等離子體處理羊毛條的蘭納素CE染料低溫染色

蒲亞寧，王雪燕，李世朋

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

在羊毛染色產品中，深濃色產品占很大比重。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，鉻污染嚴重和纖維損傷大等問題，這與綠色環保的理念相違背［1］，因此，尋找環保型染料，開發環境友好型染色新技術及能染出深濃色產品成為目前研究的熱點課題。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外，還具有更好的勻染性和色調重現性，因此蘭納素CE能滿足人們對生態環保的要求，它是一類有較好應用前景的環保型染料［2－4］。

低溫等離子體是一種干態物理處理技術，其具有對處理材料損傷小，處理速度快和環保的特點，因而受到了人們的重視［5－6］。等離子體產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程度降低，羊毛表面含氧和含氮的極性基團增加，羊毛的潤濕性能提高，進而提高了染料對纖維的吸附能力及降低染料向纖維內部擴散的空間阻力，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蘭納素CE染料低溫染色性能的影響，以期實現羊毛條的節能清潔型深濃染色。

1 實驗部分

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)為工業品，亨斯曼公司提供;無水碳酸鈉和冰醋酸等化學試劑均為分析純。

1.2 實驗儀器

HS型高溫程控染樣機(南通宏大實驗儀器有限公司)，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型光柵可見分光光度計(天津市普瑞斯儀器有限公司)。

1.3 實驗方法

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，通過改變真空度、放電時間和放電功率對羊毛條進行處理［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，無水碳酸鈉1.5 g/L，浴比30∶1。

染色工藝過程: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 上染百分率測定

用722型光柵分光光度計分別測定染色前、后染液在其最大吸收波長(λmax)處的吸光度，按式(1)［10］計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測定

采用SF－300型思維士電腦測色儀，在10°視野和D65光源條件下，測定試樣皂洗前后的K/S值，按式(2)計算固色效率 Ef，再按式(3)計算固色率 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 耐皂洗色牢度測試

按照GB/T 3921.3—2008《紡織品色牢度試驗耐洗色牢度》的測試方法，然后采用 GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗評定變色用灰色樣卡》和GB/T 251—2008《紡織品色牢度試驗評定沾色用灰色樣卡》分別評定染色羊毛條的變色、沾色牢度等級。

2 結果與討論

2.1 等離子體處理對羊毛條上染的影響

2.1.1 放電時間對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，改變放電時間對羊毛條進行等離子體處理，然后按1.3.2工藝，選擇蘭納素CE黑染料進行染色，并測定上染百分率和固色率，結果見圖1。

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

2.1.2 真空度對羊毛條上染性能的影響

按1.3.1工藝，固定放電時間為3 min，放電功率為100W，改變真空度對羊毛條進行等離子體處理，然后按1.3.2工藝，選擇蘭納素黑色染料進行染色，并測定上染百分率和固色率，結果見圖2。

圖2 真空度對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，上染百分率和固色率基本達到最大，繼續增大放電真空度，上染百分率和固色率都趨于穩定。這是因為當真空度很小時，雖然高能粒子碰撞損失能量小，粒子能量高，但反應器內的高能粒子數量很少，對羊毛纖維的改性效果不明顯;隨著真空度增大，反應器內的高能粒子數量增多，對于羊毛纖維表面刻蝕作用和化學改性作用增大，進而有利于染料向纖維表面吸附及向纖維內部擴散，提高上染百分率和固色率。但當真空度大于65Pa時，雖然反應器內的粒子數量增多，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有繼續增大，故確定最佳真空度為65Pa。

2.1.3 放電功率對羊毛條上染性能的影響

按1.3.1工藝，固定放電時間為3 min，真空度為65Pa，改變放電功率對羊毛條進行等離子體處理，然后按1.3.2工藝選擇蘭納素黑色染料進行染色，并測定上染百分率和固色率，結果見圖3。

圖3 放電功率對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，當功率為150W時，固色率達到最大，同時上染百分率也基本達到穩定。這是因為:放電功率直接影響等離子體反應腔中活性粒子的能量大小和分布。在固定放電時間和真空度的情況下，反應腔內粒子數不變，隨著處理功率的增大，單個粒子的能量增大，對羊毛纖維的物理刻蝕作用和化學改性效果增強，使羊毛纖維表面粗糙度和潤濕性提高，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，纖維損傷會增大，且耗能增大，故確定最佳放電功率為150W。

可見空氣低溫等離子體處理條件對羊毛條的染色性能有很大影響，由實驗確定出有利于羊毛條染色的最佳空氣低溫等離子體處理條件:真空度為65Pa，放電功率為150W，放電時間為3 min。

2.2 等離子體處理羊毛染色效果評定

按2.1確定的最優等離子體處理條件處理羊毛條，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行比較，結果見表1、2。

表1 處理羊毛條對不同種類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。同時從表2可看出，無論是80℃染色，還是98℃染色，經等離子體處理羊毛條的耐洗色牢度都優于未處理羊毛條。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部擴散，并有助于染料更好的固色，從而實現羊毛的低溫深濃染色，達到降低纖維損傷、提高染料利用率以及節能環保的目的。

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

3 結論

本文優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條件:真空度為65Pa，放電功率為150W，放電時間為3 min。結果表明:經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為實現羊毛纖維的清潔型節能深濃染色工藝提供了一條途徑。

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