常壓等離子體預處理對桑蠶絲織物數碼印花的影響

朱衛華

（東莞職業技術學院，廣東 東莞 523808）

桑蠶絲纖維為蛋白質纖維，其織物具有光滑、柔軟、輕盈、光澤度高、涼爽舒適、高柔彈性及手感柔和等許多優異的服用性能，常用于高檔家居及服飾產品[1]。桑蠶絲纖維內部結構與理化性能對其織物的數碼噴墨印花的工藝和效果有著明顯影響[2]，桑蠶絲織物的前處理步驟是改善桑蠶絲纖維數碼印花品質的重要工序。目前企業對桑蠶絲織物的前處理方法主要有高溫冷凍、化學處理、機械復合及等離子體法[3]。前三者有易損傷、高耗能、高污染及高成本等問題[4]，而等離子體技術有節水、節能、環保和高效的優點[5]。

常壓等離子體技術是一種新型纖維表面改性和整理技術，其物理干式處理方式具有低污染、低能耗、低成本的特點[6]，適合應用于桑蠶絲織物的表面改性。常壓等離子體對桑蠶絲織物的層狀結構表面進行刻蝕處理，使桑蠶絲纖維表面產生裂痕，同時引進親水基團，減弱絲素與絲膠的結合力，加速絲膠的水溶性，可以較快地將絲膠在后整理過程中溶解去除[7]，增加了桑蠶絲織物的潤濕性及吸水性。相對于傳統的印花技術，數碼印花具有低用水、低能耗、低污染、短周期、艷色彩及多花型等優點。隨著消費者對桑蠶絲織物上的需求轉向多樣式及個性化，數碼印花在桑蠶絲織物的應用越來越普及[8]。本試驗在常壓情況下使用大面積放電的等離子體技術對桑蠶絲織物進行表面改性，根據桑蠶絲織物數碼印花后的潤濕性能變化，確定常壓等離子體處理的最佳工藝參數；根據桑蠶絲織物數碼印花后的得色量、滲透率、色牢度、脫糊率及斷裂強力等各項指標，研究常壓等離子體預處理對桑蠶絲織物數碼印花性能的影響。

一、試驗部分

1.試驗材料與試驗儀器

試驗材料：100%桑蠶絲織物（60 g/m2，吳江市萬佳紡織有限公司），島精活性染料（日本島精公司），尿素CAS：57-13-6、硫酸鈉CAS：7757-82-6、碳酸氫鈉CAS：144-55-8（東莞市勛源化工有限公司）,海藻酸鈉CAS：9005-38-3（鄭州龍生化工產品有限公司），滲透劑CAS：68439-50-9（天津科維津宏環保科技有限公司）。

試驗儀器：PlasmaFlecto 30常壓等離子體設備（德國PlasmaTechnology公司），Ultra Scan PRO測色儀（美國Hunter Lab 公司），SIP-160FZL數碼印花機（日本島精公司），YG026MG電子織物強力機（溫州方圓儀器有限公司），視頻光學接觸角測量儀（德國KRUSS公司），YG 571B色牢度測試儀（溫州際高檢測儀器有限公司）。

2.常壓等離子體及數碼印花工藝

（1）常壓等離子體預處理

將桑蠶絲織物樣品放在PlasmaFlecto 30常壓等離子體設備的下極板上，壓緊墊片，平整布面，通入適量氬氣，調節壓強至所需值，預熱40 min后，啟動設備發生器開始放電，達預定時間后，關閉進氣閥，打開設備的放氣閥，取出樣品，放于干凈地方備用[9]。

（2）桑蠶絲織物數碼印花工藝

工藝流程[10]：處理圖片→調漿上漿→烘干預處理（溫度60 ℃、時間25 min）→噴墨印花（溫度24℃、濕度62 %）→烘干（溫度60℃、時間40 min）→汽蒸(溫度90℃、時間60 min)→烘干（溫度60 ℃、時間40 min）→洗水→烘干（溫度150℃、時間3 min）。

3.測試方法

（1）潤濕性

經常壓等離子體處理后，對樣品進行數碼印花，然后使用視頻光學接觸角測量儀測試桑蠶絲織物的潤濕性能，潤濕時間越短表明織物的濕潤性能越好，反之，潤濕時間越長則表明濕潤性能越差。

（2）得色量

使用Ultra Scan PRO測色儀對數碼噴墨印花后的桑蠶絲織物樣品的4個單色色塊分別在6個位置進行測量，取6次測量的平均值為得色量（K/S值），K/S值越大說明織物的染色性能越好[11]。

（3）滲透率

按照得色量的測試方法，可以測試并得到桑蠶絲織物樣品的正反面得色量K/S值，使用公式（1）能夠計算出桑蠶絲織物樣品數碼噴墨印花后的滲透率，滲透率越高表明織物的滲透性能越好[12]。

（4）色牢度

桑蠶絲織物數碼印花耐皂洗色牢度依照GB/T 3291-2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》標準進行測試；耐摩擦色牢度依照 GB/T 3920-2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測試標準進行測試。

（5）脫糊率

采用減量法得到桑蠶絲織物數碼印花后的脫糊率D。取50 cm×50 cm的樣品經烘干后測其質量為Q1，經等離子體及上漿前處理的數碼印花后烘干測試其質量為Q2，再經汽蒸、洗水、烘干等后處理再測試其質量為Q3，由公式（2）可得到脫糊率D。

（6）斷裂強力

依照GB/T 3921.1-1997《紡織品 織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》的測試標準，取5條50 cm×10 cm的桑蠶絲織物樣品放入恒溫恒濕（溫度25℃、濕度65 %）的條件下18 h，用電子織物強力機設備進行測試，各取其經向緯向測量的平均值[13]。

二、結果與討論

1.常壓等離子體最佳工藝參數

（1）最佳輸出功率

常壓等離子體輸出功率對桑蠶絲織物的數碼印花效果影響很大，功率太小對桑蠶絲纖維表面改性效果弱，功率太大又會降低桑蠶絲纖維的斷裂強力，本試驗設定作用時間和氣體流速分別為10 min和2.0 L/min，輸出功率分別為50-100 W，研究輸出功率對桑蠶絲織物潤濕性能的影響，測試結果如表1所示。

表1 常壓等離子體輸出功率對桑蠶絲織物潤濕性能的影響

由表1可看出，潤濕時間隨著輸出功率的增大而減少,桑蠶絲織物潤濕性能得以不斷提高，這是由于隨著輸出功率的增加，常壓等離子體中高速電子的活性和數目都有所增加，親水基團在桑蠶絲纖維表面更容易形成，親水性能得以提高，潤濕時間減少。當輸出功率為80 W時，潤濕時間降到198 ms,潤濕性能大大提高，之后，隨著輸出功率的不斷增加，潤濕時間雖有下降但不太明顯，從節能和實際考慮，確定常壓等離子體的最佳輸出功率為80 W。

（2）最佳作用時間

常壓等離子體作用時間對桑蠶絲織物的表面改性影響明顯，作用時間太久損傷桑蠶絲纖維，時間太短達不到好的改性效果。將常壓等離子體輸出功率和氣體流速分別設定為80 W、2.0 L/min，作用時間分別為6-12 min，桑蠶絲織物的潤濕時間變化結果如表2所示。

表2 常壓等離子體作用時間對桑蠶絲織物潤濕性能的影響

從表2可得知，經常壓等離子體預處理，隨著作用時間的不斷加大，桑蠶絲織物的潤濕時間不斷下降，當作用時間從6 min到10 min，桑蠶絲織物的潤濕時間從1105 ms迅速降到234 ms。這是因為常壓等離子體所產生的高能粒子對桑蠶絲纖維的刻蝕由表及里，當作用時間較短時，高能粒子與桑蠶絲纖維表面的碰撞較少，刻蝕作用較弱，潤濕性能不強。當作用時間不斷增加，桑蠶絲纖維表面與高能粒子的碰撞頻繁，促使高能粒子順利進入桑蠶絲纖維內部，導致桑蠶絲織物的潤濕時間變短，親水性能變強。之后，隨著作用時間的增加潤濕時間雖有所下降，但變化不大，綜合來看，最佳作用時間為10 min。

（3）最佳氣體流速

常壓等離子體的氣體流速可以促進光輝放電，增加常壓等離子體的空間能量。確定作用時間為10 min、輸出功率為80 W，氣體流速分別為0.25-2.5 L/min，桑蠶絲織物的潤濕時間變化結果如表3所示。

表3 常壓等離子體氣體流速對桑蠶絲織物潤濕性能的影響

由表3可得知，隨著氣體流速的增加桑蠶絲織物數碼印花后的潤濕時間持續降低。這是由于氣體流速較慢時，高能粒子產生較少、活性較弱，隨著氣體流速的加快，能夠帶走更多空間熱量，提高放電的穩定性，可以產生更多的輝光放電，促進更多能量的加入，從而加強了桑蠶絲纖維表面的刻蝕和降解作用，縮短了桑蠶絲織物的潤濕時間，提高了潤濕性能。當氣體流速為2.0 L/min時，潤濕時間大幅下降到198 ms，之后，隨著氣體流速的不斷增加，潤濕時間變化不大，綜合分析，常壓等離子體的最佳氣體流速應為2.0 L/min。

從以上測試結果可得，常壓等離子體最佳工藝參數為：輸出功率80 W,作用時間10 min，氣體流速2.0 L/min。

2.對染色性能的影響

分別將未經常壓等離子體處理的桑蠶絲織物和經過最佳工藝條件下常壓等離子體處理過的桑蠶絲織物樣品進行數碼印花，活性墨水的顏色為青、黃、黑、紅等4色，印花后測試得色量，如表4所示。

表4 常壓等離子體處理前后的得色量

從表4可得知，經常壓等離子體處理后的4種顏色的得色量均有所提升，總得色量也由13.5增加到19.8，說明桑蠶絲織物經等離子體處理后染色性能有明顯提升。這是由于經過常壓等離子體處理后，桑蠶絲纖維的表面層被刻蝕和氧化，桑蠶絲織物的親水性能提高，有利于活性墨水向桑蠶絲纖維內部滲透，提高了織物的染色性能。

3.對滲透性能的影響

常壓等離子體預處理對織物數碼印花的滲透性能有明顯影響，按照相應的方法測試桑蠶絲織物的滲透率，常壓等離子體處理前后桑蠶絲織物的滲透率見表5。

表5 常壓等離子體處理前后的滲透率

從表5可知，桑蠶絲織物的4個色塊經過常壓等離子體處理后的滲透率均有所提升，這是由于常壓等離子體刻蝕了桑蠶絲織物的表面，引入了極性基團，增加了桑蠶絲織物的親水性能，使活性墨水更容易進入桑蠶絲纖維內部，加快了桑蠶絲織物吸收墨水的速度，同時抑制墨水向四周的擴散，從而提高了桑蠶絲織物的滲透性能。

4.對染色牢度的影響

按照試驗部分3.（4）方法測試桑蠶絲織物經過常壓等離子體預處理前后的色牢度，測試結果見表6。

表6 常壓等離子體處理前后的色牢度

從表6可知，常壓等離子體預處理對桑蠶絲織物的數碼印花各項色牢度影響很小，與未預處理相比較，桑蠶絲織物僅耐濕摩擦牢度略有下降，但仍為3級，其中耐皂洗和耐干摩擦色牢度保持不變，還是4級和3級。這應該是由于常壓等離子體預處理僅對桑蠶絲纖維的表面產生作用，且活性墨水與桑蠶絲纖維相結合的共價鍵鍵能較大，導致桑蠶絲織物的色牢度基本沒變化；等離子體預處理后桑蠶絲纖維表面的墨水吸附量增加，表面墨水浮色增多，經濕摩擦時更易脫色，因而濕摩擦牢度稍有降低。

5.對織物手感的影響

桑蠶絲織物在數碼噴墨印花后需將預處理過程中的漿料去除，否則會影響桑蠶絲織物的手感，脫糊率越高說明漿料去除越好，織物的手感越柔軟。經常壓等離子體預處理前后桑蠶絲織物的脫糊率有變化；桑蠶絲織物的脫糊率未經常壓等離子體預處理時為91.3 %，經常壓等離子體預處理后為88.2 %，說明經常壓等離子體預處理后脫糊率略有降低，桑蠶絲織物的手感略有下降。這是因為常壓等離子體預處理會刻蝕桑蠶絲纖維的表面，使桑蠶絲纖維表面變得粗糙；還有活性自由基較大的分子被降解后，會與相鄰分子中的自由基產生交聯并形成交聯層，使桑蠶絲纖維組織結構更緊密，增加了纖維表面的粗糙感，桑蠶絲織物手感從而變硬變差。

6.對斷裂強力的影響

桑蠶絲織物樣品經常壓等離子體處理前后的斷裂強力測試結果可得知，未預處理的斷裂強力為485.6 N，預處理后的為528.8 N經常壓等離子體處理后的桑蠶絲織物數碼印花的斷裂強力有大幅提升，這主要是由于等離子體處理破壞了桑蠶絲纖維的表面層，使真絲表面凹凸不平，增加了桑蠶絲纖維表面的粗糙度，增大了纖維間的摩擦及抱合力，但桑蠶絲纖維的內部結構并沒有明顯改變，所以桑蠶絲織物經等離子體處理后斷裂強力有明顯提升。

三、結論

第一，從桑蠶絲織物數碼噴墨印花潤濕性能的變化角度來分析，桑蠶絲織物的常壓等離子體預處理最佳工藝參數為：輸出功率80 W，作用時間10 min，氣體流速2.0 L/min。

第二，經常壓等離子體預處理后桑蠶絲織物數碼印花的4色得色量均有提升，總得色量增加46.67%，說明染色性能有明顯提升。

第三，經常壓等離子體預處理后桑蠶絲織物數碼印花的青、黃、黑、紅4單色的滲透率分別增加9.57%、58.08%、59.16%、64.13%，表明滲透性能有明顯增強。

第四，經常壓等離子體預處理后桑蠶絲織物數碼印花的斷裂強力增加8.9%，說明斷裂強力有明顯提升。

第五，經常壓等離子體預處理后桑蠶絲織物數碼印花的耐濕摩擦牢度下降0.5級，耐皂洗和耐干摩擦色牢度保持不變。

第六，經常壓等離子體預處理后桑蠶絲織物數碼印花的脫糊率降低3.4%，織物手感稍有變硬變差。