功率是100 W.這是因為處理時的功率直接影響等離子體氣氛中活性粒子的能量大小與能量分布.隨著低溫等離子體功率的增大，等離子體氣氛中活性粒子的數(shù)量增加、能量提高，活性粒子對羊絨表面的刻蝕粗糙化作用加強，即有利于染料的上染[7].但是隨著功率的進一步增加，活性粒子從電場中獲得的能量增高，粒子之間相互碰撞的幾率就變大，使粒子能量損失，粒子與纖維表面相互作用的機會增大但幅度不大，從而導(dǎo)致上染率和固色率的下降.

2.4 等離子體處理前后羊絨織物水洗牢度、摩擦牢度

選擇最佳工藝條件對羊絨織物進行處理然后在2%（o.w.f）濃度下染色后分別和80℃未處理羊絨織物及98℃常規(guī)染色織物進行比較。

2.4.1 摩擦牢度的測定

染色試樣用Y571A型摩擦牢度儀按照GB/T3920-1997測定，用沾色灰色樣卡（GB251-1984）進行評級.由表1結(jié)果可知，經(jīng)低溫等離子體處理后，羊絨織物的摩擦色牢度可提高0.5～1級.

2.4.2 皂洗牢度的測定

將染色織物在質(zhì)量濃度為2 g/L的肥皂溶液中皂洗，溫度60℃，時間60 min，浴比1∶50；再水洗，晾干.用評定變色用灰色樣卡（GB251—1984）進行評級.由表2可知，經(jīng)低溫等離子體處理后，羊絨織物的耐洗牢度可提高0.5～1級.

表1 摩擦色牢度Tab.1 Color fastness to rubbing

表2 耐洗牢度Tab.2 Color fastness to washing

通過等離子處理，被處理后羊絨織物的耐水洗牢度和摩擦牢度都有了一定的提升，這主要是因為經(jīng)過等離子處理后，羊絨纖維表面的鱗片層受到了刻蝕，這樣阻礙染料進入纖維內(nèi)部的主要障礙就被破壞，可以使得染料更容易而且更多地進入纖維內(nèi)部.這樣，殘留在纖維表面的染料相對就變少，從而導(dǎo)致了耐水洗色牢度和耐摩擦牢度的提高[8].

3 結(jié)論

通過實驗，可以得出以下結(jié)論：

（1）氧等離子體處理羊絨能夠明顯的提高羊絨纖維在80℃酸性染料染色的上染率和固色率.同時耐洗牢度和摩擦牢度也有提高.并在1 h左右達到染色平衡.上染1 h后的上染率和固色率均達到甚至超過常規(guī)高溫染色的上染率和固色率.耐洗牢度和摩擦色牢度也有0.5～1級的提高.這表明等離子處理后的羊絨織物可以實現(xiàn)低溫染色.

（2）等離子體處理條件的變化對羊絨在酸性染料染色的上染率和固色率均有一定程度的影響.處理時間有一個最佳值，可獲得最大上染率和固色率.過短和過長時間處理，上染率和固色率都不能達到最高.氣體壓強和功率改變也有先升后降的現(xiàn)象.上述結(jié)果表明，等離子體處理羊毛時應(yīng)掌握合適的條件，以獲得最佳的染色效果.最后證明最佳條件為：以氧氣為氣氛的情況下，處理壓強30 Pa、時間3 min、功率100 W.

[1]武志云，韓增強，薩日娜.山羊絨制品生態(tài)染整的研究現(xiàn)狀與展望[J].染整技術(shù)，2007（12）：8-9.

[2]金鮮英，劉必前．低溫等離子體處理對羊絨染色性能的影響[J]．印染，2003（1）：1-3.

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[6]汪前東，冀 旭，劉 巖，等.低溫等離子體處理羊毛織物的染色性能研究[J].毛紡科技2006（2）：9-10.

[7]李俊升，張曉林，石開通.微波低溫等離子體處理羊毛的染色性能研究[J].染整技術(shù)，2005（10）：1-4.

[8]劉 妍，金 安，劉 衛(wèi)，等.紡織品耐洗滌色牢度不同測試方法的比較[J].青島大學(xué)學(xué)報，2008，23（2）：31-34.

Dyeability of cashmere treated with microwave low temperature plasma

SUN Wen-zhuan，TIAN Jun-ying，GAO Dong
（School of Textiles，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300160，China）

The possibility of using microwave low temperature plasma to treat the cashmere and achieve the aim of low temperature dyeing property of cashmere fabric is studied.The parameters such as the treating time,power and pressure of the microwave low temperature were optimized,and the optimum treating process was abtained which is treating pressure 30 Pa,treating power 100 W and treating time 3 min.The treated cashmere fabrics under the optimum treating process with microwave low temperature plasma were dyed with acid dyes at low temperature（80℃），compared with the untreated cashmere fabric,the dye-uptake and fixation rate were enhanced obviously,and the fastness was improved as wall.

microwave；low temperature；plasma；cashmere；dyeing

book=1,ebook=66

TS193.59

A

1671-024X（2010）01-0068-04

2009-08-06

孫文專（1984—），男，碩士研究生.

田俊瑩（1968—），女，副教授，碩士生導(dǎo)師.E-mail：tjy6818@163.com