低温等离子体改性聚合物膜的原理.doc

高分子材料低温等离子体改性的研究【摘要】： 高分子材料性能优异、用途广泛,但其应用范围和使用效应往往受到表面性质的制约。因此改善材料的表面性能,比如材料的粘合性能、高分子膜的印刷性、纤维的染色性能等,实现通用高分子材料的功能化是高分子材料研究的重要内容。 低温等离子体技术是一种“干化学”技术,既能改善高分子材料的表面性能,又不影响本体的性能,是高分子材料表面改性的一种有效手段。 本研究选择典型的疏水性高分子材料包括聚丙烯(PP)非织造布和聚四氟乙烯(PTFE)薄膜,利用常压和真空等离子体设备,研究了等离子体的工作气体、放电气压、处理电压、处理功率、放电频率、处理时间和气体流量等对表面改性的影响。对与工业化技术密切相关的样品处理的均匀性、处理效果的时效性等进行了详细研究,并进行等离子体引发接枝聚合研究。主要结论如下: 1、实验发现由于设备的放电形式、织物样品等固有特征,处理后样品的改性效果不均匀,利用经典的接触角方法表征PP非织造布的亲水性能得到的结果离散性大,接触角表征结果与随机取点相关,不适宜表征非织造布类样品的亲水性能。本论文通过实验确定了采用吸水率作为PP非织造布的亲水性能的表征方法,可以有效地对处理效果进行评价。 2、常压介质阻挡放电等离子体放电不稳定,难以实现材料表面的均匀处理,而且如果控制不当容易损伤样品。本文针对不同放电条件、不同样品放置方式等因素进行了一系列实验,总结出影响处理效果的关键条件,结果表明:采用惰性气体为工作气体、选用合适的处理强度、样品均匀布置于处理区域和保证放电区域的清洁有利于获得有效、稳定、避免样品受损的处理效果。 3、详细研究了决定等离子体性质的各种处理条件如工作气体、放电气压、处理电压、处理功率、放电频率、处理时间和气体流量等对材料表面改性的影响,利用衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)对材料表面的化学结构变化进行分析,采用吸水率、接触角和剥离强度等手段评价材料性能的改性效果。结果表明,不同工作气体对PP非织造布的亲水性和PTFE粘合性能的改善程度有一定的差异。另外,增强处理条件(电压、功率和时间)有利于增强改性效果,但随着处理条件的不断增强,改性效果不再改善,过强的处理条件甚至会对PP非织造布造成损伤。 4、时效性是指处理后的样品在放置过程中,处理效果随放置时间衰减的现象。研究不同等离子体改性效果的样品的时效性以及样品在不同放置环境下的时效性发现,较强改性效果的样品衰减较慢,高温环境可加速等离子体改性效果的衰减,样品经水浸泡后,其改性效果大幅度下降。同时,本文从时温等效性角度探讨等离子体的时效性机理,结果表明,等离子体处理的时效性与分子链段的运动有关。 5、探讨了等离子体引发接枝聚合及其对克服时效性的贡献:分别在PP非织造布和PTFE薄膜表面接枝丙烯酸或丙烯酰胺,采用ATR-FTIR和扫描电镜(SEM)分析证明已经接枝成功,同时利用称重法和热重分析方法进一步检验接枝结果并计算接枝率。经接枝处理,PP2非织造布的吸水率由接枝前的150%提高至213%,第二次测试吸水率时,未经接枝的样品下降到66%,而接枝后的样品经多次吸水率的测试43天以后仍为202%。仅等离子体处理的PTFE薄膜的接触角是76.5°,放置5天后回复至112°,而接枝丙烯酰胺后降低至34.5°,放置5天后不变。接枝样品可以解决等离子体处理的时效性问题,赋予样品永久的改性效果。本论文采用等离子体和阳离子改性剂处理棉织物,研究了不同预处理方式对涂料染色效果的影响,结合扫描（略）尔探针等技术,对预处理过程中的各种因素进行了探讨分析,讨论了涂料染色条件的影响,通过K/S值及色牢度等级表征染色效果,确定最佳工艺. 研究结果表明,阳离子（略）温等离子体处理均能提高涂料染色效果.阳离子改性的最佳工艺条件为:改性剂FK-316用量5%o.w.f.,处理温度75,处理时间30min.在此条件处理后,染色K/S值较高,干摩擦牢度、皂洗牢度达到5级,日晒牢度达8级,湿摩擦牢度及刷洗牢度等级达3级（略）等离子体处理的最佳工艺为:氧气等离子体,功率300W,压强30Pa,处理时间7min.此条件下,染色K/S值略低于阳离子改性处理,染色织物的各项色牢度及手感基本相当.常压等离子体处理的最佳工艺条件为:空（略）面处理,功率3000W,车速0.5m/min.在此条件下,涂料染色K/S值接近阳离子改性处理,染色织物的各项色牢度及手感基本相当.粒径较小的Imperon K系列涂料染色性能优于普通涂料,选用20g/（略）U在120焙烘3min后,染色织物的色牢度及手感较好.等离子体在涂料染色中的应用研究 求购下载入口更多英文题名Application of Plasma Technology in Pigment Dyeing作者中文名宋富佳学位授予北京服装学院学科专业纺织化学与染整工程所属分类工业技术 > 化学工业 > 涂料工业 > 一般性问题 > 基础理论学位年度2010年论文级别硕士论文关键词低温等离子体, 阳离子改性, 棉织物, 涂料染色, 粘合剂英文关键词low temperature plasma, cationic reactant, cotton fabric, pigment dyeing, binder求购下载起价3 学币    学币充值关注次数7·· 论文英文摘要本论文采用等离子体和阳离子改性剂处理棉织物,研究了不同预处理方式对涂料染色效果的影响,结合扫描电镜及朗格缪尔探针等技术,对预处理过程中的各种因素进行了探讨分析,讨论了涂料染色条件的影响,通过K/S值及色牢度等级表征染色效果,确定最佳工艺。研究结果表明,阳离子改性处理和低温等离子体处理均能提高涂料染色效果。阳离子改性的最佳工艺条件为:改性剂FK-316用量5%o.w.f.,处理温度75,处理时间30min。在此条件处理后,染色K/S值较高,干摩擦牢度、皂洗牢度达到5级,日晒牢度达8级,湿摩擦牢度及刷洗牢度等级达3级或以上。低压等离子体处理的最佳工艺为:氧气等离子体,功率300W,压强30Pa,处理时间7min。此条件下,染色K/S值略低于阳离子改性处理,染色织物的各项色牢度及手感基本相当。常压等离子体处理的最佳工艺条件为:空气等离子体双面处理,功率3000W,车速0.5m/min。在此条件下,涂料染色K/S值接近阳离子改性处理,染色织物的各项色牢度及手感基本相当。粒径较小的Imperon K系列涂料染色性能优于普通涂料,选用20g/L的粘合剂PU在120焙烘3min后,染色织物的色牢.低温等离子体技术在纺织品染色中的应用标签：三防  拒水拒油拒  防水剂  时间：2009-02-14 23:22:30  点击：1404  回帖：0上一篇：活性印花英语下一篇：壳聚糖在印染工业中的应用低温等离子体技术在纺织品染色中的应用                                         展义臻朱平赵雪董朝红                               (青岛大学化学化工与环境学院,山东青岛266071)         摘要:等离子体处理技术能明显提高处理后织物的染色性能。本文主要简述了等离子体技术的概念、提高纺织品的染色性能的处理方法、原理及其在各种纤维上的应用。从长远看,等离子体处理在纺织品染色中具有广泛的应用潜力。        关键词:等离子体;纺织品;染色性能        中图分类号:TQ193·8文献标识码:A文章编号:1672-1179(2007)04-031-6        传统染色以水为介质,染色时间较长,染色温度较高,耗能大,对纤维的损伤大。一般染色结束后,染色残液中染料未吸尽,或染色织物在后处理中洗下的浮色,都会造成严重的水污染。近年来,等离子体技术作为一种清洁、简便、快速、节能的干态加工方式,在天然和化学纤维改性中得到广泛的应用,逐渐引起人们的重视,低温等离子体中的高能活性粒子与纤维表面作用,发生表面处理、接枝聚合等反应,改变了纤维表面的物理形态和化学组成,从而改善了纤维的染色性能。        等离子体是指一种全部或部分被电离的气体,气态物质在热、电等能量的作用下产生不同程度的分子及电子的分离,形成带负电荷的电子和带正电荷的离子等,这种包含原子、分子、电子、离子、光子、各种亚稳态和激发态粒子的混合气体即为等离子体。等离子体大体上分为高温等离子体(平衡等离体)和低温等离子体(非平衡等离子体)。当电子温度(Te)很高(104105K),气体温度(Tg)近于常温,Te远大于Tg,等离子体处于热的不平衡状态,称之为低温等离子体,纺织染整加工主要应用电晕放电和辉光放电产生的低温等离子体。       低温等离子体用于染色加工有以下途径:利用低温等离子体的高反应性,在纤维表面引入亲水基团(如-OH、-SO3H、-COOH)和对染料具有亲和性的基团(如-NH2);利用低温等离子体的高活性,在纤维表面生成自由基,从而引发单体在纤维表面接枝聚合,使纤维表面接枝上与染料具有亲和性的基团(如丙烯酸类单体);利用低温等离子体表面处理的刻蚀作用,使纺织品表面粗糙化,减少对光的表面反射,增加对染料的吸收,提高染色织物的表观深度和染色浓度。1等离子体处理棉织物染色        棉纤维上含有许多极性的羟基,是一种亲水性纤维,染色性能良好。然而等离子体处理后可通过对棉纤维的刻蚀和纤维表面改性,提高纤维表观深度(K/S)和染料的上染百分率。氧气在常用的几种低温等离子体改性气体中(如N2、Ar等)刻蚀效果是最强的,未处理棉织物表面相对光滑,处理1分钟后表面开始出现凹槽, 5分钟后凹槽和凹坑已经非常明显,而处理10分钟后的纤维表面已经成蜂窝状。经过刻蚀后,织物比表面积的增加引起了织物亲水性和染料透染性的增加,这点对分子结构相对小的活性染料的影响尤为明显。        氧气等离子体处理对棉纤维染色性能的影响主要体现在:氧气低温等离子体刻蚀作用引起的织物比表面积的增加,比表面积的增加有利于染料在纤维中的扩散;氧气低温等离子体处理后羧基等亲水性基团的引入,提高了纤维的润湿性,加快了染料向纤维表面吸附及向纤维内部扩散;等离子体的刻蚀作用使纤维表面粗糙化,提高了增深效应。但是需要注意的是等离子体的处理产生的刻蚀作用同样会破坏棉织物表面羟基,羟基的损失将不利于染料活性基团与纤维反应,降低棉织物表观染色深度( K/S)和总固色率;而且处理时间较长会引起纤维表面发生交联,同时降低上染速率和平衡上染百分率。        只有选择合适的处理工艺,氧气低温等离子体对棉织物的刻蚀作用以及一些含氧亲水基团的引入才能有利于染色的进行,与棉织物表面反应的气体活性粒子数量和能量也才能有一个良好的配比。例如处理过程中对氧气气压的选择:气压过高,反应腔中的气体分子多,飞行中的电子能量将被损耗多,达到被处理物表面的电子能量较低,改性效果差;而气压过低,反应腔中的气体分子少,在等离子体中和被处理物表面反应的气体活性粒子少,改性效果也会差。而且适当的处理工艺可使纤维表面形成众多凹槽,这些凹槽增加了纤维相互间的摩擦力,增大了织物的断裂强力,但这种增大作用是有一定限度的,当刻蚀超过一定程度时,纤维损伤过度,织物整体的断裂拉伸强力随之也会出现下降趋势。2等离子体处理麻织物染色        麻织物如亚麻、苎麻具有透气、凉爽、舒适等优良性能,深受广大消费者的喜爱。但麻类织物结晶度、取向度高,使得染料难以渗透和扩散,染色性能较差,不易染成深色,在某种程度上制约了亚麻在服用和装饰用高档面料上的应用。以往改善亚麻染色性能多采用阳离子化学改性法、化学接枝法、稀土法、涂料法、添加增深助剂等方法,这些方法可在一定程度上改善亚麻织物的染色性能。但存在成本高、耗水、耗能、污染环境等弊端并破坏了纤维自身性能,综合效果不理想。2·1等离子体表面处理        氧等离子处理麻织物使织物表面刻蚀、失重,粗糙度增加,纤维表面的微凹坑和裂纹增大了纤维的表面积,增加了对水的吸附性,提高了织物的毛细管效应,改善了润湿性。因为用氧等离子处理麻织物,纤维表面渗入氧原子,产生自由基,在空气中表面自由基引起氧发生反应,引入羟基、羰基、过氧基等一类亲水性基团,所以提高了织物的亲水性能。并且处理功率越大,引发的高速粒子数量越多,能量也越大,对纤维表面轰击和刻蚀作用加重,使麻纤维表面结晶度有所下降,从而润湿性得到提高,有利于织物染着浓度的改善。毛细效应随处理时间延长有一最大值,继续延长处理时间毛细效应变化不明显。纤维表面刻蚀粗糙化及润湿性的改善对纤维的上染百分率及深染性有影响。织物上染百分率的增加和织物润湿性的改善直接有关,润湿性越好,越有利于染料向纤维内渗透、扩散,从而提高上染百分率。等离子体的高能粒子对苎麻纤维表面的轰击和刻蚀作用增大,使纤维表面粗糙度加大,而纤维表面粗糙化增加了入射光在纤维表面的反复反射和吸收,其结果是提高了纤维对入射光的总吸收,从而产生表观的深色效应。等离子体处理有利于改善麻类织物用直接染料染色的耐洗和耐摩擦牢度,可代替固色剂Y固色处理,减少化学品消耗。         需要注意的是低温等离子体处理时间过长,会使纤维表面过度氧化,形成较多的羧基,增大纤维表面所带负电性,导致纤维与阴离子染料之间的静电斥力增加,降低染料与纤维的亲和力;同时会造成纤维无定型区刻蚀程度加深,纤维结晶度增大,使纤维上染百分率下降。对经树脂或柔软剂整理后的麻织物,经等离子体处理,纤维表面被刻蚀,可使纤维与整理剂进一步反应,在纤维表面形成一层更牢固的粗糙膜,大大降低纤维表面对光的反射率,提高织物的深染性。2·2等离子体接枝聚合        将脱胶的亚麻织物在一定浓度的丙烯酰胺水溶液中浸渍,然后恒温干燥一定时间,再经氩低温等离子体处理。由于等离子体产生的活性粒子具有很高的能量,撞击纤维表面,在纤维上产生活性点,形成自由基,从而引发单体在织物表面接枝聚合。亚麻试样活性染料染色后的上染率为29·7%,经等离子体引发接枝后的亚麻试样活性染料上染率可达57·8%。接枝不但提高了活性染料的上染率,而且在纤维表面引入了与染料发生作用的基团,提高了活性染料和亚麻织物之间的结合力(氢键或范德华力),接枝后活性染料的染色牢度有了很好的改善。麻织物接枝后,在表面引入了丙烯酸支链,由于羧基的吸电子效应,接枝位置上的碳原子的正电性加强,从而使活性染料上的-SO-3容易向亚麻试样靠近而增加了纤维对活性染料的吸附。活性染料在纤维上的可及度增大,纤维和活性染料能够很好地发生共价键结合;同时也有利于活性染料向纤维内芯扩散,使上染率提高。表面接入较多的羧基在水中电离为负离子也可和活性基团发生共价键结合,同时降低了染料水解的程度,使上染率得到提高。纤维大分子上引进的酰胺基团越多,接枝聚合物的数量就越多,接枝效果就越好。        等离子体对亚麻的作用有两个方面:一是使亚麻分子上的键断裂,形成表面自由基;二是对亚麻表面分子产生刻蚀作用,连同形成的表面自由基,这类似于“逐层剥离效应”。在照射初期,最外层分子因断键而生成自由基的速度大于表面刻蚀作用,此时自由基数量随反应时间的增加而增加,在反应后期刻蚀速度大于自由基的生成速率,因此随时间增加自由基数量减少,从而含氮量出现极值,所以等离子体的处理时间必须控制好,处理时间过长会破坏麻纤维的无定型区,使上染百分率下降。3等离子体处理羊毛织物染色        羊毛表面结构复杂,表面有鳞片覆盖,呈疏水性质,染液不易润湿,阻碍了染料的吸附和扩散而难以上染。特别是一些亲和力不高的染料,残液中染料浓度含量高,污水处理较难。因此,羊毛染色一般采用较高温度,染色时间也较长,造成染色时能耗高,对纤维损伤大,尤其在羊毛等电点之外染色时,羊毛纤维损伤更大,手感粗糙,色泽泛黄。目前较常用的几种羊毛低温染色方法,有甲酸法、尿素法、溶剂法、前处理法和表面活性剂法等,虽有一定成效,但均有成本高、污染严重等弊端。         低温等离子体处理技术以其清洁、快速和对羊毛损伤少而倍受关注。采用低温等离子体技术处理羊毛,能使羊毛纤维表层的大分子链断裂,形成离子或自由基,提高纤维表面亲水性,从而改善羊毛染色性能。等离子体处理只作用于羊毛纤维表面极浅的一层,约3050 nm,从而使纤维原有的优点几乎不变。低温等离子体处理羊毛,改变了羊毛表面的化学组分,在羊毛表面形成的刻蚀效应增加了极性基团;同时羊毛表面形成的刻蚀效应破坏了鳞片层胱氨酸中二硫键,使其断裂形成磺基丙氨酸或氧化后形成硫代磺酸盐,提高了羊毛纤维表面的亲水性和极性,改善了润湿性,提高了染料对纤维的亲和力;由于破坏鳞片层胱氨酸中二硫键,致使羊毛染色壁障被破坏,使染料分子容易进入纤维内部。使染色时的渗透性增强,并且容易吸附染料,因此初染温度降低,染色速率提高。另外,等离子体的物理破坏作用(表面刻蚀)使鳞片变软,染色时纤维容易润湿和溶胀,染料分子容易吸附在纤维表面,并扩散进入纤维内部,使上染速率明显提高,平衡上染时间大大缩短5,同样对处理样颜色光泽起到增深作用。因此,低温等离子体处理可改善羊毛的染色性能,表现在羊毛的初始上染速率提高,固色率增加,但平衡上染率变化不大。        由于羊毛纤维表面鳞片层的阻碍,当染色温度由90降到70时,鳞片层的软化和张角的增大需要更长的时间,同时染料的吸附和扩散能力都有所减弱,所以羊毛织物上染速率明显降低,平衡上染时间大大延长,平衡上染率也有所下降。经常压氦气/空气等离子体处理后的羊毛机织物,其纤维表面的鳞片层遭到破坏,同时由于纤维表面形成较多的亲水性基团,加上刻蚀而形成更多的孔道,使染料分子较容易吸附并扩散进入纤维内部,与纤维分子上的氨基发生反应而固着。因此,低温等离子体处理后,羊毛即使在70温度下染色,也能有较快的上染速率,平衡上染时间也大大缩短,平衡上染率比未经等离子体处理的羊毛略高,固色率大幅度提高,颜色也更加鲜艳。        经处理的羊毛织物表观色深(K/S值)明显增大。低温等离子体处理后的羊毛织物表面碳-氧键大大增多,这样就增加了可以与染料分子发生结合的染座,提高纤维对染料的化学亲和力,从而使上染率增大,使得羊毛织物的K/S值增大,可使羊毛织物的染色牢度提高1·5级;由于低温等离子体处理后的羊毛纤维表面粗糙化,这使得羊毛织物表面对光的全反射降低,而漫反射增加,产生深色效应,也使得羊毛织物表观色深增大。4等离子体处理兔毛织物染色        兔毛纤维表面过于光滑,纤维间抱合力差,难以纺纱加工。因此,对兔毛纤维的染色性能也产生了一定的影响。为了改善兔毛纤维的表面性能,以提高其染色性,国内外大都采用过氧化物、硝酸或含汞化合物等化学制剂对兔毛纤维进行处理,但都存在着工艺复杂及“三废”严重等缺点,且处理后纤维的化学与物理性能损伤较严重,故实际使用效果并不理想。低温等离子体处理纺织材料,可改变纤维表面化学结构和形态,并使其染色性能也发生相应的变化6。        低温等离子体处理过的兔毛纤维上染百分率比未处理过的明显增加,且在一定范围内,上染百分率随着低温等离子体处理时间的增加而提高。但当上染百分率增加到一定数值时,其不再增加,略有下降。这说明兔毛纤维经一定时间低温等离子体处理后,表面形态已得到了改变,上染百分率逐步达到最大,此时再增加时间,上染率已无大的变化。经低温等离子体处理后,兔毛纤维初染速率、平衡上染百分率都高于未处理的兔毛纤维。这是由于经低温等离子体处理后的兔毛纤维,受到高能活化粒子的作用,改变了纤维表面的物理形态及化学组成,增大了染料与纤维之间的作用力,有利于染料的吸附,提高了染料的上染率;同时经低温等离子体处理后,在兔毛纤维表面又引入了更多的亲水性基团,提高了纤维的吸附性,从而有利于染料向纤维内扩散。根据菲克定律,提高染浴与纤维表面的染料浓度梯度和染料向纤维内扩散的系数,就能提高染色速率,缩短染色时间,提高上染百分率。在温度为40和60染色时,未处理过的兔毛纤维上染率很低,特别是40,平衡上染百分率仅为6%;而经低温等离子体处理后的兔毛纤维在此条件下染色,上染百分率明显高于未处理的纤维。这说明经低温等离子体处理后,由于兔毛纤维表面化学结构的改性,使之在较低温度染色时也有一定的上染率,这样就提高了兔毛纤维的实用性。5等离子体处理蚕丝织物染色         由于等离子的轰击,对真丝纤维的刻蚀作用,使得它的表面变得粗糙,从而提高了毛效,最终改善了真丝织物的染色性能,显著提高了活性染料对其上染的百分率;通常均选用酸性染料对真丝织物进行染色,其皂洗和日晒牢度均不够理想。活性染料用于真丝织物的染色具有极好的染色牢度,而且活性染料色谱齐全,颜色鲜艳,且能满足真丝织物对鲜艳度的要求;但是美中不足的是活性染料的上染百分率明显不及酸性染料,然而经改性后的真丝绸用活性染料上染,情形就大为改观。用一氯均三嗪类活性染料,NaHCO3作固着剂进行染色时,上染百分率有着显著的提高,摩擦牢度也有所提升。6等离子体处理涤纶织物染色        涤纶结构紧密、结晶度高、取向度高、分子中缺少吸附离子染料的极性基团,吸湿性差,故较难染色,需要在高温高压、热熔或加载体的条件下用分散染料染色,耗能大,污染严重。尤其是超细涤纶,比表面积大,对光的反射率高,难染深浓色。涤纶织物经等离子体进行表面处理、织物表面接枝聚合、通过表面刻蚀,减少表面反射以改善染色性能及深色性。6·1低温等离子体表面处理6·1·1低温等离子体处理涤纶分散染料染色        经等离子体处理后的涤纶织物,染色后的色牢度非常理想,干摩擦牢度均达到5级,湿摩擦牢度基本上也能达到5级,并没有因为上染率的提高而降低。经低温等离子体处理的织物其上染速度加快,平衡上染百分率提高。未经处理的织物,经不同类型的分散染料染色后,K/S值差异不大;但经低温等离子体处理后,织物经不同类型的分散染料染色后的K/S值差异较大,说明不同性质的相同颜色染料对低温等离子体处理响应存在差异。高温型分散染料染色的织物与等离子体处理程度相关性最大;中温型分散染料其次;低温型分散染料受影响最小。经低温等离子体处理后的织物表面会产生凹凸不平的花纹,使表面粗糙化,这使得涤纶织物表面对光的全反射降低,而漫反射增强。因此,经低温等离子体处理后的各色织物均产生深色效应,但不同颜色织物产生的程度不一样。6·1·2低温等离子体处理涤纶阳离子染料染色        低温等离子体处理会在纤维表面形成不饱和键,并在纤维表面引入羧基、羰基等极性基团,从而显著影响纤维表面带电性,相应的提高了涤纶对阳离子染料的可染性。经O2和CF4低温等离子体处理,随着放电功率增大,处理时间延长,等离子体处理涤纶对阳离子染料染色深度K/S值增大,而且处理气体种类对染色深度影响显著。水洗后色光几乎不变,染料与纤维形成了牢固的键合。6·1·3低温等离子体处理涤纶酸性染料染色        等离子体处理可在纤维表面引入某些新的基团,增大涤纶与酸性染料之间的亲和力。涤纶织物经SO2+O2等离子体处理,可在涤纶表面引入含氧和氧-硫官能团,随着等离子体处理时间的延长,纤维表面官能团密度增加,纤维表面的亲水性基团增加,提高了涤纶的亲水性,增大了涤纶与水溶性染料的亲和力,改善其染色性。但处理时间过长,涤纶的结晶度会增加,可能是处理过程中纤维吸收能量和无定型区被刻蚀共同作用的结果。6·2低温等离子体接枝聚合        等离子体表面处理效果会随放置时间有所衰退,等离子体引发接枝聚合,在纤维表面引入更多能与染料结合的基团,增大染料与纤维之间的亲和力,提高染色性9。等离子体引发接枝聚合的方法大致有以下四种: (1)低温等离子体表面处理后的试样,隔绝空气,直接与气相单体反应,成为气相-气相接枝处理。(2)经低温等离子体表面处理后的试样,置于空气中,使纤维表面自由基与氧发生反应生成过氧化物活性基,然后与液相或溶液状单体反应,按氧化接枝聚合反应历程引发接枝聚合,成为气相-常压液相接枝处理。(3)经低温等离子体处理后的试样,隔绝空气,直接与液相或溶液状单体反应,成为气相-脱气液相接枝处理。(4)将低挥发性单体浸渍或浸轧到纤维上,再经低温等离子体处理,引发单体在纤维上接枝聚合,又称为预处理接枝聚合。经氩等离子体引发丙烯酸在涤纶表面接枝聚合,提高了碱性染料染涤纶的染色性能,上染百分率提高,染色深度增加,毛细管效应增大,而染色牢度不降低。7等离子体处理锦纶织物染色        锦纶织物经空气等离子体处理后纤维表面出现凹凸不平的微坑,增加了纤维表面的粗糙度。处理后纤维表面的碳元素含量明显下降,而氧和氮元素含量增加,这是由于等离子射流中的活性物质将空气中的氧和氮元素氧化,并引入到纤维表面,增加了纤维表面的极性基团数,提高表面极性,有助于染料的吸附和固着。        等离子体处理可增加染料在纤维中的扩散速度,提高纤维的饱和染料吸收率,即等离子射流处理能改善纤维的染色性能。这可以从纤维染色的吸附和扩散过程来解释:一方面,等离子射流处理使光滑的纤维表面粗糙度增加,提高了纤维表面的吸湿性,有利于纤维表面对染料分子的吸附,提高染料的扩散速度;另一方面,等离子射流处理过程中,空气中的氮和氧元素以羟基、羧基和氨基等形式被引入到纤维表面,增加了纤维表面的电负性,有助于染料分子向纤维中心扩散并固着在纤维内部,从而提高了上染率。        等离子射流处理对尼龙纤维表面有一定的刻蚀作用;可增加纤维表面-OH, -COOH, -NH2等几种极性基团的含量,增加纤维润湿性,加快染料的扩散速度,增加染色深度,在一定程度上改善了纤维的染色性能。常压等离子体处理后纤维几乎无损伤,这是由于等离子体处理仅对纤维表层部分改性,不影响高聚物整体性质,纤维的取向和结晶没有发生变化,因此纤维的力学性能也不会发生变化。8等离子体处理丙纶织物染色        丙纶密度低,强度高,耐酸碱性比较好,而且不刺激皮肤,有良好的隔热性,所以在运动服装、产业用纺织品等方面得到了广泛的应用,但是丙纶大分子规整性好,分子结晶度高,染色性差。经(N2+He+H2)混合气体处理后,在丙纶表面引入了含氮极性基团,提供了酸性染料的活性染座,形成了染料与纤维的化学键合。等离子体处理的丙纶织物对阴离子酸性染料的染色性能明显提高。随着等离子体处理时间的延长,染色性会获得一极大值。由于等离子体改性主要发生在纤维表面,染料仍然不易向结晶度高的丙纶纤维内部扩散,因此为了进一步改善丙纶织物的染色性能,也可以通过等离子体接枝聚合,在丙纶内部引入能与染料结合的基团,增大染料与纤维之间的结合力11。         如通过丙烯腈低温等离子体在丙纶织物表面接枝聚合,丙烯腈会发生脱氢现象, -CN基团消失,=C=N-和=C=C=也发生分子内部重排现象,而且这种现象随着等离子体处理时间的延长,放电功率的增大而增大,接枝率也提高。同时,等离子体接枝聚合时,丙纶表面发生强烈的氧化反应,纤维表面=C=O等含氧基团增加,从而提高织物的吸湿性和改善织物的染色性能。9等离子体处理大豆纤维染色         大豆蛋白纤维属于再生植物蛋白纤维,是采用化学、生物化学的方法从榨掉油脂的大豆豆渣中提取球状蛋白质,通过添加功能性助剂,改变蛋白质空间结构,经湿法纺丝而成。该纤维单丝细度细(0·851·0 tex和1·11·5 dtex),比重小,强伸度较高、耐酸碱性较好,手感柔软,具有羊绒般的手感、蚕丝般的柔和光泽、棉纤维的吸湿和导湿性及穿着的舒适性和羊毛的保暖性。大豆纤维经低温等离子体处理后,其初染速率、平衡上染百分率都高于未处理的大豆纤维。这是由于经低温等离子体处理后的大豆纤维,受到高能活化粒子的作用,改变了纤维表面的物理形态及化学组成,增大了染料与纤维之间的作用力,有利于染料的吸附,提高了染料的上染率;同时经低温等离子体处理后,在大豆纤维表面又引入了更多的亲水性基团,提高了纤维的吸附性,从而有利于染料向纤维内扩散。在温度为60染色时,未处理过的大豆纤维上染率很低,而经低温等离子体处理后的大豆纤维,在此条件下染色,上染百分率明显高于未处理的。这说明经低温等离子体处理后,大豆纤维表面化学结构的改性使之在较低温度染色时也有一定的上染率,从而提高了大豆纤维的实用性12。经低温等离子体处理后,随大豆纤维放置时间的延长,虽会使上染百分率有所下降,但降低的幅度不大,仍具有良好的染色性能。10牦牛毛改性染色         牦牛毛是结构复杂的天然纤维之一,表面有鳞片覆盖,使牦牛毛表面呈现疏水性质,由于纤维粗长,硬挺且直,表面光滑,卷曲少,抱合力极差,因而不能纺纱,长期以来只作为毡制品、绳索等低档产品的原料。采用低温等离子体技术处理天然毛纤维,能够使纤维表层的大分子链断裂形成离子或自由基,提高纤维表面亲水性能,从而改善毛纤维染色性。        牦牛毛纤维表面经过等离子体处理可以刻蚀掉其表面致密的鳞片层。牦牛毛表面覆盖着较硬的角质层即鳞片层,由于鳞片夹角较小,紧贴于毛干上,比较紧密。牦牛毛经过低温等离子体处理后,其纤维表面受到高能活化粒子的作用,改变了纤维表面的物理形态及化学组成,这样牦牛毛表面致密的鳞片层被刻蚀剥落一部分,纤维表面出现一些凹坑,变得凹凸不平13。        等离子体表面改性处理过程中存在着2种主要作用:一是对材料的氧化作用;二是对材料表面的刻蚀作用。经过低温等离子体处理后的牦牛毛纤维受到高能活化粒子的作用,改变了纤维表面的物理形态及化学组成,增大了染料与纤维之间的作用力,有利于染料的吸附,提高了染料的上染率。同时在牦牛毛纤维表面引入一些亲水性基团,提高了牦牛毛纤维的吸附性,有利于染料向纤维内扩散。在温度为50染色时,未处理过的牦牛毛纤维上染率很低,平均上染率仅为55%;而经低温等离子体处理后的牦牛毛纤维在此条件下染色,上染率达到60%左右,明显高于未处理的纤维。这说明经低温等离子体处理后,由于牦牛毛纤维表面化学结构的改性,使之在较低温度染色时也有一定的上染率,这样就提高了牦牛毛纤维的实用性。        氧气等离子体处理后,牦牛毛纤维的上染率提高的更为明显。这是由于在氧气等离子体中氧离子的浓度大于空气等离子体中的氧离子浓度,因而能够引入更多含氧极性基(-COOH、-OH),因此前者更有利于提高牦牛毛纤维的吸附性,有利于染料向纤维内扩散。因此,牦牛毛纤维经等离子体处理后能够提高其染色速率和上染率,并且氧气等离子体的改性效果好一些。11结语        等离子体作为一种清洁、节水、节能、处理均匀的工艺,在纺织品方面的应用已有相当多的研究成果。实际生产中可根据材料的结构性能,选择合适的等离子体表面处理和接枝技术,增大染料与纤维之间的结合力,改善织物的染色性能。同时等离子体的刻蚀作用,对染色织物具有一定的增深效果。因此,等离子体处理在纺织品染色中具有广泛的应用前景,尤其在改善纤维染色性能方面具有实用价值。牛仔布微波与等离子联合涂料染色装置专利号：200910176876牛仔布微波与等离子联合涂料染色装置，涉及牛仔布的染整装置。由微波支架板、等离子吊板、等离子底板、等离子上板、微波发生头、等离子支撑板、等离子发生器控制器、微波控制器、脉冲发生器、布面张力传感器、涂料刮刀、挡板、托布板、涂料添加槽、牛仔布布面、步进电机驱动器、变频器、布速控制用变频电机、涂料刮刀上下位置调节用步进电机、挡板位置调节用步进电机、可编程控制器、及保护罩触摸屏等组成；微波支架板一侧安装有托布板和涂料添加槽，微波支架板上安装有等离子支撑板、等离子吊板、常压低温冷等离子体发生器以及保护罩。本发明实现低能耗、无污染、高性能、全自动等特点，可有效提高染色率和染色度，防止牛仔布褪色、掉色。该专利技术受知识产权法保护，仅供研究，查阅专利是否侵权等。如果您需要商用，请联系专利权人支付专利许可费用。低温等离子体改性蚕丝织物涂料染色                       张广知，黄小华，迟二燕    (安徽工程大学安徽省纺织面料重点实验室，安徽芜湖241000)    摘要：采用低温等离子体处理蚕丝织物，以改善蚕丝织物涂料染色性能。通过测定K/S值、摩擦牢度、耐洗牢度、柔软度，结合扫描电镜表征纤维表面形态，研究低温等离子体处理对蚕丝织物涂料染色性能的影响，并确定最佳工艺条件。低温等离子体处理能有效改善涂料染色效果，最佳处理工艺条件为:功率150 W，时间5 min，真空度10 Pa。低温等离子体改性提高了蚕丝织物涂料染色的深度，各项牢度均有所提高，最佳工艺条件为:涂料50 g/L，黏合剂80 g/L，焙烘温度120，焙烘时间3 min。    关键词：蚕丝织物;等离子体;改性;涂料染色    中图分类号:TS 193.8文献标志码:A    文章编号:0253-9721(2012)04-0082-05蚕丝外观光亮，手感柔软，深受消费者喜爱。涂料染色拼色容易，操作方便，可用于各类纺织纤维染色，引起印染工作者普遍关注，但也存在着染色匀染性差，染色牢度低(尤其湿摩擦牢度)，染深色困难等缺点1。在当今倡导清洁生产、节约资源的形势下，低温等离子体处理技术以其无需化学品、无需耗用大量水和能源、无需进行高成本废水处理和对环境友好的优势，在纺织工业中具有广阔的应用前景和市场。低温等离子体技术作为纤维改性的一种新方法，在纺织印染行业得到了广泛研究2。张春明等34采用等离子体对织物改性处理，研究了改性处理后织物涂料喷墨印花的效果，结果表明，等离子体改性处理可提高涂料对织物的着色性能。    本文采用低温等离子体对蚕丝织物进行改性处理，然后采用涂料进行轧染，研究织物经低温等离子体改性处理后的涂料染色性能，分析轧染工艺及不同种类黏合剂对涂料染色效果的影响，所开发的低温等离子体改性蚕丝织物的各项牢度和手感符合涂料轧染工艺的要求。    1·实验部分    1.1实验材料和仪器    织物:蚕丝双绉。药品:印地素红(涂料);黏合剂DF;黏合剂AH-101;黏合剂UF-120;特软黏合剂(芜湖中天印染公司)，润湿剂JFC(工业品)。    HD-101B冷氧等离子处理器(山东纺织科学研究院);PAD-轧染机(台湾瑞比公司);JMU针板拉幅热定型机(北京纺织机械器材研究所);S-4800扫描电子显微镜(日本日立公司)，X-rite 8400分光测色仪(韩国);Y571B摩擦色牢度仪(南通宏大实验仪器有限公司);YG(B)022D型自动织物硬挺度试验仪(温州大荣纺织仪器有限公司)。    1.2实验方法    1.2.1等离子体改性工艺及表面形态表征    在HD-1冷等离子体设备上对蚕丝织物进行改性处理5，功率为150 W，真空度为10 Pa，时间为5 min，介质为氮气。然后采用扫描电镜观察蚕丝纤维表面形态结构。    1.2.2涂料染色工艺    涂料染色工艺6:二浸二轧(涂料质量浓度为50 g/L，黏合剂质量浓度为20120 g/L，浴比为201，JFC质量浓度为2 g/L)预烘(低温烘干)焙烘(100140/15 min)    1.2.3表观深度K/S值测试    用Xrite测色仪在CIELab测色系统下，D65光源，10°视角，测试织物K/S值，测量5个点取平均值。K/S值越大，表示染色深度越深。    1.2.4染色织