低溫等離子體-殼聚糖在滌綸織物噴墨印花中的應(yīng)用

王 生,楊曉紅

(1.江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 南通 226007;2.江蘇先進(jìn)紡織工程技術(shù)中心,江蘇 南通 226007)

數(shù)碼印花具有傳統(tǒng)印花無法比擬的優(yōu)勢,近年來得到了飛速發(fā)展。雖然滌綸轉(zhuǎn)移印花工藝非常成熟,成本低、效率高、花型豐富多彩,但由于紙張消耗大,生產(chǎn)環(huán)節(jié)染料升華產(chǎn)生大量廢氣,造成環(huán)境污染,轉(zhuǎn)印時(shí)設(shè)備壓力造成面料風(fēng)格的變化、產(chǎn)品檔次不高等因素影響了其未來的發(fā)展。滌綸的直接噴墨印花成為數(shù)碼印花發(fā)展的主流,尤其是對于小批量精細(xì)化高檔服裝面料的生產(chǎn),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。目前滌綸面料直接噴印存在分散墨水質(zhì)量不穩(wěn)定、顏色鮮艷度不夠、滌綸面料抱水性差、墨水易滲化、圖案清晰度不高等問題。因此如何提高滌綸織物數(shù)碼直接噴墨印花質(zhì)量一直是科技工作者研究的熱點(diǎn)問題。已有相關(guān)學(xué)者研究利用殼聚糖預(yù)處理滌綸織物,提高了織物的親水性、抗靜電性和抗菌性,但由于滌綸纖維表面較為光滑且活性基團(tuán)較少,不利于殼聚糖整理液的結(jié)合[1]。在殼聚糖整理滌綸纖維前,往往需要進(jìn)行預(yù)處理,對滌綸織物先進(jìn)行改性處理,為后續(xù)的殼聚糖處理提供條件。近年來,利用等離子體技術(shù)對滌綸進(jìn)行改性越來越受到人們的重視。等離子體技術(shù)屬于干法技術(shù),是一類采用物理手段能夠達(dá)到化學(xué)處理效果的方法,通過等離子處理能夠?qū)炀]纖維表面刻蝕并引進(jìn)大量的活性基團(tuán)[2-5],為后續(xù)殼聚糖改性提供條件,進(jìn)而能夠提高滌綸織物噴墨印花的質(zhì)量。

利用專用的高溫分散墨水,采用環(huán)保綠色生態(tài)的等離子體技術(shù)和具有優(yōu)異吸濕性能的天然高分子聚合物殼聚糖協(xié)同處理滌綸織物,以增強(qiáng)殼聚糖單一整理的效果,探討等離子體技術(shù)和殼聚糖協(xié)同處理工藝對滌綸織物噴墨印花色深、吸濕性能及印花色牢度的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料和試劑

織物:滌綸春亞紡織物(210 T,8.33 tex×8.33 tex,市售)。

試劑:分散青HDL-C、分散品紅HDL-M、分散黃HDL-Y、分散黑HDL-K(紹興全印數(shù)碼科技有限公司),殼聚糖(取代度95%,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),乙酸(冰醋酸10%,AR,天津化學(xué)試劑有限公司),戊二醛(化學(xué)純,西隴化工有限公司)。

1.2 儀器和設(shè)備

儀器:TG1816全印數(shù)碼印花機(jī)(深圳全印圖文技術(shù)有限公司),DIENER NANO 等離子體表面處理機(jī)(Diener electronic Gmb H Co.KG),COLOR-SF650測色配色儀(Datacolor公司),SW-12 A 耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(無錫紡織儀器廠),YB-571預(yù)置式色牢度摩擦儀(南通宏大紡織實(shí)驗(yàn)儀器有限公司),YG605耐升華色牢度測試儀(溫州方圓儀器有限公司),LP型氣動(dòng)小軋車(南通三思機(jī)電科技有限公司),TDW 電熱鼓風(fēng)循環(huán)烘箱(余姚溫度儀表廠)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 低溫等離子體處理

將滌綸試樣(15 c m×15 c m)放置于等離子體表面處理機(jī)的反應(yīng)腔內(nèi),先進(jìn)行抽真空,待到真空腔內(nèi)的氣體壓強(qiáng)低于10 Pa時(shí),打開通氣閥門通入空氣,經(jīng)過空氣循環(huán)后調(diào)節(jié)壓強(qiáng)至試驗(yàn)所需值,開啟射頻發(fā)生器開始放電,在盡量短的時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)功率至所需值并開始計(jì)時(shí),處理一段時(shí)間后,停止放電,關(guān)閉進(jìn)氣閥和真空泵,打開放氣閥通入空氣,使反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)恢復(fù)到大氣壓值后取出樣品[6]。

1.3.2 殼聚糖處理滌綸織物工藝

(1)殼聚糖母液制備

準(zhǔn)確稱取2 g殼聚糖粉末,溶解在0.1 mol/L 的乙酸溶液中,在80 ℃水浴鍋中加熱并充分?jǐn)嚢?0 min,然后加入一定量的戊二醛溶液繼續(xù)攪拌30 min,直至殼聚糖充分溶解,冷卻至室溫,密封備用。

(2)殼聚糖改性滌綸織物工藝

織物浸濕整理液(60 ℃,30 min,浴比1∶30)→二浸二軋(軋余率70%)→預(yù)烘(90 ℃,5 min)→焙烘(130 ℃,2 min)→取出樣品織物待用。

1.3.3 滌綸織物噴墨印花工藝

滌綸織物前處理→織物上漿→烘干→數(shù)碼直噴(噴印條件:雙向4通道,打印速度10 m/h,精度720×720)→預(yù)烘(90℃,20 min)→蒸化(溫度100℃,時(shí)間20 min)→水洗(冷水洗2遍,40℃溫水洗1遍)→皂洗→水洗(冷水洗2遍,40℃溫水洗1遍)→60℃烘干待測。

1.4 測試方法

1.4.1 失重率

準(zhǔn)確稱量等離子體處理前后滌綸織物的質(zhì)量,根據(jù)式(1)計(jì)算失重率。

式中:m1為處理前滌綸織物的質(zhì)量;m2為等離子體處理后滌綸織物的質(zhì)量。

1.4.2 芯吸高度

將織物剪成5 c m×15 c m 條狀,采用懸掛法,保持張力,垂直懸掛,其下邊緣1 c m 浸入蒸餾水中,采用定時(shí)法測定水沿滌綸織物上升的高度。

1.4.3 回潮率

回潮率值為試樣吸濕后的質(zhì)量與干態(tài)質(zhì)量的差值對干態(tài)質(zhì)量的百分比,參照GB/T 6529—2008《紡織品調(diào)濕和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)大氣》方法進(jìn)行測試。根據(jù)式(2)計(jì)算回潮率。

式中:G為試樣在恒溫恒濕箱中(溫度20 ℃、濕度65%)穩(wěn)定24 h后的質(zhì)量;G0為試樣的干態(tài)質(zhì)量。

1.4.4 印花K/S值

采用測色配色系統(tǒng),選擇合適的孔徑,在經(jīng)過黑白板校正后,將滌綸印花織物折疊4層,在D65光源下測量并記錄最大吸收波長處的表觀深度(K/S值),每個(gè)試樣測試5個(gè)點(diǎn),取平均值。

1.4.5 色牢度

耐洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐洗色牢度》測定;耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測定;耐升華色牢度按照GB/T 6152—1997《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐熱壓色牢度》測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 低溫等離子體處理滌綸織物的工藝參數(shù)

探討等離子體處理時(shí)間、壓強(qiáng)、功率3個(gè)參數(shù)對滌綸織物失重率和吸濕性能的影響,優(yōu)化等離子體處理工藝,有利于進(jìn)一步研究等離子體與殼聚糖處理滌綸織物的協(xié)同效應(yīng)。

2.1.1 處理時(shí)間對滌綸織物失重率和吸濕性的影響

等離子體處理時(shí)間分別設(shè)置為2、4、6、8、10、12、16 min,處理功率和壓強(qiáng)分別設(shè)置為250 W 和50 Pa,探討等離子體處理時(shí)間對滌綸織物失重率和吸濕性能的影響,測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 等離子體處理時(shí)間對滌綸織物失重率和芯吸高度的影響

由圖1可知,隨著等離子體處理時(shí)間的延長,滌綸織物的失重率呈上升趨勢,芯吸高度在處理時(shí)間為6 min時(shí)達(dá)到最高,織物的親水性能最佳。由于等離子體高能量粒子長時(shí)間轟擊刻蝕纖維表面,造成滌綸纖維表面化學(xué)鍵的斷裂,滌綸織物的失重率隨著作用時(shí)間的延長而增大。另外等離子體濺射纖維表面,纖維表面產(chǎn)生自由基,引入羥基、氨基、羧基等親水性基團(tuán),使得纖維的親水性提高,在處理時(shí)間為6 min時(shí),芯吸高度達(dá)到最高[7],隨著處理時(shí)間的延長,高能活性粒子持續(xù)沖擊滌綸纖維表面,使得織物表面引入的含氧極性基團(tuán)可能又會(huì)被濺射出去,吸濕性能隨之下降[8]。因此,綜合親水性和纖維損傷情況,選擇等離子體作用時(shí)間為6 min。

2.1.2 壓強(qiáng)對滌綸織物失重率和吸濕性的影響

等離子體處理壓強(qiáng)分別設(shè)置為20、25、30、35、40、45、50 Pa,處理時(shí)間為6 min,功率為250 W,探討等離子體處理壓強(qiáng)對滌綸織物失重率和吸濕性能的影響,測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 等離子體處理壓強(qiáng)對滌綸織物失重率和芯吸高度的影響

由圖2可知,當(dāng)處理壓強(qiáng)在40 Pa時(shí),滌綸織物各項(xiàng)性能達(dá)到最佳。這是由于當(dāng)壓強(qiáng)過低時(shí),氣體濃度小、數(shù)量少,被電離激發(fā)的高能粒子少,對滌綸的接枝改性效果不明顯,引入的親水基團(tuán)數(shù)量較少,織物吸濕性能改善效率較低;當(dāng)壓強(qiáng)高于40 Pa時(shí),反應(yīng)腔內(nèi)的氣體數(shù)量增多,電離高能粒子數(shù)量提高,由于等離子機(jī)器反應(yīng)腔內(nèi)體積固定,高能粒子間相互碰撞損失的能耗高于作用到纖維上的能量[1],所以在壓強(qiáng)較高時(shí)滌綸的吸濕性反而下降。因此,綜合考慮親水性能、能源損耗及織物結(jié)構(gòu),確定處理壓強(qiáng)為40 Pa。

2.1.3 功率對滌綸織物失重率和吸濕性的影響

將等離子體處理功率分別設(shè)置為80、100、150、180、200、250、300 W,處理壓強(qiáng)和時(shí)間分別設(shè)置為40 Pa和6 min,探討等離子體處理功率對滌綸織物失重率和吸濕性能的影響,測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 等離子體處理功率對滌綸織物失重率和芯吸高度的影響

由圖3可知,隨著等離子體處理功率的提高,滌綸纖維的失重率呈現(xiàn)上升趨勢。因?yàn)榈入x子的高能粒子轟擊纖維表面,使得滌綸纖維表面的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂,發(fā)生脫氫反應(yīng)導(dǎo)致滌綸纖維失重。隨著處理功率的不斷增大,濺射到纖維表面的激發(fā)粒子能量也在不斷提高,對纖維的刻蝕作用更加明顯,滌綸纖維的失重率也越來越高。當(dāng)?shù)入x子體處理功率增大到200 W 時(shí),活性粒子的能量增大,對滌綸織物的轟擊和刻蝕作用加強(qiáng),接枝到纖維上的極性基團(tuán)數(shù)量增多,織物芯吸高度最佳,親水性能最好。但當(dāng)功率進(jìn)一步提高時(shí),過高的能量轟擊滌綸纖維表面,對滌綸纖維的結(jié)構(gòu)造成影響,吸濕效果反而下降。綜合考慮纖維性能、能量損耗,確定等離子體處理滌綸織物的功率為200 W。

綜上,優(yōu)化的等離子體改性滌綸的工藝參數(shù)為時(shí)間6 min、壓強(qiáng)40 Pa、功率200 W。

2.2 低溫等離子體/殼聚糖聯(lián)合處理對滌綸噴墨印花織物性能的影響

滌綸織物經(jīng)過低溫等離子處理(2.1優(yōu)化工藝)和殼聚糖整理(1.2.2 工藝)后,對滌綸織物進(jìn)行噴墨印花,研究低溫等離子體和殼聚糖協(xié)同處理對滌綸噴墨印花色深、親水性能和染色牢度的影響。

2.2.1 低溫等離子體和殼聚糖聯(lián)合處理對滌綸噴墨印花色深的影響

為研究等離子體和殼聚糖協(xié)同處理對滌綸噴墨印花織物得色量的影響,采用HDL型高溫分散直噴墨水進(jìn)行色塊打印測試,測試打印后織物色塊的K/S值,結(jié)果見表1。

表1 不同處理方式改性對滌綸織物噴墨印花色深的影響

由表1可知,不同顏色的墨水色深增加幅度有一定差異,這和墨水性質(zhì),如結(jié)構(gòu)、親和力、擴(kuò)散性等有關(guān)。未處理的原滌綸織物K/S值較低,經(jīng)過等離子體、等離子體/殼聚糖工藝處理后滌綸噴墨印花織物K/S值均能得到不同程度提高,采用等離子體/殼聚糖工藝處理的滌綸織物印花色深值最大。這是由于經(jīng)過等離子體處理后織物表面產(chǎn)生刻蝕,引入了部分親水性基團(tuán),提高了織物的染色性能,而進(jìn)一步采用殼聚糖整理后,在纖維表面引入氨基、羥基等強(qiáng)極性基團(tuán),使纖維具備了高吸濕性,潤濕性得到改善,從而提高了纖維與染料的結(jié)合力,染料在纖維表面的上染率提高,表面色深增加,使得滌綸織物的印花色深進(jìn)一步提高。

2.2.2 低溫等離子體和殼聚糖聯(lián)合處理對滌綸織物吸濕性的影響

滌綸織物經(jīng)過不同的工藝處理后,研究低溫等離子體、低溫等離子體/殼聚糖聯(lián)合處理對滌綸織物吸濕性能的影響,結(jié)果見表2。

表2 不同處理方式改性對滌綸織物吸濕性能的影響

由表2可知,未經(jīng)整理的滌綸原布的芯吸高度為4.7 c m,回潮率為0.75%。經(jīng)過等離子體處理、等離子體/殼聚糖處理后織物的芯吸高度、回潮率顯著提高,等離子體/殼聚糖工藝處理的效果最明顯。滌綸纖維表面光滑,分子結(jié)構(gòu)排列規(guī)整緊密,結(jié)構(gòu)上缺少羥基、氨基等親水基團(tuán),所以未經(jīng)改性的滌綸織物親水性、回潮率較低;經(jīng)過低溫等離子體處理后的滌綸纖維表面發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng),使得表面活化,能夠?qū)⒒钚院趸鶊F(tuán)引入織物表面,從而提高了滌綸織物的吸濕性能。進(jìn)一步將經(jīng)過等離子體處理后的織物再經(jīng)過殼聚糖整理,織物的吸濕性能更加優(yōu)秀,原因?yàn)闅ぞ厶墙?jīng)過整理后吸附在纖維表面和經(jīng)過等離子體轟擊后的凹槽或凹坑處,其分子中含有親水基團(tuán)氨基和羥基,使得滌綸纖維的吸濕性更高。

2.2.3 等離子體/殼聚糖聯(lián)合處理對滌綸噴墨印花織物色牢度的影響

滌綸織物經(jīng)過不同的工藝處理后,研究低溫等離子體、低溫等離子體/殼聚糖聯(lián)合處理對滌綸噴墨印花織物色牢度的影響,結(jié)果見表3。

表3 不同處理方式改性對滌綸噴墨印花織物色牢度的影響 單位:級(jí)

由表3 可知,滌綸織物在經(jīng)過等離子體、等離子體/殼聚糖工藝處理后,色牢度均能得到提高,其中,等離子體/殼聚糖工藝處理后牢度最佳。因?yàn)榈入x子體處理后的織物表面引入極性基團(tuán),可以與噴墨染料表面的羧基發(fā)生氫鍵作用,從而提高了噴墨染料與織物之間的結(jié)合力,提高了色牢度。等離子體處理后的織物表面被轟擊出很多凹坑,更有利于殼聚糖附著在滌綸表面,提高了染料吸附率,進(jìn)一步改善了纖維的色牢度。

3 結(jié) 論

(1)等離子體處理滌綸春亞紡織物的最佳工藝參數(shù)為時(shí)間6 min、壓強(qiáng)40 Pa、功率200 W。

(2)等離子體和殼聚糖處理可有效改善滌綸織物噴墨印花色深,改性工藝有助于提高織物噴墨印花時(shí)的得色量,極大提升了印花圖案的清晰度和鮮艷度。

(3)滌綸織物經(jīng)過等離子體處理后,再經(jīng)殼聚糖整理,其親水性能得到明顯改善,芯吸高度和回潮率得到明顯提升;經(jīng)過不同工藝改性后的滌綸織物具有較好耐水洗、耐摩擦和耐升華牢度,均可達(dá)到4級(jí)以上。