本試驗(yàn)分別使用空氣(以下簡(jiǎn)稱Air)和50%空氣/50%氬氣(以下稱Air/Ar)作為反應(yīng)氣體，對(duì)滌綸織物進(jìn)行常壓等離子體處理，從物理刻蝕和表面化學(xué)組分等方面進(jìn)一步研究常壓等離子體對(duì)滌綸的表面改性及噴墨印花性能的影響。

　　1 試驗(yàn)部分

　　1.1材料和設(shè)備

　　材料滌綸平紋織物(織物克重為61.4 g/m2，紗線細(xì)度為63 D);藍(lán)色納米顏料墨水(江南大學(xué)納米色素與數(shù)字印花研發(fā)中心)。

　　設(shè)備ST/RI脈沖常壓等離子體改性設(shè)備(上海市紡織科學(xué)研究院研制)，Mimaki JV4—180噴墨印花機(jī)(日本武藤有限公司)，Minni thermo一350 Roaches焙烘箱(英國(guó)Roaches公司)，DSA一100液滴形狀分析儀(德國(guó)Krtiss有限公司)，Union DZ3視頻顯微鏡(日本西努光學(xué)儀器有限公司)，JSM-5610掃描電鏡(日立株式會(huì)社)，X—Rite Color premier 8400型臺(tái)式分光光度計(jì)(美國(guó)X—Rite有限公司)，PHI-5000C ESCA型X射線光電子能譜儀(美國(guó)PHI公司)。

　　1.2等離子體處理滌綸織物及噴墨印花工藝

　　1.2.1常壓氬等離子體處理

　　先對(duì)放電室抽真空，然后通入氬氣和空氣，設(shè)定處理參數(shù)后開(kāi)始放電，處理一定時(shí)間后停止放電，取出樣品。

　　1.2.2滌綸織物噴墨印花工藝

　　滌綸織物→常壓等離子體處理→噴墨印花→焙烘(120℃×3 min)

　　1.3性能測(cè)試

　　1.3.1 潤(rùn)濕時(shí)間

　　使用DSA一100液滴形狀分析儀，測(cè)量去離子水液滴在織物表面完全鋪展所需的時(shí)間，評(píng)價(jià)其潤(rùn)濕性能(取織物表面5處，分別測(cè)量液滴鋪展時(shí)間，取平均值)。

　　1.3.2噴墨印花防滲效果

　　沿噴墨印花邊界線的經(jīng)緯方向，在放大75倍的視頻顯微鏡下拍照，觀測(cè)未處理和經(jīng)等離子體處理，以及不同處理?xiàng)l件下印花織物的滲化情況。

　　1.3.3顏色參數(shù)測(cè)量

　　采用測(cè)色儀CIE—Lab測(cè)色系統(tǒng)，于D65光源、10°視場(chǎng)測(cè)試織物的K/S值(將織物折疊4層，測(cè)量4次，取平均值)。

　　1.3.4表面元素分析

　　采用PHI 5000C ESCA型x射線光電子能譜儀(經(jīng)過(guò)美國(guó)RBD公司升級(jí))，分析樣品表面各元素的相對(duì)含量比例。分析條件為鋁/鎂靶，高電壓14.0 kV，功率250 W，真空度1 X 10 -8Torr。采用美國(guó)RBD公司的RBDl47數(shù)據(jù)采集卡和AugerScan 3.21軟件采集樣品在0～1 200 eV的全掃描譜(通能為93.9 eV)。

　　1.3.5掃描電子顯微鏡

　　測(cè)試條件：加速電壓20 kV，電流5 mA。完成等離子體處理后，立即對(duì)織物表面形貌進(jìn)行表征。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1 等離子體處理對(duì)滌綸織物潤(rùn)濕性的影響

　　將去離子水分別滴在未經(jīng)處理和經(jīng)Air/Ar等離子體處理的滌綸織物試樣上，觀察液滴在不同時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)，記錄其在織物表面完全鋪展所需的時(shí)間，見(jiàn)圖1。

　　圖1 不同時(shí)間點(diǎn)滌綸織物表面去離子水液滴的形態(tài)

　　由圖1可以看出，對(duì)于未經(jīng)過(guò)處理的滌綸織物，液滴接觸90 S后仍然很難將其潤(rùn)濕。經(jīng)過(guò)常壓Air/Ar等離子體處理后，織物的潤(rùn)濕性明顯提高，液滴接觸織物表面457 ms內(nèi)即可完全鋪展。這主要是由于等離子體處理不僅可在纖維表面形成刻蝕，而且可將一些親水性基團(tuán)(如羥基、羧基、氨基等)引入到纖維表面，使親水性得到顯著提高。

　　2.2等離子體處理對(duì)滌綸織物防滲性的影響

　　表1 Air/Ar等離子體處理前后滌綸織物的噴墨打印線寬

　　水平打印線和豎直打印線的寬度分別體現(xiàn)了織物經(jīng)、緯向的防滲化能力。由表1可看出，織物沿經(jīng)緯方向的滲化現(xiàn)象不同，沿經(jīng)向的滲化較嚴(yán)重，這可能與織物的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。經(jīng)等離子體處理后，水平和豎直打印的線寬明顯變窄。

　　圖2為滌綸織物藍(lán)色墨水噴墨印花的滲化情況。

　　圖2滌綸織物的防滲效果

　　圖2中，經(jīng)Air/Ar等離子體處理后，織物經(jīng)緯方向的防滲性能都得到了明顯改善，印花邊緣線更為清晰。這是由于等離子體處理在纖維表面產(chǎn)生了刻蝕作用，且在纖維表面引入的親水性基團(tuán)提高了織物的吸水性，瞬時(shí)加速對(duì)墨水的吸收，從而起到防滲效果。

　　2.3等離子體處理時(shí)間對(duì)織物印花顏色的影響

　　表2 等離子體處理前后噴墨印花的顏色指標(biāo)

　　由表2可看出，織物經(jīng)常壓Air、Air/Ar等離子處理后，印花織物K/S值變大，顏色變深;L值(明度)減小，顏色偏暗;C值(色度)變大，鮮艷度提高。這是由于等離子體的刻蝕和氧化作用，提高了織物的防滲性能，使單位面積上墨水色素增多，使顏色更深更鮮艷。另一方面，刻蝕使得織物表面粗糙度增加，增加了光漫反射，使明度下降。然而，經(jīng)純空氣和空氣混合50%氬氣兩種氣氛下，滌綸織物顏色效果無(wú)明顯差別。

　　2.4等離子體處理后滌綸表面化學(xué)組分的變化

　　為了獲得處理前后滌綸表面的化學(xué)組分信息，利用XPS(X射線光電子能譜)技術(shù)對(duì)滌綸表面原子的結(jié)合組分和結(jié)合狀態(tài)進(jìn)行定量分析。表3是等離子體處理前后碳元素、氧元素的相對(duì)含量及兩者的比率。

　　表3滌綸織物碳、氧元素的相對(duì)含量及其比率

　　由表3可看出，經(jīng)等離子體處理后，碳含量下降，氧含量相應(yīng)增加，兩種氣氛下O/C比率較未處理時(shí)分別增加0.1和0.2以上。說(shuō)明經(jīng)等離子體處理后，一些含氧基團(tuán)被引入織物表面。在混合氣氛下進(jìn)行等離子體處理，含氧基團(tuán)的含量反而升高，這可能是擊穿電位較低的氬氣混入后使等離子體放電更為均勻，對(duì)空氣的電離也更加充分所致。

　　為了更清楚地了解等離子體處理后含氧基團(tuán)以何種形式被引入滌綸纖維表面，利用c1S高分辨XPS譜及其解譜擬合譜對(duì)其進(jìn)行分析。圖3為處理前后滌綸纖維表面的高分辨XPS擬合譜。

　　(a)未處理

(b)Air等離子體處理

　　(c)Air/Ar等離子體處理

　　圖3滌綸織物CIS譜分峰結(jié)果

　　由圖3可看出，處理前滌綸纖維表面的XPS譜主要由三個(gè)峰組成，結(jié)合能分別為284.6 eV，286.1 eV和288.75 eV，分別對(duì)應(yīng)C-c、C-O和O-C=0，出峰位置與參考文獻(xiàn)基本一致。由處理后滌綸表面的XPS譜可以清楚地看出各種化學(xué)組分的改變，其中C-c鍵明顯減少，而C-O和O-c=0等含氧基團(tuán)卻大大增加。同時(shí)由圖3(b)和3(c)可看出，經(jīng)等離子體處理后織物表面引入了c-o，這是由于c-c鍵在等離子體處理過(guò)程中被破壞，而滌綸纖維表面這些被破壞的鍵又與氧結(jié)合形成含氧的極性基團(tuán)。此結(jié)論也與前述的潤(rùn)濕性測(cè)試結(jié)果相吻合。

　　2.5等離子體處理對(duì)滌綸織物表面形貌的影響

　　織物表面的潤(rùn)濕性除了與纖維種類、織物組織結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還取決于纖維的表面粗糙程度。因此，采用掃描電子顯微鏡(放大2 400倍)對(duì)等離子體處理前后滌綸纖維的表面形貌進(jìn)行表征，結(jié)果如圖4所示。

　　(a)未處理

(b)空氣等離子體處理

(c)Air/Ar等離子體處理

　　圖4等離子體處理對(duì)滌綸纖維表面形貌的影響

　　由圖4可看出，處理前滌綸纖維表面較光滑，處理后由于刻蝕作用使滌綸表面產(chǎn)生凹坑，該結(jié)果與文獻(xiàn)相吻合。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，滌綸表面存在少量凸?fàn)畛练e物，一般認(rèn)為基質(zhì)材料受到表面刻蝕時(shí)，高分子表面層的物質(zhì)會(huì)發(fā)生分解形成氣態(tài)物質(zhì)，這些氣態(tài)物質(zhì)在等離子體環(huán)境中受到活性粒子的作用，又會(huì)返回到基質(zhì)材料表面，回到表面的氣態(tài)物質(zhì)具有重新聚合的能力，便會(huì)在基質(zhì)材料表面的凸出頂端重新發(fā)生聚合，并逐步生長(zhǎng)，最終形成凸?fàn)畛练e物。其數(shù)量和大小與等離子體的功率、放電時(shí)間有關(guān)。

　　對(duì)比圖4(b)和4(C)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分別用Air/Ar和Air作為反應(yīng)氣體進(jìn)行等離子體處理時(shí)，單位長(zhǎng)度上滌綸纖維經(jīng)刻蝕所形成的溝槽，無(wú)論是數(shù)量還是深度，二者并無(wú)明顯差別。

　　3 結(jié)論

　　(1)采用Air/Ar混合氣體常壓等離子體對(duì)滌綸織物進(jìn)行表面改性，可提高織物噴墨印花的清晰度和顏色鮮艷度，且沿經(jīng)緯方向的防滲性能均有明顯提高。

　　(2)經(jīng)SEM和XPS分析，以Air和Air/Ar作為反應(yīng)氣體的常壓等離子體均可對(duì)噴墨印花織物產(chǎn)生明顯且相近的物理刻蝕效果�；烊霘鍤獾牡入x子體，使織物表面引入含氧基團(tuán)含量增加，但對(duì)其實(shí)際印花效果卻未有進(jìn)一步改善。因此可認(rèn)為，等離子體的物理刻蝕對(duì)改善織物的印花性能起到了更為關(guān)鍵的作用。

來(lái)源：印染在線