等离子体处理羊毛条的兰纳素CE染料低温染色

蒲亚宁，王雪燕，李世朋

(1.西安工程大学纺织与材料学院，陕西 西安 710048;2.南山纺织服饰有限公司，山东 龙口 265706)

在羊毛染色产品中，深浓色产品占很大比重。羊毛通常采用酸性媒介染料染出深浓的色泽，该染料染色存在能耗高，铬污染严重和纤维损伤大等问题，这与绿色环保的理念相违背［1］，因此，寻找环保型染料，开发环境友好型染色新技术及能染出深浓色产品成为目前研究的热点课题。兰纳素CE染料是一套全新的不含重金属、禁用芳胺和AOX的毛用活性染料。它除了继承原有兰纳素染料的特点外，还具有更好的匀染性和色调重现性，因此兰纳素CE能满足人们对生态环保的要求，它是一类有较好应用前景的环保型染料［2－4］。

低温等离子体是一种干态物理处理技术，其具有对处理材料损伤小，处理速度快和环保的特点，因而受到了人们的重视［5－6］。等离子体产生的高能粒子能够轰击纤维表面，使羊毛纤维表面鳞片层交联程度降低，羊毛表面含氧和含氮的极性基团增加，羊毛的润湿性能提高，进而提高了染料对纤维的吸附能力及降低染料向纤维内部扩散的空间阻力，显著改善羊毛纤维的染色性能［7－8］。

本文研究空气低温等离子体处理羊毛条对兰纳素CE染料低温染色性能的影响，以期实现羊毛条的节能清洁型深浓染色。

1 实验部分

1.1 材料与试剂

澳毛毛条:12.5 tex的纤维;兰纳素CE型染料(红、黑和藏青)为工业品，亨斯曼公司提供;无水碳酸钠和冰醋酸等化学试剂均为分析纯。

1.2 实验仪器

HS型高温程控染样机(南通宏大实验仪器有限公司)，DT－02型低温间歇式等离子体处理仪(苏州市奥普斯等离子体科技有限公司)，722型光栅可见分光光度计(天津市普瑞斯仪器有限公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 等离子体处理羊毛条

采用DT－02型低温等离子体处理仪，通过改变真空度、放电时间和放电功率对羊毛条进行处理［9］。

1.3.2 染色工艺

染色配方:兰纳素CE型染料5.0%(o.w.f)，冰醋酸1.5 g/L，无水碳酸钠1.5 g/L，浴比30∶1。

染色工艺过程:首先将羊毛条投入50℃染浴中，然后以2℃/min的升温速率升温至80℃，再保温染色50 min，再降温至60℃，加入碳酸钠固色20 min，最后水洗、烘干。

1.3.3 上染百分率测定

用722型光栅分光光度计分别测定染色前、后染液在其最大吸收波长(λmax)处的吸光度，按式(1)［10］计算试样的上染百分率:

式中:Ai为染色残液稀释n倍的吸光度;A0为染色原液稀释m倍的吸光度。

1.3.4 固色率D测定

采用SF－300型思维士电脑测色仪，在10°视野和D65光源条件下，测定试样皂洗前后的K/S值，按式(2)计算固色效率 Ef，再按式(3)计算固色率 Rf［11］。

式中:(K/S)a为皂洗后羊毛条的K/S值;(K/S)b为皂洗前羊毛条的K/S值。

1.3.5 耐皂洗色牢度测试

按照GB/T 3921.3—2008《纺织品色牢度试验耐洗色牢度》的测试方法，然后采用 GB/T 250—2008《纺织品色牢度试验评定变色用灰色样卡》和GB/T 251—2008《纺织品色牢度试验评定沾色用灰色样卡》分别评定染色羊毛条的变色、沾色牢度等级。

2 结果与讨论

2.1 等离子体处理对羊毛条上染的影响

2.1.1 放电时间对羊毛条上染性能的影响

按1.3.1工艺，固定放电功率为100W，真空度为50Pa，改变放电时间对羊毛条进行等离子体处理，然后按1.3.2工艺，选择兰纳素CE黑染料进行染色，并测定上染百分率和固色率，结果见图1。

图1 放电时间对上染百分率及固色率的影响Fig.1 Effect of discharge time on dye－uptake and fixation rate

从图1看出，随着等离子体放电时间的延长，上染百分率和固色率都有显著地提高，并且在放电时间大于3min后趋于稳定。这是因为羊毛纤维经等离子体高能粒子短时间轰击后，在羊毛纤维表面引入新的极性基团，并在其表面层形成许多凹槽，增大纤维比表面积，并随着放电时间的延长，纤维表层鳞片被逐步刻蚀，染色屏障被打破，同时鳞片层中的胱氨酸经空气低温等离子体处理后被氧化，二硫键发生断裂，生成亲水性极性基团(—SSO3H和—SH)［5］，使羊毛纤维表面发生物理化学改性［7，9］，从而提高了羊毛的润湿性，增大了羊毛纤维与染料的结合力，使染料吸附上染性能明显提高，同时提高了染料向纤维内部扩散速率，故确定最佳放电时间为3 min。

2.1.2 真空度对羊毛条上染性能的影响

按1.3.1工艺，固定放电时间为3 min，放电功率为100W，改变真空度对羊毛条进行等离子体处理，然后按1.3.2工艺，选择兰纳素黑色染料进行染色，并测定上染百分率和固色率，结果见图2。

图2 真空度对上染百分率及固色率的影响Fig.2 Effect of vacuum on dye－uptake and fixation rate

从图2可看出，随着等离子体真空度的增大，即放电气压的增大，上染百分率和固色率的提高。真空度为65Pa时，上染百分率和固色率基本达到最大，继续增大放电真空度，上染百分率和固色率都趋于稳定。这是因为当真空度很小时，虽然高能粒子碰撞损失能量小，粒子能量高，但反应器内的高能粒子数量很少，对羊毛纤维的改性效果不明显;随着真空度增大，反应器内的高能粒子数量增多，对于羊毛纤维表面刻蚀作用和化学改性作用增大，进而有利于染料向纤维表面吸附及向纤维内部扩散，提高上染百分率和固色率。但当真空度大于65Pa时，虽然反应器内的粒子数量增多，但由于粒子碰撞而损失能量增大，羊毛纤维的改性效果并没有继续增大，故确定最佳真空度为65Pa。

2.1.3 放电功率对羊毛条上染性能的影响

按1.3.1工艺，固定放电时间为3 min，真空度为65Pa，改变放电功率对羊毛条进行等离子体处理，然后按1.3.2工艺选择兰纳素黑色染料进行染色，并测定上染百分率和固色率，结果见图3。

图3 放电功率对上染百分率及固色率的影响Fig.3 Effect of discharge power on dye－uptake and fixation rate

从图3可看出，随着等离子体放电功率的增大，上染百分率和固色率迅速增加，当功率为150W时，固色率达到最大，同时上染百分率也基本达到稳定。这是因为:放电功率直接影响等离子体反应腔中活性粒子的能量大小和分布。在固定放电时间和真空度的情况下，反应腔内粒子数不变，随着处理功率的增大，单个粒子的能量增大，对羊毛纤维的物理刻蚀作用和化学改性效果增强，使羊毛纤维表面粗糙度和润湿性提高，从而增大染料与纤维之间的作用力，提高上染百分率和固色率，但功率太大，纤维损伤会增大，且耗能增大，故确定最佳放电功率为150W。

可见空气低温等离子体处理条件对羊毛条的染色性能有很大影响，由实验确定出有利于羊毛条染色的最佳空气低温等离子体处理条件:真空度为65Pa，放电功率为150W，放电时间为3 min。

2.2 等离子体处理羊毛染色效果评定

按2.1确定的最优等离子体处理条件处理羊毛条，选用3种兰纳素CE染料(红、黑和藏青)，按1.3.2工艺，分别在80℃和98℃温度下染色，并与未处理羊毛条的染色效果进行比较，结果见表1、2。

表1 处理羊毛条对不同种类染料吸附上染效果的影响Tab.1 Effect of dyeing adsorption of treated-wool on Lanasol CE dyes %

从表1可看出，在80℃条件下，经空气低温等离子体处理的羊毛条选用3种兰纳素CE染料染色，上染百分率和固色率远高于未处理羊毛条同温度条件下染色的上染百分率和固色率，而且高于未处理羊毛98℃染色的效果。同时从表2可看出，无论是80℃染色，还是98℃染色，经等离子体处理羊毛条的耐洗色牢度都优于未处理羊毛条。由此证明空气低温等离子体处理的羊毛条更易于染料的吸附上染及向纤维内部扩散，并有助于染料更好的固色，从而实现羊毛的低温深浓染色，达到降低纤维损伤、提高染料利用率以及节能环保的目的。

表2 等离子体处理羊毛条耐洗色牢度Tab.2 Washing fastness of plasma-treated wool 级

3 结论

本文优化出有利于改善羊毛条兰纳素CE染料(黑色)染色性能的最佳空气低温等离子体处理条件:真空度为65Pa，放电功率为150W，放电时间为3 min。结果表明:经合适条件的空气低温等离子体处理的羊毛条能够显著改善兰纳素CE染料的染色性能，在80℃条件下染色，处理羊毛条的上染百分率达到97.98%，而未处理羊毛条的上染百分率仅为69.19%，且耐洗色牢度更佳。因此，低温等离子体处理技术为实现羊毛纤维的清洁型节能深浓染色工艺提供了一条途径。

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