利用低温等离子体处理羊毛的染色性[1].pdf

年第期 萨毖汤蜻被肠城哈味嫉器续气 妻科研报告鬓 性 邵我岁多 紧笼手笋争多当 利用低温等离子体处理羊毛的染色性 柳章美等著 日本京都工艺纤维大学 洪志贵译沈燕谋校 摘要 羊毛表面的最外层是皮质层 由于是致密的疏水性结构 故呈现较强的抗水性且由于羊毛的非均质性 结构又导致了其染色性能的复杂性 经低温等离子体处理过的羊毛 其鳞片几乎未受到损伤 不仅干 湿摩擦系数显 著增大还可获得较好的防缩性此外若采用 进行低温等离子体处理还可使其染色速度加快 本文采用 和 对美利奴羊毛条进行低温等离子体处理 探讨了对羊毛染色性能的影响 利用扫描电子显微镜 观察其处理后的物理 化学形态 还做了电子能谱化学分析方面的探讨 实验结果表明 羊毛皮质层表面 的水润湿性对其染色性能没有根本性影响 且在采用低温等离子体处理后 因鳞片的屏障效应而减少了染色的滞后现象 采用 进行低温等离子体处理 对羊毛的染色效果有促进作用 上述处理对匀染型染料的染着量影响不大 但对耐缩绒型染料的饱和染着量却有着明显增大的趋势 主题词羊毛低温等离子体处理染色性能 引言 低温等离子体是一种发光放 电的低压流人 气体 当电离时 产生 由离子 自由基 电子 激发分子等混合组成物 并呈现 电中性状态 在这样的气体介质中处理纤维或高分子材料 材料表面就会发生化学变性 交联 聚合 裂 解等反应 从而使其表面发生物理的和化学的 变性 关于羊毛低温等离子体的防缩加工 以 及有关等离子体在涂层上的应用也有不少的研 究 羊毛经低温等离子体处理 可观察到羊毛 的鳞片几乎未受到损伤 不仅干 湿摩擦系数 显著增大 还取得了较好的防缩性 此外采用 氧 四氟化碳低温等离子体进行处理 也可使 其染色速度加快 众所周知 羊毛内部虽然具有极大 的亲水 性 但由于其表面的角质层 特别是最外层的 攻质层 是致密的疏水性结构 故呈现较强的 抗水性 由此可见 由于有这样的物理和化学 的非均质性结构 从而导致 了羊毛染色性能的 复杂性 本文采用氧 四氟化碳 甲 烷 进行了美利奴羊毛毛条的低温等离 子体处理用种匀染型酸性染料和种耐缩 绒型酸性染料进行染色 以染色速度 饱和 染 着量为基础 求 得低温等离子体处理对羊毛的 染色性能的效果并利用扫 描电子显微镜 观察了羊毛低温等离子体处理后的物 理 化学形态还做了 电 子 能谱化学分析 的探讨 实验方法 试样 试样为未经处理的 美利奴羊毛条 经 收到译稿日期 一 一 修订日期 一一 资料来源 日 纤维学会志 纷织科学研 完 法防缩加工 经 一元过二硫酸脱鳞处理 的羊毛条 分别放入盛有甲苯 乙醇的索氏提 取器中 各萃取 于空气中干燥 之后 使用日本科学株式会社制造的 型等离子体发生器 输出功率 真 空度 用 和 把萃取后的 羊毛条处理 作为染色试样备用 此外 把经过 退浆 煮练的羊毛轻薄织物 在相 同的 条件下 用 及 进行低温等离子体 处理 染料 所用染料为两种匀染型酸性染料 酸性橙 酸性橙和卡耶诺尔蓝酸 性兰 叨 以及两种耐缩绒型酸性染 料 蓝酸性蓝和 酸性蓝 用醋酸钠 法精制 这里所采用染料的结构式及 其在的毗咤水溶液中的分子吸光系数 和 最大吸收波长 几 二 如表所示 表 厂 一一一一 酸性橙一厂一飞 选用染料 丁 丁 一 一 又 名 又 飞 入 二 斗弓 酸性蓝 划 川 一 名义 一了一 一 一 入 二 酸性蓝玛 少 一一一 少 一一 酸性蓝 飞厂 一一 一 一 乳 二 乡 少 丫 矛一 乡一 一 十 炭 一户一全一丈 夕 一 甲 二火 户 一一 乡气 厂下 气 一 一 以 久 二 弓 八丫 染色 把经过低温等离子体处理 的羊毛先在水中 充分浸抱 用 和 缓冲液调 节值 酸性橙为 酸性蓝 斗 和酸性蓝为 酸性 蓝 为 在浴比为 的的染 年第弓期 浴中 温度为 以不同的时间进行染色 水洗干燥后 用的毗 咤水溶液剥色 以比 色定量法求得染着量 平衡染着量的测定是在 按染色所规定的时间后进行的 酸性橙 了 和酸性蓝染色 为 酸性 蓝 和酸性蓝染色为 水渗透性 把的蒸馏 水点滴在经过低温等 离 子体处理 的羊毛轻薄织物上 任其自由滴下 以完全浸透的时间作为润 湿性测定标准 观察 采用日立公 司研制的 一 型 电场 发 射 型扫描电子显微镜 观察羊毛纤维经低温等离 子体处理后的形态 分析 用岛津公司研制 的一 测试仪 测定羊毛经低温等离子 体处理后的表面化学组成 结果与分析 羊毛经低温等离子体处理后的水渗透性 和表面特性 未经处理的羊毛轻薄织物未能观察出水滴 渗透性 但用 低温等离子体处理 则 水滴渗透时间约在以内 用 低温等 离 子体处理约 就 会发生刻蚀效应 其表面 的蜡质成分被去除 水滴浸 透速度非常快 仅 为然而处理以上时 氟在纤维表 面 聚集增大 疏水性变高 水滴渗透时间 需 以上 可 见 用 低温等离子体处 理时 由于纤维表面生戍了碳化氢聚合物所以变得 很难湿润 羊毛织物的水浸透性如此变化 是 因为经低温等离子体处理后 其纤维表面受到 了物理的或化学的变性作用 从而影响了其染 色性 羊毛经 及 低温等离子体处 理后 纤维表面的显微镜照片如图所示略 未处理的羊毛表面具有平滑的鳞片结构 但经 法防缩加工处理后 其表面的鳞片全部 去除 纤维表面整体变得平滑了 用低温 等离子体处理后 可 以观察到 鳞片 的表面由 于蚀刻效应 形成了无数微细的弧坑状放电痕 用 低温等离子体处理 鳞片的尖部虽有微 小 的损伤 但从总体上看 用低温等离子体处 理 鳞片没有产生显著的物理损伤 为了分析表面的化学组成 的变 化 使 用 分析仪 测定经低温等 离子体处理 后的羊毛 的 相对强 度 其结果如表从的光谱 波形分离可 求 得 一 一一 一一 一 一一 一一 一一 一 等波峰相对面积比 其结果如表所示 用氧低温等离子体处理 从未经 处 理的 表等离子体处理的羊毛纤维 光谱 宽幅扫描的相对强度 化赘分未处理去鳞片 表 用 及 低温等离子体处理的羊毛相对 光谱波峰面积比 化 学成 分 未处理去鳞 片 只 一了 凡曰 一 厂 声尹 且 一 一一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 纷织科学研究 减少到科 从未经处理 的 增大到 与此相反 用低温等离子 体处理时 为 为 可 见氟原子显著地增加 有助于疏水性的提高 根据 光谱波形分离来看 在低温 等离子体处理中 除 一一 一一 之外 一一 一一 的波峰相对增大相反 在 低温等离子体处理中 减少 由于氟的 聚集而 呈现 出 一 一 一 的波峰 由此可 以观察出 羊 毛经 低温等离子 体处理后 其纤维表面有显著的变化 染色速度 把未处理 的 去鳞片的以及采用 低温等离子体处理的羊毛纤维在水中充分 浸 泡 然后用匀染型酸性染料酸性橙和 酸性蓝进行染色 以及用耐缩绒型染料 酸性蓝和酸性蓝进行染色 测得其染色速度曲线如图所示 羊毛在染色 过程中 其表面鳞片形 成屏障 阻碍了染料的 渗透 染料 工 酸性价 卜 染料酸性蓝 尸 浦吮 急 工又 赘嗽忽 丈涤 书日 创探叫 户 八曰 丫 八 端嗽搜 弓汤尸一 上 一 一 一 染色时间 窄 释 毛 日 玛邵叫 染色时间 染料 酸性蓝刊 染料酸性蓝时 拱嗽搜 黎感 一 日 喇涨叫 尸 八色 汉 翻嗽恕 件带嘟 飞住叫 探川 染色时间 抽 图 一未处理 一去磷 染色时问羔 染色速度曲线染色温度为 一 等离子体日一 等离子体 一 等离子体 午第期 采用及低温等离子体处理 其 染 色速度均显著地提高 用低温等离子体处理 鳞片没有脱落现象 鳞片表面几乎未受到损伤 可是 用酸性橙对 低温等离子体处 理的羊毛和 去鳞片羊 毛进 行染色时 其染色速 度大致相 同 而 用低温等离子体处理时 可 观察出染色速度也有显著的增大 尽管用 低温等离子体处理 使羊毛产生亲水化用 低温等离子体处理 使羊毛产生疏水化 但是 不管哪一种情况 其染色速度都有显著地提高 可 以认为 羊毛在染色的过程中 其皮质层表 面的湿润性或其表面 张 力对染色本质上是没有 影响 的 因此可 以看出 由低温等离子体处理所 形成这种明显 的染色速度的变化 是 因为在鳞 片间隙中由细胞之间的接合层所形成的表面屏 障 其结构产生了某些松弛 这就有利于染料的 渗透 在上 甲等人的研究考察中也认为 由于进 行羊毛纤维的拉伸对染色速度的影响 细胞之 间的接合层结构松弛 有增大染色速度的效应 在进行低温等离子体处理时 染色速 度变缓 这是 由于脱氢反应容易生成自由基 生成烃类聚合物 其结果导致羊毛纤维表面被 疏水性聚合物所覆盖而形成屏障 阻碍了染料 水溶液的渗透 使染色速度变慢 在低温等离子体处理中 由于化学变 性 在纤维表面聚集着氟原子 虽然产生 了疏 水性 但却没有由于生成聚合物所形成的物理 屏障 可见对羊 毛的染色基本上没有抑制作用 在纤维的染色初期 有 的研究指出 是在时间时的染着量 为平 衡 染着量与侧有近似的比例关系 羊毛经低 温等离子体处理后 对两种染料 的了 与 了丁的关系如图所示 两者在染色初期都呈 现直线关系 如果把线性梯度作为染料在纤维 中渗透难易程度的参 变 数 由 于采用或 低温等离子体处理而使此数值增大了与 此相反 在低温等离子体处理的情况下其 数值却明显变小 这是因为屏障效应变大之故 羊毛低温等离子体处理的半染时间上 可根据染色速度求出 如表所示 结果表明 与染色速度的倾向一样 采用低温等离子 染平牛 亡 鼓位盗一 让 月 心 口 么台 斌 丫 图丫万与之间的关系曲线 染色温度及图注与图相同 纷织科学研 究 体处理的半染时间缩短了 并显著地促进了染 料在纤维中的扩散渗透速度 但是 由于采用 低温等离子体处理 匀染型染料的染 色促进效果虽然很大 但仍远小于耐缩绒型染 料的促染效果 再有 由于未经处理 的羊毛鳞片具有屏障 作用 阻碍了染料 的渗透 产生 染色时间延迟 与丫的关系直线不通过原点 与此相 反 在或 低温等离子体处理的场 合 时间滞后现象逐渐变小 其直线通过原点 进 行或低温等离子体处理时 染色初 期 的羊毛表面 屏障效应变小 可 以认为这有助于 染色速度变快 经低温等离子体处理 的纤 维 在其表面形成的烃类聚合物加大了阻碍染 料扩散的屏障作用 使纤维中的染料渗透进一 步受到抑制 从而影响了染色速度 上 甲等人的研究认为 对羊毛纤维进行拉 伸后 可以加快染色速度 染色初期的时间滞 后现象变少并指出 从拉伸羊毛 的水接触角 的测定来看 染色性与羊毛纤维表面的湿润性 是没有关系的 由羊毛经低温等离子体处理的 染色性可明显看出 在羊毛的染色初期 其表 面屏障效应与羊毛表面皮质层的水湿润性没有 关系 这是 因为鳞片间连结细胞的质层结构松 弛 对染色促进效果有很大关系 关于这一点 还有待于详细探讨 表羊毛经低温等离子体处理的半染时间 染料未 处 理去鳞 片 子 二 一八 电立 岛山 酸性橙 酸性蓝 酸性蓝 酸性蓝 丹 斗落 名 吸附等温线 用 酸性橙和酸性蓝对低 温等离子体处理的羊毛进行染色 其吸附等温 线如图所示 其倒数 曲线如图所示 与 成直线关系 充分地体 现出符合兰米尔吸附等温式 严格地说 在截 点附近的直线性还存在某些疑 问 不过仍然可 假定为一条直线 根据其截距的倒数所求得的 艺 止纽过 户 碑 下下一一 介仑 一 斜吮 如 公 邵 书目忿 染料 工酸土澄牙染不卜 少 工 义 端众 团 口 客联 芍白 七 口 一 一 压 一 么 侈 从少 亡 卜 训 七蓝飞峪 一一 七一 一一 二 幼 一 图 与 之间的关系曲线 染色温度及图注与图相同 年第期 丫分 享愁 一 日 戴嗽月 染抖酸性澄 尧利吸性监 二 一 了 一一 目 尸卜渝尸 一又 寨以 一 巴 球嗽之 工 一 二 曰 少 一 尸一峪 图倒数曲线八 与 染色温度及图注与图相同 表羊毛经低温等离子体处理的饱和染着量 染料 酸性橙 酸性蓝 酸性蓝 酸性蓝 未 处理去 鳞片 染料八纤维 之 饱和 染着量示于表 结果表明 关于匀染型染料酸性澄 和酸性蓝 无论羊毛是未经 处 理 去 鳞片 还是 用低温等离子体处理 其饱和 染着 量大致具有相 同的数值 观察不出采用低温等 离子体处理时其饱和染着量增大的现象 而耐 缩绒 型染料酸性 蓝和酸性蓝 采用低温等离子体处理时 其饱和染着量 则有明显增大的趋势 特别是象酸性蓝 分子体积大的染料 染着量增大 的趋势是很 明显的 采用分子体积大的耐缩绒型染料时 由于羊毛鳞片间连结细胞之间质层的微小结构 松弛 可以观察到 不仅对染色速度 而且对 饱和染着量也有显著的影响 不过 在 目前的 研究阶段 还不能充分地说明其机理 特别是 低温等离子体处理的纤维用耐缩绒型染料 染色 其饱和染着量虽有增大的趋势 但在羊 毛的染色过程中 由于表面屏障效应及影响 染色性效果非常复杂 还不能简单地阐明 因 此 有待于变换低温等离子体处理条件 进一 步详细地探讨 结论 采用 低温等离子体把精练 过 的美利奴羊毛处理后 用匀染型及耐缩绒型 酸性染料染色 其中 用 低温等离子体 处 理 在羊毛纤维表面聚集着氧 产生亲水性