低溫等離子體-殼聚糖在滌綸織物噴墨印花中的應用

王 生,楊曉紅

(1.江蘇工程職業技術學院,江蘇 南通 226007;2.江蘇先進紡織工程技術中心,江蘇 南通 226007)

數碼印花具有傳統印花無法比擬的優勢,近年來得到了飛速發展。雖然滌綸轉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,生產環節染料升華產生大量廢氣,造成環境污染,轉印時設備壓力造成面料風格的變化、產品檔次不高等因素影響了其未來的發展。滌綸的直接噴墨印花成為數碼印花發展的主流,尤其是對于小批量精細化高檔服裝面料的生產,具有重要的現實意義和廣闊的應用前景。目前滌綸面料直接噴印存在分散墨水質量不穩定、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碼直接噴墨印花質量一直是科技工作者研究的熱點問題。已有相關學者研究利用殼聚糖預處理滌綸織物,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較少,不利于殼聚糖整理液的結合[1]。在殼聚糖整理滌綸纖維前,往往需要進行預處理,對滌綸織物先進行改性處理,為后續的殼聚糖處理提供條件。近年來,利用等離子體技術對滌綸進行改性越來越受到人們的重視。等離子體技術屬于干法技術,是一類采用物理手段能夠達到化學處理效果的方法,通過等離子處理能夠對滌綸纖維表面刻蝕并引進大量的活性基團[2-5],為后續殼聚糖改性提供條件,進而能夠提高滌綸織物噴墨印花的質量。

利用專用的高溫分散墨水,采用環保綠色生態的等離子體技術和具有優異吸濕性能的天然高分子聚合物殼聚糖協同處理滌綸織物,以增強殼聚糖單一整理的效果,探討等離子體技術和殼聚糖協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(紹興全印數碼科技有限公司),殼聚糖(取代度95%,國藥集團化學試劑有限公司),乙酸(冰醋酸10%,AR,天津化學試劑有限公司),戊二醛(化學純,西隴化工有限公司)。

1.2 儀器和設備

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

1.3 試驗方法

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的反應腔內,先進行抽真空,待到真空腔內的氣體壓強低于10 Pa時,打開通氣閥門通入空氣,經過空氣循環后調節壓強至試驗所需值,開啟射頻發生器開始放電,在盡量短的時間內調節功率至所需值并開始計時,處理一段時間后,停止放電,關閉進氣閥和真空泵,打開放氣閥通入空氣,使反應室內壓強恢復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攪拌30 min,然后加入一定量的戊二醛溶液繼續攪拌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→數碼直噴(噴印條件:雙向4通道,打印速度10 m/h,精度720×720)→預烘(90℃,20 min)→蒸化(溫度100℃,時間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

準確稱量等離子體處理前后滌綸織物的質量,根據式(1)計算失重率。

式中:m1為處理前滌綸織物的質量;m2為等離子體處理后滌綸織物的質量。

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量與干態質量的差值對干態質量的百分比,參照GB/T 6529—2008《紡織品調濕和試驗標準大氣》方法進行測試。根據式(2)計算回潮率。

式中:G為試樣在恒溫恒濕箱中(溫度20 ℃、濕度65%)穩定24 h后的質量;G0為試樣的干態質量。

1.4.4 印花K/S值

采用測色配色系統,選擇合適的孔徑,在經過黑白板校正后,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),每個試樣測試5個點,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 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 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 耐熱壓色牢度》測定。

2 結果與討論

2.1 低溫等離子體處理滌綸織物的工藝參數

探討等離子體處理時間、壓強、功率3個參數對滌綸織物失重率和吸濕性能的影響,優化等離子體處理工藝,有利于進一步研究等離子體與殼聚糖處理滌綸織物的協同效應。

2.1.1 處理時間對滌綸織物失重率和吸濕性的影響

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

圖1 等離子體處理時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,芯吸高度在處理時間為6 min時達到最高,織物的親水性能最佳。由于等離子體高能量粒子長時間轟擊刻蝕纖維表面,造成滌綸纖維表面化學鍵的斷裂,滌綸織物的失重率隨著作用時間的延長而增大。另外等離子體濺射纖維表面,纖維表面產生自由基,引入羥基、氨基、羧基等親水性基團,使得纖維的親水性提高,在處理時間為6 min時,芯吸高度達到最高[7],隨著處理時間的延長,高能活性粒子持續沖擊滌綸纖維表面,使得織物表面引入的含氧極性基團可能又會被濺射出去,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間為6 min。

2.1.2 壓強對滌綸織物失重率和吸濕性的影響

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

圖2 等離子體處理壓強對滌綸織物失重率和芯吸高度的影響

由圖2可知,當處理壓強在40 Pa時,滌綸織物各項性能達到最佳。這是由于當壓強過低時,氣體濃度小、數量少,被電離激發的高能粒子少,對滌綸的接枝改性效果不明顯,引入的親水基團數量較少,織物吸濕性能改善效率較低;當壓強高于40 Pa時,反應腔內的氣體數量增多,電離高能粒子數量提高,由于等離子機器反應腔內體積固定,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],所以在壓強較高時滌綸的吸濕性反而下降。因此,綜合考慮親水性能、能源損耗及織物結構,確定處理壓強為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置為80、100、150、180、200、250、300 W,處理壓強和時間分別設置為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上升趨勢。因為等離子的高能粒子轟擊纖維表面,使得滌綸纖維表面的化學鍵發生斷裂,發生脫氫反應導致滌綸纖維失重。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。當等離子體處理功率增大到200 W 時,活性粒子的能量增大,對滌綸織物的轟擊和刻蝕作用加強,接枝到纖維上的極性基團數量增多,織物芯吸高度最佳,親水性能最好。但當功率進一步提高時,過高的能量轟擊滌綸纖維表面,對滌綸纖維的結構造成影響,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,優化的等離子體改性滌綸的工藝參數為時間6 min、壓強40 Pa、功率200 W。

2.2 低溫等離子體/殼聚糖聯合處理對滌綸噴墨印花織物性能的影響

滌綸織物經過低溫等離子處理(2.1優化工藝)和殼聚糖整理(1.2.2 工藝)后,對滌綸織物進行噴墨印花,研究低溫等離子體和殼聚糖協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行色塊打印測試,測試打印后織物色塊的K/S值,結果見表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,如結構、親和力、擴散性等有關。未處理的原滌綸織物K/S值較低,經過等離子體、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。這是由于經過等離子體處理后織物表面產生刻蝕,引入了部分親水性基團,提高了織物的染色性能,而進一步采用殼聚糖整理后,在纖維表面引入氨基、羥基等強極性基團,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一步提高。

2.2.2 低溫等離子體和殼聚糖聯合處理對滌綸織物吸濕性的影響

滌綸織物經過不同的工藝處理后,研究低溫等離子體、低溫等離子體/殼聚糖聯合處理對滌綸織物吸濕性能的影響,結果見表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,未經整理的滌綸原布的芯吸高度為4.7 c m,回潮率為0.75%。經過等離子體處理、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,分子結構排列規整緊密,結構上缺少羥基、氨基等親水基團,所以未經改性的滌綸織物親水性、回潮率較低;經過低溫等離子體處理后的滌綸纖維表面發生一系列物理和化學反應,使得表面活化,能夠將活性含氧基團引入織物表面,從而提高了滌綸織物的吸濕性能。進一步將經過等離子體處理后的織物再經過殼聚糖整理,織物的吸濕性能更加優秀,原因為殼聚糖經過整理后吸附在纖維表面和經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/殼聚糖聯合處理對滌綸噴墨印花織物色牢度的影響

滌綸織物經過不同的工藝處理后,研究低溫等離子體、低溫等離子體/殼聚糖聯合處理對滌綸噴墨印花織物色牢度的影響,結果見表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

由表3 可知,滌綸織物在經過等離子體、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。因為等離子體處理后的織物表面引入極性基團,可以與噴墨染料表面的羧基發生氫鍵作用,從而提高了噴墨染料與織物之間的結合力,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,進一步改善了纖維的色牢度。

3 結 論

(1)等離子體處理滌綸春亞紡織物的最佳工藝參數為時間6 min、壓強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)滌綸織物經過等離子體處理后,再經殼聚糖整理,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,均可達到4級以上。