常壓等離子體預(yù)處理對桑蠶絲織物數(shù)碼印花的影響

朱衛(wèi)華

（東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 東莞 523808）

桑蠶絲纖維為蛋白質(zhì)纖維，其織物具有光滑、柔軟、輕盈、光澤度高、涼爽舒適、高柔彈性及手感柔和等許多優(yōu)異的服用性能，常用于高檔家居及服飾產(chǎn)品[1]。桑蠶絲纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)與理化性能對其織物的數(shù)碼噴墨印花的工藝和效果有著明顯影響[2]，桑蠶絲織物的前處理步驟是改善桑蠶絲纖維數(shù)碼印花品質(zhì)的重要工序。目前企業(yè)對桑蠶絲織物的前處理方法主要有高溫冷凍、化學(xué)處理、機(jī)械復(fù)合及等離子體法[3]。前三者有易損傷、高耗能、高污染及高成本等問題[4]，而等離子體技術(shù)有節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保和高效的優(yōu)點(diǎn)[5]。

常壓等離子體技術(shù)是一種新型纖維表面改性和整理技術(shù)，其物理干式處理方式具有低污染、低能耗、低成本的特點(diǎn)[6]，適合應(yīng)用于桑蠶絲織物的表面改性。常壓等離子體對桑蠶絲織物的層狀結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行刻蝕處理，使桑蠶絲纖維表面產(chǎn)生裂痕，同時引進(jìn)親水基團(tuán)，減弱絲素與絲膠的結(jié)合力，加速絲膠的水溶性，可以較快地將絲膠在后整理過程中溶解去除[7]，增加了桑蠶絲織物的潤濕性及吸水性。相對于傳統(tǒng)的印花技術(shù)，數(shù)碼印花具有低用水、低能耗、低污染、短周期、艷色彩及多花型等優(yōu)點(diǎn)。隨著消費(fèi)者對桑蠶絲織物上的需求轉(zhuǎn)向多樣式及個性化，數(shù)碼印花在桑蠶絲織物的應(yīng)用越來越普及[8]。本試驗(yàn)在常壓情況下使用大面積放電的等離子體技術(shù)對桑蠶絲織物進(jìn)行表面改性，根據(jù)桑蠶絲織物數(shù)碼印花后的潤濕性能變化，確定常壓等離子體處理的最佳工藝參數(shù)；根據(jù)桑蠶絲織物數(shù)碼印花后的得色量、滲透率、色牢度、脫糊率及斷裂強(qiáng)力等各項指標(biāo)，研究常壓等離子體預(yù)處理對桑蠶絲織物數(shù)碼印花性能的影響。

一、試驗(yàn)部分

1.試驗(yàn)材料與試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)材料：100%桑蠶絲織物（60 g/m2，吳江市萬佳紡織有限公司），島精活性染料（日本島精公司），尿素CAS：57-13-6、硫酸鈉CAS：7757-82-6、碳酸氫鈉CAS：144-55-8（東莞市勛源化工有限公司）,海藻酸鈉CAS：9005-38-3（鄭州龍生化工產(chǎn)品有限公司），滲透劑CAS：68439-50-9（天津科維津宏環(huán)?？萍加邢薰荆?。

試驗(yàn)儀器：PlasmaFlecto 30常壓等離子體設(shè)備（德國PlasmaTechnology公司），Ultra Scan PRO測色儀（美國Hunter Lab 公司），SIP-160FZL數(shù)碼印花機(jī)（日本島精公司），YG026MG電子織物強(qiáng)力機(jī)（溫州方圓儀器有限公司），視頻光學(xué)接觸角測量儀（德國KRUSS公司），YG 571B色牢度測試儀（溫州際高檢測儀器有限公司）。

2.常壓等離子體及數(shù)碼印花工藝

（1）常壓等離子體預(yù)處理

將桑蠶絲織物樣品放在PlasmaFlecto 30常壓等離子體設(shè)備的下極板上，壓緊墊片，平整布面，通入適量氬氣，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)至所需值，預(yù)熱40 min后，啟動設(shè)備發(fā)生器開始放電，達(dá)預(yù)定時間后，關(guān)閉進(jìn)氣閥，打開設(shè)備的放氣閥，取出樣品，放于干凈地方備用[9]。

（2）桑蠶絲織物數(shù)碼印花工藝

工藝流程[10]：處理圖片→調(diào)漿上漿→烘干預(yù)處理（溫度60 ℃、時間25 min）→噴墨印花（溫度24℃、濕度62 %）→烘干（溫度60℃、時間40 min）→汽蒸(溫度90℃、時間60 min)→烘干（溫度60 ℃、時間40 min）→洗水→烘干（溫度150℃、時間3 min）。

3.測試方法

（1）潤濕性

經(jīng)常壓等離子體處理后，對樣品進(jìn)行數(shù)碼印花，然后使用視頻光學(xué)接觸角測量儀測試桑蠶絲織物的潤濕性能，潤濕時間越短表明織物的濕潤性能越好，反之，潤濕時間越長則表明濕潤性能越差。

（2）得色量

使用Ultra Scan PRO測色儀對數(shù)碼噴墨印花后的桑蠶絲織物樣品的4個單色色塊分別在6個位置進(jìn)行測量，取6次測量的平均值為得色量（K/S值），K/S值越大說明織物的染色性能越好[11]。

（3）滲透率

按照得色量的測試方法，可以測試并得到桑蠶絲織物樣品的正反面得色量K/S值，使用公式（1）能夠計算出桑蠶絲織物樣品數(shù)碼噴墨印花后的滲透率，滲透率越高表明織物的滲透性能越好[12]。

（4）色牢度

桑蠶絲織物數(shù)碼印花耐皂洗色牢度依照GB/T 3291-2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試；耐摩擦色牢度依照 GB/T 3920-2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

（5）脫糊率

采用減量法得到桑蠶絲織物數(shù)碼印花后的脫糊率D。取50 cm×50 cm的樣品經(jīng)烘干后測其質(zhì)量為Q1，經(jīng)等離子體及上漿前處理的數(shù)碼印花后烘干測試其質(zhì)量為Q2，再經(jīng)汽蒸、洗水、烘干等后處理再測試其質(zhì)量為Q3，由公式（2）可得到脫糊率D。

（6）斷裂強(qiáng)力

依照GB/T 3921.1-1997《紡織品 織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定 條樣法》的測試標(biāo)準(zhǔn)，取5條50 cm×10 cm的桑蠶絲織物樣品放入恒溫恒濕（溫度25℃、濕度65 %）的條件下18 h，用電子織物強(qiáng)力機(jī)設(shè)備進(jìn)行測試，各取其經(jīng)向緯向測量的平均值[13]。

二、結(jié)果與討論

1.常壓等離子體最佳工藝參數(shù)

（1）最佳輸出功率

常壓等離子體輸出功率對桑蠶絲織物的數(shù)碼印花效果影響很大，功率太小對桑蠶絲纖維表面改性效果弱，功率太大又會降低桑蠶絲纖維的斷裂強(qiáng)力，本試驗(yàn)設(shè)定作用時間和氣體流速分別為10 min和2.0 L/min，輸出功率分別為50-100 W，研究輸出功率對桑蠶絲織物潤濕性能的影響，測試結(jié)果如表1所示。

表1 常壓等離子體輸出功率對桑蠶絲織物潤濕性能的影響

由表1可看出，潤濕時間隨著輸出功率的增大而減少,桑蠶絲織物潤濕性能得以不斷提高，這是由于隨著輸出功率的增加，常壓等離子體中高速電子的活性和數(shù)目都有所增加，親水基團(tuán)在桑蠶絲纖維表面更容易形成，親水性能得以提高，潤濕時間減少。當(dāng)輸出功率為80 W時，潤濕時間降到198 ms,潤濕性能大大提高，之后，隨著輸出功率的不斷增加，潤濕時間雖有下降但不太明顯，從節(jié)能和實(shí)際考慮，確定常壓等離子體的最佳輸出功率為80 W。

（2）最佳作用時間

常壓等離子體作用時間對桑蠶絲織物的表面改性影響明顯，作用時間太久損傷桑蠶絲纖維，時間太短達(dá)不到好的改性效果。將常壓等離子體輸出功率和氣體流速分別設(shè)定為80 W、2.0 L/min，作用時間分別為6-12 min，桑蠶絲織物的潤濕時間變化結(jié)果如表2所示。

表2 常壓等離子體作用時間對桑蠶絲織物潤濕性能的影響

從表2可得知，經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理，隨著作用時間的不斷加大，桑蠶絲織物的潤濕時間不斷下降，當(dāng)作用時間從6 min到10 min，桑蠶絲織物的潤濕時間從1105 ms迅速降到234 ms。這是因?yàn)槌旱入x子體所產(chǎn)生的高能粒子對桑蠶絲纖維的刻蝕由表及里，當(dāng)作用時間較短時，高能粒子與桑蠶絲纖維表面的碰撞較少，刻蝕作用較弱，潤濕性能不強(qiáng)。當(dāng)作用時間不斷增加，桑蠶絲纖維表面與高能粒子的碰撞頻繁，促使高能粒子順利進(jìn)入桑蠶絲纖維內(nèi)部，導(dǎo)致桑蠶絲織物的潤濕時間變短，親水性能變強(qiáng)。之后，隨著作用時間的增加潤濕時間雖有所下降，但變化不大，綜合來看，最佳作用時間為10 min。

（3）最佳氣體流速

常壓等離子體的氣體流速可以促進(jìn)光輝放電，增加常壓等離子體的空間能量。確定作用時間為10 min、輸出功率為80 W，氣體流速分別為0.25-2.5 L/min，桑蠶絲織物的潤濕時間變化結(jié)果如表3所示。

表3 常壓等離子體氣體流速對桑蠶絲織物潤濕性能的影響

由表3可得知，隨著氣體流速的增加桑蠶絲織物數(shù)碼印花后的潤濕時間持續(xù)降低。這是由于氣體流速較慢時，高能粒子產(chǎn)生較少、活性較弱，隨著氣體流速的加快，能夠帶走更多空間熱量，提高放電的穩(wěn)定性，可以產(chǎn)生更多的輝光放電，促進(jìn)更多能量的加入，從而加強(qiáng)了桑蠶絲纖維表面的刻蝕和降解作用，縮短了桑蠶絲織物的潤濕時間，提高了潤濕性能。當(dāng)氣體流速為2.0 L/min時，潤濕時間大幅下降到198 ms，之后，隨著氣體流速的不斷增加，潤濕時間變化不大，綜合分析，常壓等離子體的最佳氣體流速應(yīng)為2.0 L/min。

從以上測試結(jié)果可得，常壓等離子體最佳工藝參數(shù)為：輸出功率80 W,作用時間10 min，氣體流速2.0 L/min。

2.對染色性能的影響

分別將未經(jīng)常壓等離子體處理的桑蠶絲織物和經(jīng)過最佳工藝條件下常壓等離子體處理過的桑蠶絲織物樣品進(jìn)行數(shù)碼印花，活性墨水的顏色為青、黃、黑、紅等4色，印花后測試得色量，如表4所示。

表4 常壓等離子體處理前后的得色量

從表4可得知，經(jīng)常壓等離子體處理后的4種顏色的得色量均有所提升，總得色量也由13.5增加到19.8，說明桑蠶絲織物經(jīng)等離子體處理后染色性能有明顯提升。這是由于經(jīng)過常壓等離子體處理后，桑蠶絲纖維的表面層被刻蝕和氧化，桑蠶絲織物的親水性能提高，有利于活性墨水向桑蠶絲纖維內(nèi)部滲透，提高了織物的染色性能。

3.對滲透性能的影響

常壓等離子體預(yù)處理對織物數(shù)碼印花的滲透性能有明顯影響，按照相應(yīng)的方法測試桑蠶絲織物的滲透率，常壓等離子體處理前后桑蠶絲織物的滲透率見表5。

表5 常壓等離子體處理前后的滲透率

從表5可知，桑蠶絲織物的4個色塊經(jīng)過常壓等離子體處理后的滲透率均有所提升，這是由于常壓等離子體刻蝕了桑蠶絲織物的表面，引入了極性基團(tuán)，增加了桑蠶絲織物的親水性能，使活性墨水更容易進(jìn)入桑蠶絲纖維內(nèi)部，加快了桑蠶絲織物吸收墨水的速度，同時抑制墨水向四周的擴(kuò)散，從而提高了桑蠶絲織物的滲透性能。

4.對染色牢度的影響

按照試驗(yàn)部分3.（4）方法測試桑蠶絲織物經(jīng)過常壓等離子體預(yù)處理前后的色牢度，測試結(jié)果見表6。

表6 常壓等離子體處理前后的色牢度

從表6可知，常壓等離子體預(yù)處理對桑蠶絲織物的數(shù)碼印花各項色牢度影響很小，與未預(yù)處理相比較，桑蠶絲織物僅耐濕摩擦牢度略有下降，但仍為3級，其中耐皂洗和耐干摩擦色牢度保持不變，還是4級和3級。這應(yīng)該是由于常壓等離子體預(yù)處理僅對桑蠶絲纖維的表面產(chǎn)生作用，且活性墨水與桑蠶絲纖維相結(jié)合的共價鍵鍵能較大，導(dǎo)致桑蠶絲織物的色牢度基本沒變化；等離子體預(yù)處理后桑蠶絲纖維表面的墨水吸附量增加，表面墨水浮色增多，經(jīng)濕摩擦?xí)r更易脫色，因而濕摩擦牢度稍有降低。

5.對織物手感的影響

桑蠶絲織物在數(shù)碼噴墨印花后需將預(yù)處理過程中的漿料去除，否則會影響桑蠶絲織物的手感，脫糊率越高說明漿料去除越好，織物的手感越柔軟。經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理前后桑蠶絲織物的脫糊率有變化；桑蠶絲織物的脫糊率未經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理時為91.3 %，經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理后為88.2 %，說明經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理后脫糊率略有降低，桑蠶絲織物的手感略有下降。這是因?yàn)槌旱入x子體預(yù)處理會刻蝕桑蠶絲纖維的表面，使桑蠶絲纖維表面變得粗糙；還有活性自由基較大的分子被降解后，會與相鄰分子中的自由基產(chǎn)生交聯(lián)并形成交聯(lián)層，使桑蠶絲纖維組織結(jié)構(gòu)更緊密，增加了纖維表面的粗糙感，桑蠶絲織物手感從而變硬變差。

6.對斷裂強(qiáng)力的影響

桑蠶絲織物樣品經(jīng)常壓等離子體處理前后的斷裂強(qiáng)力測試結(jié)果可得知，未預(yù)處理的斷裂強(qiáng)力為485.6 N，預(yù)處理后的為528.8 N經(jīng)常壓等離子體處理后的桑蠶絲織物數(shù)碼印花的斷裂強(qiáng)力有大幅提升，這主要是由于等離子體處理破壞了桑蠶絲纖維的表面層，使真絲表面凹凸不平，增加了桑蠶絲纖維表面的粗糙度，增大了纖維間的摩擦及抱合力，但桑蠶絲纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒有明顯改變，所以桑蠶絲織物經(jīng)等離子體處理后斷裂強(qiáng)力有明顯提升。

三、結(jié)論

第一，從桑蠶絲織物數(shù)碼噴墨印花潤濕性能的變化角度來分析，桑蠶絲織物的常壓等離子體預(yù)處理最佳工藝參數(shù)為：輸出功率80 W，作用時間10 min，氣體流速2.0 L/min。

第二，經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理后桑蠶絲織物數(shù)碼印花的4色得色量均有提升，總得色量增加46.67%，說明染色性能有明顯提升。

第三，經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理后桑蠶絲織物數(shù)碼印花的青、黃、黑、紅4單色的滲透率分別增加9.57%、58.08%、59.16%、64.13%，表明滲透性能有明顯增強(qiáng)。

第四，經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理后桑蠶絲織物數(shù)碼印花的斷裂強(qiáng)力增加8.9%，說明斷裂強(qiáng)力有明顯提升。

第五，經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理后桑蠶絲織物數(shù)碼印花的耐濕摩擦牢度下降0.5級，耐皂洗和耐干摩擦色牢度保持不變。

第六，經(jīng)常壓等離子體預(yù)處理后桑蠶絲織物數(shù)碼印花的脫糊率降低3.4%，織物手感稍有變硬變差。