低溫等離子體技術(shù)在棉織物染整加工中的應(yīng)用進(jìn)展

陳 鎮(zhèn)，彭 平，陸雪飛，徐 灣

（1.湖南工程學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，湘潭411104，2.暨南大學(xué) 理工學(xué)院，廣州510632）

棉織物作為最具代表的天然纖維制品，具有手感柔軟、衛(wèi)生舒適、吸濕透氣、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來，更是因其綠色、環(huán)保、生態(tài)的特性，迎合了人們回歸自然、追求健康的心理，發(fā)展迅速，產(chǎn)銷量穩(wěn)居前列.棉織物的染整加工過程的大多數(shù)是濕態(tài)的化學(xué)加工過程，主要工序包括：前處理、染色或印花和后整理.

1 低溫等離子體技術(shù)概述

等離子體是物質(zhì)除了固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外的第四種聚集態(tài)，它是由極具反應(yīng)活性的電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)的原子、分子以及光量子等高能粒子組成的集合體；因?yàn)檫@種聚集態(tài)中電子的負(fù)電荷總數(shù)和離子的正電荷總數(shù)在數(shù)量上是基本相等的，宏觀上呈中性，故將其稱為等離子體.等離子體通?？煞譃楦邷氐入x子體和低溫等離子體，低溫等離子體目前研究得較多的是介質(zhì)阻擋放電，常用的介質(zhì)有氧氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣?低溫等離子體技術(shù)作為一種清潔、可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，因其節(jié)能、高效、無污染的綠色加工特點(diǎn)，也被視為極具發(fā)展?jié)摿颓熬暗男录夹g(shù)［1］.紡織染整加工中主要應(yīng)用的是低溫等離子體，又稱非平衡等離子體，它的電子溫度高達(dá)104－105K，而氣體卻以低溫狀態(tài)存在，非常適合于處理紡織材料［2］.

2 低溫等離子體技術(shù)在棉織物染整加工中的應(yīng)用

低溫等離子體對(duì)棉織物的基本作用原理可以概括成“減法”和“加法”兩大類，“減法”主要是指清洗、刻蝕、殺菌，“加法”主要是指活化、功能化、沉積／涂層等［3－4］.利用低溫等離子體技術(shù)對(duì)棉織物進(jìn)行處理，不但對(duì)材料本身不會(huì)產(chǎn)生破壞，還能最大程度保留材料原有的物理、機(jī)械性能，并且可以大大降低水、電、氣及常規(guī)染化料、試劑的用量，降低污水排放，經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效應(yīng)顯著［5］.

2.1 前處理

低溫等離子體在棉織物前處理中的作用主要體現(xiàn)在等離子體中高能粒子對(duì)織物表面發(fā)生刻蝕作用和化學(xué)改性，使棉纖維上漿料和蠟質(zhì)的連續(xù)覆蓋狀態(tài)被氧化和破壞，漿料的分子鏈被切斷，雜質(zhì)的可溶性提高，易于被去除.因此，可優(yōu)化傳統(tǒng)的退煮工序，縮短工藝流程，節(jié)約藥品、試劑，提高前處理效果.

陳肖南、蘇建波等人［6］利用氧氣低溫等離子體對(duì)棉坯布進(jìn)行處理，使前處理由三步變?yōu)橐徊?，省去濃堿高溫退漿、精練兩道工序而可直接進(jìn)行雙氧水漂白，其效果不低于常規(guī)處理工藝的棉織物，同時(shí)還可避免與棉混紡或交織的蛋白質(zhì)纖維、聚酯纖維免受損傷.2008年江南大學(xué)李強(qiáng)研究發(fā)現(xiàn)［7］，采用低溫等離子體對(duì)棉坯布預(yù)處理后，僅在較低堿濃度和較短處理時(shí)間的情況下，可達(dá)到退凈漿料的目的，織物潤濕性明顯得到改善，斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率略有提高.范小波、齊宏進(jìn)等人［8］采用空氣等離子體處理后的練漂不需添加滲透劑即能超過常規(guī)練漂的白度、毛效及頂破強(qiáng)力，具有減少污染，節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，且其染色性能達(dá)到常規(guī)前處理染色性能.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院通過研究確定了空氣等離子體預(yù)處理的棉織物堿氧一浴前處理最優(yōu)工藝條件為：氫氧化鈉8g／L、精練劑TF－1234g／L、雙氧水6g／L、硅酸鈉6g／L、浴比1∶10、溫度70℃、時(shí)間40min［9］，經(jīng)處理的棉織物在毛細(xì)管效應(yīng)、退漿等級(jí)、斷裂強(qiáng)力方面均優(yōu)于傳統(tǒng)前處理工藝.中國紡織科學(xué)研究院徐憬，李翠萍等人［10］采用自行研制的低溫等離子體設(shè)備對(duì)純棉織物進(jìn)行前處理，并就工藝過程、前處理效果、工藝參數(shù)與常規(guī)前處理工藝進(jìn)行了對(duì)比，如表1所示.

表1 不同前處理工藝的處理效果及參數(shù)對(duì)比

通過對(duì)比可知，棉織物采用低溫等離子體處理工藝，對(duì)工廠的傳統(tǒng)前處理方法進(jìn)行改進(jìn)，完全能達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的要求，處理效果接近或超過傳統(tǒng)前處理工藝，不僅減少化學(xué)試劑的用量，縮短處理時(shí)間，而且可以降低處理溫度，降低工廠生產(chǎn)成本，節(jié)能環(huán)保，提升經(jīng)濟(jì)效益.

2.2 染色

在棉織物染色工序中輔助低溫等離子體技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在，可以在纖維表面引入與染料接枝的自由基，或與染料具有反應(yīng)性的基團(tuán)；使紡織品表面粗糙化，提高織物的表觀深度；引入親水性基團(tuán)，增強(qiáng)纖維表面的吸水性等，改善其染色性能，提高上染百分率、各項(xiàng)色牢度及改善手感等.

浙江理工大學(xué)胡春弘［11］等選擇氧氣低溫等離子體對(duì)棉織物進(jìn)行處理，再用活性藍(lán)KN－RG進(jìn)行染色，上染百分率明顯提高，總固色率也得到一定改善；將織物在不同濃度的EDA溶液中浸置不同時(shí)間后再用氬氣低溫等離子體處理對(duì)改善棉織物活性染料的染色性能最有效果，K／S值的最高提升幅度為28.07%，總固色率最高提升幅度為23.04%；并在多次實(shí)驗(yàn)重演后得出結(jié)論：選用氧氣低溫等離子體對(duì)棉織物進(jìn)行處理，可以提高纖維表觀深（K／S）及染料染色的上染百分率；用氬氣低溫等離子體對(duì)棉織物進(jìn)行處理，可以改善棉織物染色的同色效率和總固色率；而對(duì)氮?dú)獾蜏氐入x子體處理后的織物進(jìn)行染色，效果沒有得到有效的改善.

棉織物涂料染色存在染深性和勻染性差、色牢度低等缺點(diǎn)，目前主要通過陽離子化預(yù)處理克服以上缺點(diǎn)，宋富佳，陳英等［12］對(duì)棉織物陽離子改性及低溫等離子體兩種預(yù)處理涂料染色方法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表2，數(shù)據(jù)顯示，染色后各項(xiàng)色牢度可以達(dá)到3級(jí)或以上，K／S值較高，且對(duì)手感影響不大，低溫等離子體預(yù)處理染色效果與陽離子改性染色相當(dāng)，同時(shí)克服了陽離子改性染色工序長，操作要求高，水、熱消耗量大，廢水pH值高、處理難度大等問題.

表2 不同預(yù)處理方式的染色效果

2.3 印花

相對(duì)來說，目前低溫等離子體技術(shù)在棉織物印花中的研究及報(bào)導(dǎo)還較少.

英國《染色技術(shù)》2007年曾報(bào)導(dǎo)［13］，棉織物氧氣等離子體處理后，再用含海藻酸鈉、尿素和小蘇打漿料涂層，然后用乙烯砜型活性染料噴墨印花可以提高印花織物的色牢度和線條精細(xì)度.張鳳濤，董紹偉等人研究發(fā)現(xiàn)［14－15］，由于低溫等離子體處理對(duì)表面的凈化、粗面化，極性基團(tuán)和不飽和鍵的引入、交聯(lián)等作用，使處理的纖維制品與樹脂和橡膠的粘合性提高，由此大大提高織物印花的著色性，花紋輪廓也十分清晰.

2.4 整理

在棉織物的后整理加工中，低溫等離子體技術(shù)的運(yùn)用十分廣泛，工藝也相對(duì)成熟，效果比較明顯，主要體現(xiàn)在棉織物三防（防水、防油、防污）三抗（抗皺、抗菌、抗紫外）一阻（阻燃）整理方面［16］.

2.4.1 三防整理（防水、防油、防污）

張健，李和國等人研究發(fā)現(xiàn)［17］，通過對(duì)棉織物進(jìn)行防水改性處理，在棉織物表面引入含氟基團(tuán)，賦予織物防水性能，接觸角可達(dá)到130°左右，潤濕時(shí)間可超過120min.處理后織物的外觀、手感沒有明顯的變化，而且具有較好的耐洗性，防水性能良好.

李永強(qiáng)［18］采用氧氣低溫等離子體結(jié)合有機(jī)氟整理劑對(duì)棉織物進(jìn)行防水防油整理可以提高織物防水防油的耐久性.夏彥水，馬曉光等人［19－20］用CF4等離子體處理棉織物，處理后織物的接觸角有不同程度提高，表面張力降低，織物具有很好的防水防油性，表3為織物樣品經(jīng)不同條件的CF4微波低溫等離子體處理后，織物的防水性能對(duì)比.

表3 處理后織物的防水性能

而采用氧氣低溫等離子體處理能增加棉織物的親水性，在防污性和可染性方面都有積極的效果.

2.4.2 三抗整理（抗皺、抗菌、抗紫外）

石小麗，潘志娟等人研究表明［21］，對(duì)棉織物低溫等離子體處理后，織物因減量而柔軟，并提高了抗皺性，用氧氣低溫等離子體處理的棉布通過電子顯微鏡觀察到與樹脂抗皺處理相同的片晶間的交聯(lián).而將低溫等離子體處理引入殼聚糖抗皺整理序中，整理后純棉織物的抗彎剛度下降，有利于改善織物的手感，提高織物的舒適性［21］.南通大學(xué)張燕、任煜等人利用檸檬酸防皺整理劑結(jié)合等離子體技術(shù)對(duì)棉織物進(jìn)行防皺整理，結(jié)果如表4［22］所示.

表4 不同整理方法織物的抗皺性能

東華大學(xué)彭曉波，徐紹魁等人通過對(duì)添加抗菌納米粉體的殼聚糖溶液整理后的織物進(jìn)行抗菌測試，結(jié)果顯示，涂層整理織物100次標(biāo)準(zhǔn)洗滌前后對(duì)大腸桿菌及金黃色葡萄球菌的抗菌率均高于90%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率洗滌前后都高達(dá)99.99%，通過對(duì)棉織物低溫等離子體表面粗糙化及有機(jī)涂層工藝有助于納米粒子與纖維表面的緊密結(jié)合，以及納米抗菌特性的保持；同時(shí)，彭曉波，徐紹魁等人為了考察不同整理方法織物的抗菌效果，實(shí)驗(yàn)測試一浴法（檸檬酸及殼聚糖的混合溶液）、兩浴法（先檸檬酸再殼聚糖）以及等離子體預(yù)處理后再進(jìn)行兩浴法整理的3種織物對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性，其中等離子體預(yù)處理織物時(shí)間為5 min，同時(shí)測試整理后織物在去離子水中沸煮30 min后織物的抗菌性，結(jié)果（見表5）顯示，棉織物經(jīng)等離子體預(yù)處理后再經(jīng)兩浴法整理后對(duì)大腸桿茵和金黃色葡萄球菌的抗茵率高達(dá)100%［24］.

表5 不同整理方法織物的抗菌性能

2008年董媛媛［25］等人采用先浸漬親水型有機(jī)硅抗輻射整理劑CGKF，再經(jīng)低溫等離子體處理工藝，對(duì)棉織物進(jìn)行抗紫外線整理，研究表明，經(jīng)低溫等離子體處理整理的棉織物抗紫外線性能比未經(jīng)等離子體處理的要好.

2.4.3 阻燃整理

通過對(duì)棉織物用含磷、氮聚合物浸泡后，然后經(jīng)氮?dú)獾蜏氐入x子體照射而接枝聚合，纖維得到阻燃功能［17］；阻燃織物進(jìn)行低溫等離子體處理還可以提高整理織物的耐洗性，同時(shí)由于低溫等離子體處理提高了表面的親水性，獲得了易去污的效果.

3 結(jié) 語

低溫等離子體技術(shù)作為一種清潔、高效、節(jié)能、環(huán)保的加工工藝，在棉織物染整加工方面已經(jīng)取得了一定的研究成果，當(dāng)前應(yīng)繼續(xù)大力開發(fā)低溫等離子體技術(shù)與其他技術(shù)的合作，如與酶、樹脂、有機(jī)溶劑等配合使用，賦予棉織物獨(dú)特的更高的附加值，開發(fā)棉織物更為廣闊的市場.總之，低溫等離子體技術(shù)在棉織物染整加工中將會(huì)有更加輝煌燦爛的應(yīng)用前景.

［1］ 瑞士聯(lián)邦材料測試與開發(fā)研究所（瑞士）.紡織品等離子體整理的展望［J］.國際紡織導(dǎo)報(bào)2011（4）：51－52.

［2］ KAN Chi－wai.Effect of Low Temperature Plasma on Different Wool Dyeing Systems［J］.AUTEX Research Journal，2007，8（4）：225－233.

［3］ 葉早萍譯，何葉麗校.新型等離子體處理工藝［J］.國際染印漂整工作者（英國），2009（6）：12－14.

［4］ C.W.Kan，C.W.M.Yuen.Textile Modification with Plasma Treatment.RJTA，2006，10（1）：49－64.

［5］ Yuen C W M，Kan C W.A Study of the Properties of ink－jet Printed Cotton Fabric Following Low－temperature Plasma Treatment［J］.Coloration Technology，2007，123（2）：96－100.

［6］ 陳肖南，蘇建波.利用低溫等離子體技術(shù)改善織物染色性能［J］.北京紡織，2003（5）：40－42.

［7］ 李 強(qiáng).低溫等離子體技術(shù)在織物退漿中的應(yīng)用研究［D］.江南大學(xué)，2008（6）.

［8］ 范小波，齊宏進(jìn).棉針織物常壓空氣等離子體前處理探討［J］.針織工業(yè)，2010（6）：43－46.

［9］ 馮侖侖，王雪燕，莊小雄，等.棉織物的等離子體前處理工藝研究［J］.西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（2）：17－20.

［10］徐 憬，李翠萍，姚登輝，楊立波.常壓等離子體設(shè)備在棉織物前處理中的應(yīng)用［J］.印染，2008，18：1－3.

［11］胡春弘，方 曉，劉今強(qiáng).氧氣低溫等離子體改性對(duì)棉織物染色性能的影響［J］.浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，23（1）：1－5.

［12］宋富佳，陳 英，徐永華.常壓等離子體處理棉織物的涂料染色［J］.印染，2010，20：6－9.

［13］吳建華譯.等離子體處理棉織物的數(shù)碼印花［J］.染色技術(shù)（英國），2007（2）：96－100.

［14］張鳳濤，唐淑娟，韓連順，陸海明.低溫等離子體技術(shù)在紡織品功能整理中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2006（3）：49－51.

［15］董紹偉.等離子體技術(shù)在紡織染整中的應(yīng)用［J］.染整技術(shù)，2005，27（7）：12－16.

［16］D.Sun，G.K.Stylios.Fabric Surface Properties Affected by Low Temperature Plasma Treatment［J］.Journal of Materials Processing Technology，2006，173（2）：172－177.

［17］張 健，李和國，白書培，等.棉織物的常壓等離子體拒水改性處理［J］.紡織學(xué)報(bào)，2011（4）：85－90.

［18］李永強(qiáng).天然纖維的低溫等離子體改性技術(shù)研究［D］.浙江理工大學(xué)，2005（1）.

［19］夏彥水，楊建忠.低溫等離子體技術(shù)在紡織材料表面改性中的應(yīng)用進(jìn)展［J］.紡織科技避展，2005（3）：5－7.

［20］馬曉光，李 強(qiáng).棉針織物CF4微波低溫等離子體拒水處理初探［J］.針織工業(yè)，2004，12（6）：69－71.

［21］石小麗，潘志娟.低溫等離子體在紡織材料表面處理中的應(yīng)用［J］.江蘇絲綢，2006：34－37.

［22］任 煜，尹永志，宋凱峰.殼聚糖／低溫等離子體對(duì)棉織物聯(lián)合整理研究［J］.南通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（3）：39－43.

［23］張 燕，任 煜，李志紅，張瑞萍.棉織物等離子體／檸檬酸的抗皺整理初探［J］.印染，2008（5）：7－10.

［24］彭曉波，徐紹魁，徐金洲，張 菁.等離子體對(duì)殼聚糖整理棉織物效果的影響［J］.東華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2007，33（2）：196－200.

［25］董媛媛.大氣壓等離子體處理改善棉織物抗紫外線性能［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2009，27（4）：32－37.