等离子体处理对棉织物染色性能的影响

王继业，谭艳君，李勇强，刘 帆，钟露华，霍 倩

(1.西安工程大学 纺织科学与工程学院，陕西西安710048；2.西安工程大学 科技成果转化中心，陕西西安，710048)

0 引言

随着处理技术的进步和完善，纺织品的性能得到了巨大的提高。其中等离子体处理技术作为一种绿色、高效、经济、环保的技术，近年来在纺织品处理中应用较为广泛[1]。我国将等离子体技术用到纺织行业里是从八十年代开始的。在纺织加工中，等离子体处理技术可应用在织前的上浆、印染的前处理、织物的后整理等过程中，能够使纱线均匀上浆；优化织物的退浆、精练，提高前处理效率；对织物的抗静电、抗起毛、抗起球、易去污、拒水及拒油等性能的改善有显著的效果[2]。同时等离子体处理与其它整理剂结合使用，可以提高整理剂的功效及功能整理的效果[3－4]。

棉织物具有强度优良、手感好、吸湿性强等优点，是人们日常生活中使用最多的织物之一。等离子体处理技术的加入，使得棉织物的吸湿性等性能得到提高，获得更加优良的应用性能[5－7]。

本实验利用等离子体处理棉织物，优化最佳工艺，研究不同等离子体处理指标对棉织物染色性能的影响[8－10]。

1 试验部分

1.1 材料、试剂与仪器

材料 纯棉平纹机织物(市售)。

试剂 活性红GWF、活性黄CA、活性蓝C－GD(德司达印染科技有限公司)，活性红TS－3B、活性黄TS－3R、活性蓝TS－GC(亨斯迈化工贸易有限公司)，氯化钠(天津市恒兴化学试剂有限公司)，无水碳酸钠(天津市百世化工有限公司)。

仪器 HD－1B型冷等离子体改性处理仪(常州中科常泰等离子体科技有限公司)，SHZ－88双数显水浴恒温振荡器(金坛市岸头林丰实验仪器)，Datacolor SF300型思维士电脑测色仪(思维士科技公司)，U－3110紫外可见分光光度计(日本日立公司)，电热鼓风干燥箱1010－23型(上海市实验仪器总厂)，Y571B型摩擦色牢度仪(宁波纺织仪器厂)，JC2000D接触角测量仪(上海中晨数字技术设备有限公司)，YG028电子单纱强力机(宁波纺织仪器厂)。

YG(B)871型毛细管效应测定仪(温州市大荣纺织仪器有限公司)。

1.2 试验内容

1.2.1 等离子体表面处理

将试样在105℃干燥至恒重后，置于等离子体表面处理仪中，在功率300 W、气流速率20 mL/min、真空度18 Pa的条件下，接入氩气进行放电处理。

1.2.2 染色工艺

将处理后的棉织物裁成20cm×20cm大小后，用乙醇浸泡30 min去除多余的杂质，烘干后备用。采用活性染料按照表1工艺处方及图1工艺曲线进行染色，浴比1∶50。

表1 棉染色工艺处方

图1 染色工艺曲线

1.3 性能测试

1.3.1 上染率

参照GB/T9337－2009《高温染色上色率的测定》，使用U－3110紫外可见分光光度计测定该染料最大吸收波长下的吸光度，按式(1)计算上染率。

式中:A0——空白液稀释n0倍后的吸光度

Ai——染色残液稀释ni倍后的吸光度

1.3.2 K/S值

采用Datacolor SF300电脑测色配色仪在D65光源、10°视角下测试样品。被测织物折叠3层，每块织物测试5次，取平均值。

1.3.3 耐摩擦色牢度

参照GB/T3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测试。

1.3.4 接触角

参照DB44/T1872－2016《纺织品表面润湿性能的测定接触角法》进行测试。本实验测量接触角采用量高法，连续测量5次取平均值。

1.3.5 断裂强力

参照GB/T3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》测试。

1.3.6 芯吸测试

参照FZ/T 01071—1999《纺织品毛细效应试验方法》测定。试样大小为4 cm×20 cm，测试液体温度为25℃，测试时间为30 min。

2 结果与分析

2.1 吸湿性能

按照1.2.1节处理织物，测试棉织物的接触角和芯吸高度，研究处理时间对织物吸湿性能的影响，结果如图2。

图2 处理时间对棉织物吸湿性能的影响

由图2可以看出，处理时间在3min内时，随着处理时间的增加，棉织物的接触角大幅降低。这是因为等离子体处理刻蚀织破坏物表面，织物的接触角变小，吸湿性能变好，随着处理时间的继续增加，等离子体对织物的刻蚀破坏趋于饱和，因此织物的接触角变化趋于平缓，吸湿性能达到最佳。由图2芯吸高度曲线可以看出，随着处理时间的增加，织物的芯吸高度也随之增加，说明织物吸湿性得到改善。处理时间低于3min时，增加处理时间，芯吸高度的变化较为明显。当处理时间超过3min后，织物的芯吸高度随时间的变化变小趋于平缓。由此可以看出，等离子体处理后，棉织物的吸湿性能得到大幅改善，当处理时间达到一定值后继续增加时，棉织物的吸湿性能趋于稳定。

2.2 染色性能

按照1.2.1节处理织物，测试棉织物的上染率、K/S值和色牢度，研究处理时间对织物染色性能的影响，结果如下:

2.2.1 上染率

按照1.2.1节处理织物后，采用1.2.2工艺上染织物，测试织物的上染率，分析等离子体处理时间对棉织物上染率的影响，结果如图3:

图3 处理时间对棉织物上染率的影响

由图3可以看出，等离子体处理时间为0时，棉织物的上染率较低，随着处理时间的增加，虽然不同染料间上染率不同，但棉织物的上染率总体趋势大幅提高。这是因为等离子体处理对织物轰击刻蚀，使得织物表面遭到破坏，更利于染料上染。处理也会破坏织物中纤维表面的一些基团，使纤维上染料分子的染座增加。因此，棉织物的上染率大幅提高。处理时间增加到3min后继续增加时，棉织物上染率的增幅变小并趋于平缓。这是由于等离子体处理对织物的处理趋于饱和，同时处理后染料上染纤维也趋于饱和，所以棉织物的上染率增幅趋于平缓。

2.2.2 K/S值

按照1.2.1节处理织物后，采用1.2.2工艺上染织物，测试织物的K/S值，分析等离子体处理时间对棉织物染色上染效果的影响，结果如图4:

图4 处理时间对棉织物上染效果的影响

由图4可以看出，随着处理时间的增加，棉织物K/S值的总体变化趋势呈大幅提高。这是因为等离子体轰击刻蚀织物表面纤维，使织物表面变得粗糙不平，同时织物中纤维表面的一些基团也会被破坏，织物染色性能变好。因此，棉织物的K/S值大幅提高。在处理时间达到3min后，K/S值改变值趋势发生变化，棉织物K/S值的增幅变小并趋于平缓。这是由于等离子体处理对织物的处理趋于饱和，同时处理后织物的染色性能改善也趋于饱和，所以棉织物的K/S值增幅趋于平缓。

2.2.3 色牢度

按照1.2.1节处理织物后，采用1.2.2工艺上染织物，测试织物的色牢度，分析等离子体处理时间对棉织物染色牢度的影响，结果如表2:

表2 处理时间对棉织物染色牢度的影响

由表2可以看出，随着处理时间的增加，棉织物的色牢度总体得到提高。其中干摩擦色牢度改善较为明显，这是因为等离子体轰击刻蚀织物表面纤维，织物表面遭到破坏，提高了染料分子和织物间的结合牢度。但刻蚀作用在增加织物的总比表面积的同时也引进了大量羟基、羧基等亲水性基团，从而使得织物的吸湿回潮能力提高，因此等离子体处理后的织物的耐湿摩擦色牢度提高较少。在处理时间达到一定后，再继续增加处理时间，织物的色牢度改善不明显，说明等离子体对织物的处理达到饱和。

2.3 物理性能

按照1.2.1节处理织物后，采用1.2.2工艺选取活性红GWF上染织物，分别测试不同处理时间下织物上染前后的断裂强力，分析等离子体处理时间对棉织物物理性能的影响，结果如图5:

图5 处理时间对棉织物断裂强力的影响

由图5可以看出，随着处理时间的增加，棉织物的断裂强力下降，染色后织物强力低于染色前织物强力。这是因为等离子体处理过程中，等离子体轰击刻蚀织物中的纤维，破坏了纤维的表面结构，使得纤维强力下降。与染色性能相比，织物的断裂强力变化不会随着处理时间的增加而趋于平缓，而是会随着处理时间的变化一直降低，这是因为等离子体对纤维的破坏一直在进行，不会趋于饱和，所以在生产处理中，需要控制好处理时间等参数，以免过度损伤织物的性能。

3 结论

(1)等离子体处理能改善织物的吸湿性能，随着处理时间的增加，织物的吸湿性能在大幅改善后会趋于平缓。

(2)等离子体处理后棉织物的染色性能得到提高，随着处理时间的增加棉织物的上染率和K/S值会得到明显提高，棉织物的色牢度会有小幅改善。

(3)等离子体处理会损伤棉织物的物理性能，随着处理时间的增加织物的断裂强力会不断下降。