蒲亞寧，王雪燕，李世朋

(1.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048;2.南山紡織服飾有限公司，山東 龍口 265706)

在羊毛染色產(chǎn)品中，深濃色產(chǎn)品占很大比重。羊毛通常采用酸性媒介染料染出深濃的色澤，該染料染色存在能耗高，鉻污染嚴(yán)重和纖維損傷大等問(wèn)題，這與綠色環(huán)保的理念相違背［1］，因此，尋找環(huán)保型染料，開(kāi)發(fā)環(huán)境友好型染色新技術(shù)及能染出深濃色產(chǎn)品成為目前研究的熱點(diǎn)課題。蘭納素CE染料是一套全新的不含重金屬、禁用芳胺和AOX的毛用活性染料。它除了繼承原有蘭納素染料的特點(diǎn)外，還具有更好的勻染性和色調(diào)重現(xiàn)性，因此蘭納素CE能滿足人們對(duì)生態(tài)環(huán)保的要求，它是一類(lèi)有較好應(yīng)用前景的環(huán)保型染料［2－4］。

低溫等離子體是一種干態(tài)物理處理技術(shù)，其具有對(duì)處理材料損傷小，處理速度快和環(huán)保的特點(diǎn)，因而受到了人們的重視［5－6］。等離子體產(chǎn)生的高能粒子能夠轟擊纖維表面，使羊毛纖維表面鱗片層交聯(lián)程度降低，羊毛表面含氧和含氮的極性基團(tuán)增加，羊毛的潤(rùn)濕性能提高，進(jìn)而提高了染料對(duì)纖維的吸附能力及降低染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散的空間阻力，顯著改善羊毛纖維的染色性能［7－8］。

本文研究空氣低溫等離子體處理羊毛條對(duì)蘭納素CE染料低溫染色性能的影響，以期實(shí)現(xiàn)羊毛條的節(jié)能清潔型深濃染色。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

澳毛毛條:12.5 tex的纖維;蘭納素CE型染料(紅、黑和藏青)為工業(yè)品，亨斯曼公司提供;無(wú)水碳酸鈉和冰醋酸等化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

HS型高溫程控染樣機(jī)(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，DT－02型低溫間歇式等離子體處理儀(蘇州市奧普斯等離子體科技有限公司)，722型光柵可見(jiàn)分光光度計(jì)(天津市普瑞斯儀器有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 等離子體處理羊毛條

采用DT－02型低溫等離子體處理儀，通過(guò)改變真空度、放電時(shí)間和放電功率對(duì)羊毛條進(jìn)行處理［9］。

1.3.2 染色工藝

染色配方:蘭納素CE型染料5.0%(o.w.f)，冰醋酸1.5 g/L，無(wú)水碳酸鈉1.5 g/L，浴比30∶1。

染色工藝過(guò)程:首先將羊毛條投入50℃染浴中，然后以2℃/min的升溫速率升溫至80℃，再保溫染色50 min，再降溫至60℃，加入碳酸鈉固色20 min，最后水洗、烘干。

1.3.3 上染百分率測(cè)定

用722型光柵分光光度計(jì)分別測(cè)定染色前、后染液在其最大吸收波長(zhǎng)(λmax)處的吸光度，按式(1)［10］計(jì)算試樣的上染百分率:

式中:Ai為染色殘液稀釋n倍的吸光度;A0為染色原液稀釋m倍的吸光度。

1.3.4 固色率D測(cè)定

采用SF－300型思維士電腦測(cè)色儀，在10°視野和D65光源條件下，測(cè)定試樣皂洗前后的K/S值，按式(2)計(jì)算固色效率 Ef，再按式(3)計(jì)算固色率 Rf［11］。

式中:(K/S)a為皂洗后羊毛條的K/S值;(K/S)b為皂洗前羊毛條的K/S值。

1.3.5 耐皂洗色牢度測(cè)試

按照GB/T 3921.3—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)拖瓷味取返臏y(cè)試方法，然后采用 GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評(píng)定變色用灰色樣卡》和GB/T 251—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評(píng)定沾色用灰色樣卡》分別評(píng)定染色羊毛條的變色、沾色牢度等級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 等離子體處理對(duì)羊毛條上染的影響

2.1.1 放電時(shí)間對(duì)羊毛條上染性能的影響

按1.3.1工藝，固定放電功率為100W，真空度為50Pa，改變放電時(shí)間對(duì)羊毛條進(jìn)行等離子體處理，然后按1.3.2工藝，選擇蘭納素CE黑染料進(jìn)行染色，并測(cè)定上染百分率和固色率，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 放電時(shí)間對(duì)上染百分率及固色率的影響Fig.1 Effect of discharge time on dye－uptake and fixation rate

從圖1看出，隨著等離子體放電時(shí)間的延長(zhǎng)，上染百分率和固色率都有顯著地提高，并且在放電時(shí)間大于3min后趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)檠蛎w維經(jīng)等離子體高能粒子短時(shí)間轟擊后，在羊毛纖維表面引入新的極性基團(tuán)，并在其表面層形成許多凹槽，增大纖維比表面積，并隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)，纖維表層鱗片被逐步刻蝕，染色屏障被打破，同時(shí)鱗片層中的胱氨酸經(jīng)空氣低溫等離子體處理后被氧化，二硫鍵發(fā)生斷裂，生成親水性極性基團(tuán)(—SSO3H和—SH)［5］，使羊毛纖維表面發(fā)生物理化學(xué)改性［7，9］，從而提高了羊毛的潤(rùn)濕性，增大了羊毛纖維與染料的結(jié)合力，使染料吸附上染性能明顯提高，同時(shí)提高了染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散速率，故確定最佳放電時(shí)間為3 min。

2.1.2 真空度對(duì)羊毛條上染性能的影響

按1.3.1工藝，固定放電時(shí)間為3 min，放電功率為100W，改變真空度對(duì)羊毛條進(jìn)行等離子體處理，然后按1.3.2工藝，選擇蘭納素黑色染料進(jìn)行染色，并測(cè)定上染百分率和固色率，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 真空度對(duì)上染百分率及固色率的影響Fig.2 Effect of vacuum on dye－uptake and fixation rate

從圖2可看出，隨著等離子體真空度的增大，即放電氣壓的增大，上染百分率和固色率的提高。真空度為65Pa時(shí)，上染百分率和固色率基本達(dá)到最大，繼續(xù)增大放電真空度，上染百分率和固色率都趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)楫?dāng)真空度很小時(shí)，雖然高能粒子碰撞損失能量小，粒子能量高，但反應(yīng)器內(nèi)的高能粒子數(shù)量很少，對(duì)羊毛纖維的改性效果不明顯;隨著真空度增大，反應(yīng)器內(nèi)的高能粒子數(shù)量增多，對(duì)于羊毛纖維表面刻蝕作用和化學(xué)改性作用增大，進(jìn)而有利于染料向纖維表面吸附及向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，提高上染百分率和固色率。但當(dāng)真空度大于65Pa時(shí)，雖然反應(yīng)器內(nèi)的粒子數(shù)量增多，但由于粒子碰撞而損失能量增大，羊毛纖維的改性效果并沒(méi)有繼續(xù)增大，故確定最佳真空度為65Pa。

2.1.3 放電功率對(duì)羊毛條上染性能的影響

按1.3.1工藝，固定放電時(shí)間為3 min，真空度為65Pa，改變放電功率對(duì)羊毛條進(jìn)行等離子體處理，然后按1.3.2工藝選擇蘭納素黑色染料進(jìn)行染色，并測(cè)定上染百分率和固色率，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 放電功率對(duì)上染百分率及固色率的影響Fig.3 Effect of discharge power on dye－uptake and fixation rate

從圖3可看出，隨著等離子體放電功率的增大，上染百分率和固色率迅速增加，當(dāng)功率為150W時(shí)，固色率達(dá)到最大，同時(shí)上染百分率也基本達(dá)到穩(wěn)定。這是因?yàn)?放電功率直接影響等離子體反應(yīng)腔中活性粒子的能量大小和分布。在固定放電時(shí)間和真空度的情況下，反應(yīng)腔內(nèi)粒子數(shù)不變，隨著處理功率的增大，單個(gè)粒子的能量增大，對(duì)羊毛纖維的物理刻蝕作用和化學(xué)改性效果增強(qiáng)，使羊毛纖維表面粗糙度和潤(rùn)濕性提高，從而增大染料與纖維之間的作用力，提高上染百分率和固色率，但功率太大，纖維損傷會(huì)增大，且耗能增大，故確定最佳放電功率為150W。

可見(jiàn)空氣低溫等離子體處理?xiàng)l件對(duì)羊毛條的染色性能有很大影響，由實(shí)驗(yàn)確定出有利于羊毛條染色的最佳空氣低溫等離子體處理?xiàng)l件:真空度為65Pa，放電功率為150W，放電時(shí)間為3 min。

2.2 等離子體處理羊毛染色效果評(píng)定

按2.1確定的最優(yōu)等離子體處理?xiàng)l件處理羊毛條，選用3種蘭納素CE染料(紅、黑和藏青)，按1.3.2工藝，分別在80℃和98℃溫度下染色，并與未處理羊毛條的染色效果進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表1、2。

表1 處理羊毛條對(duì)不同種類(lèi)染料吸附上染效果的影響Tab.1 Effect of dyeing adsorption of treated-wool on Lanasol CE dyes %

從表1可看出，在80℃條件下，經(jīng)空氣低溫等離子體處理的羊毛條選用3種蘭納素CE染料染色，上染百分率和固色率遠(yuǎn)高于未處理羊毛條同溫度條件下染色的上染百分率和固色率，而且高于未處理羊毛98℃染色的效果。同時(shí)從表2可看出，無(wú)論是80℃染色，還是98℃染色，經(jīng)等離子體處理羊毛條的耐洗色牢度都優(yōu)于未處理羊毛條。由此證明空氣低溫等離子體處理的羊毛條更易于染料的吸附上染及向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，并有助于染料更好的固色，從而實(shí)現(xiàn)羊毛的低溫深濃染色，達(dá)到降低纖維損傷、提高染料利用率以及節(jié)能環(huán)保的目的。

表2 等離子體處理羊毛條耐洗色牢度Tab.2 Washing fastness of plasma-treated wool 級(jí)

3 結(jié)論

本文優(yōu)化出有利于改善羊毛條蘭納素CE染料(黑色)染色性能的最佳空氣低溫等離子體處理?xiàng)l件:真空度為65Pa，放電功率為150W，放電時(shí)間為3 min。結(jié)果表明:經(jīng)合適條件的空氣低溫等離子體處理的羊毛條能夠顯著改善蘭納素CE染料的染色性能，在80℃條件下染色，處理羊毛條的上染百分率達(dá)到97.98%，而未處理羊毛條的上染百分率僅為69.19%，且耐洗色牢度更佳。因此，低溫等離子體處理技術(shù)為實(shí)現(xiàn)羊毛纖維的清潔型節(jié)能深濃染色工藝提供了一條途徑。

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