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[摘要]：等离子体是一种优良的导电体，在印染工业中，等离子体印染设备通过放电能使周围气体分子吸收电能形成等离子体，其高能粒子通过辐射、离子流、中性分子流撞击纤维和高分子材料表面，引起材料表面的一系列物理、化学改性，是一种全新的全新制造手段。常压等离子体处理技术避免了低温等离子体和低压等离子体技术存在的技术缺陷，逐渐在工业印染中得到重视。本文对常压等离子体在尼龙染色中的应用进行了分析，结果发现该技术能有效提高尼龙纤维的染色性能，且有效解决了污染问题，具有良好的经济和社会价值。
[关键词]：常压 等离子体 染色 应用
中图分类号：TE665.5+1 文献标识码：TE 文章编号：1009-914X（2012）29- 0011-01
印染技术涉及到高分子材料科学，随着分子学研究的深入，高分子材料的一些优异性能逐渐广泛应用于印刷、烫染等纺织工业，然而其应用范围受制于材料表面的表面性能如化学成分、表面电能等，因此需要表面改性来扩大这些分子材料的应用范围。常见的表面改性法如等电子束辐射法、离子束改性法、纯化学改性法等往往会对材料体性能造成额外破坏，而等离子体改性法进行表面处理时仅触及材料10～100nm深度，而对材料体性能破坏较小，从而达到最大限度改善分子性能目的。低温常压等离子体技术就是当前热门的改性技术，其已在纺织印染中得到广泛应用。
常压等离子体实际是低温等离子体依据工作时气压强度来进行细分的，除此还有低压等离子体。从分子学上说，低温等离子体技术由于其在低压或常压状态下等离子体能将氧元素以氰基的形式渗入纤维表面，从而提高其亲水性，浸润性、印染性，达到改善纤维和高聚物表面性能的目的。近年来，常压等离子体技术在有机材料改性中日益受到重视，成为了纺织工业印染技术研究的热门，然而学界将常压等离子体技术应用于纺织纤维性能研究较为薄弱，本文以尼龙染色为研究对象探讨了常压等离子体技术在改善尼龙性能中的价值。
1 常压等离子体技术介绍
常压等离子体（Atmospheric and Room Temperature Plasma，ARTP）是高分子应用领域新近兴起的一种等离子体源，能够在大气压下产生具有高活性粒子（包括处激发状态下的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基等）浓度的等离子流，将这些等离子流作用于材料表面微生物，可使微生物细胞壁/膜的结构及通透性发生改变，并引起基因损伤，进而使微生物基于序列及其代谢网络发生变化，最終导致微生物产生突变，这一原理可用于纺织品印染中进行纤维表面消毒和清洁。前面提到过，等离子体技术主要指的是低温等离子体，而在低温等离子体中，低压等离子体固然在材料处理领域有着成熟广泛的应用，然而由于该技术对应用环境要求苛刻，且设备昂贵，因此难以实现持续性生产，而常压等离子体设备不受空间和价格因素限制，发展常压状态下的气体放电等离子表面处理技术对印染工业有着可观的前景。目前市面常见的常压等离子体处理技术有常压辉光等离子体、介质阻挡放电等离子体和电晕放电等离子体等技术。
2 实验常压等离子体技术在尼龙尼龙染色中的应用效果
2.1 材料与设备选用
尼龙选用直径为50μm大小的尼龙6长丝，燃料选用分散燃料，采用等离子体设备采用上海造RY-25012 常温染样机、奥林巴斯造光学显微镜、德造激光共焦扫描显微镜系统、扫描电子显微镜、光学能谱仪以及振动细度仪等主要设备。
2.2 常压等离子处理
先将尼龙样品进行丙酮30min清洗，去除表面油剂，再再在真空干燥器中烘干10h以使丙酮充分挥发。所用等离子体设备选用美国造的Atom-floTM250常压等离子体射流（其工作频率为13.45MHz，功率10W，流速10L/min、喷头与基体距离为2mm、基体移动速度2mm/s）。该设备工作原理是以氦气为载体，经喷头里的环状电极电离后产生等离子，在喷出形成等离子体射流。
2.3 染色
一是分散染料染色，步骤为调配染液浓度0.3g/L，掺入稀硫酸将其PH值降至2.3～3.5，在70℃下染色半个小时；二是荧光染料染色，步骤是调配染液浓度0.1g/L，掺入磷酸氢钠将其PH值降至6，在30℃恒温下染色半个小时。
2.4 纤维横截面观察
分别对纤维进行光学显微镜、荧光显微镜、激光共焦显微镜和纤维表面形态观察，X光电子能谱分析仪分析纤维表面元素含量变化情况，振动细度仪和强伸度仪进行先后纤维细度和强度测算。以上观察均为前后纤维变化对比作依据。
3 结果
3.1 纤维表面形态变化前后对比。
从上图观察来看，与处理前的光滑均匀的纤维表面对比，处理后纤维表面呈坑洼凹凸状态，分析原因是常压等离子体射流处理过程增加了纤维表面粗糙度。
3.2 纤维表面化学元素含量对比
通过X光电子能谱分析仪分析纤维表面元素含量变化情况，见下表1统计。
由上表1可以看出，碳元素含量在处理后显著降低，而氧元素和氮元素却在处理后反而增长，分析原因是常压等离子体射流中活性物质将空气中的氧氮元素氧化，并渗入纤维表面，从而增加了纤维表面的极性基团数，从而增强了表面记性，这对燃料的表面附着有促进作用。
3.3 纤维强度前后对比情况
采用振动细度仪和强伸度仪进行纤维细度和强度测算发现，经常压等离子体射流处理前后的强度分别为478MPa和482 MPa，二者数值接近，说明常压等离子体射流对纤维强度影响不明显。分析原因是等离子体进对纤维表面改性起作用，而对高聚物整体性质和力学性能不会产生影响。
4 结语
常压等离子射流处理使周围气体分子吸收电能形成等离子体，其高能粒子通过辐射、离子流、中性分子流撞击纤维和高分子材料表面，引起材料表面的一系列物理、化学改性，明显增加纤维湿性、加快燃料扩散速度，而对纤维强度损伤不大，能整体上改善纤维的染色性能。据此可以说，常压等离子体技术是尼龙染色工作中一种比较先进的方法，具有广阔的发展前景。
参考文献：
[1]杨超，邱高等.离子表面技术和在有机材料改性应用中的新进展[J].高分子材料科学与工程，2007（17），23-30
[2]Maria D，Romero-Shanchez，et al.Environmental friendly surface treatment of styrene-butadiene-styrene rubber：alternative to the solvent-based halogenations treatment[J].International Journal of Adhesion &Adhesives，2005（25），19-29
[3]徐向宇.常压等离子设备的研制与材料表面改性处理的研究[D].北京大学博士学位论文，2006（02）11-14
[4]潘力军等.利用低温等离子体对PET工业长丝的表面改性合成技术及应用[J].2006（12），5-8
[5]Tong Wei，LU Canhui.CAI Yongkun.Surface Modification of Fluororubber Using Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge[J].Plasma Science and Technology.2007（9），296-300
[关键词]：常压 等离子体 染色 应用
中图分类号：TE665.5+1 文献标识码：TE 文章编号：1009-914X（2012）29- 0011-01
印染技术涉及到高分子材料科学，随着分子学研究的深入，高分子材料的一些优异性能逐渐广泛应用于印刷、烫染等纺织工业，然而其应用范围受制于材料表面的表面性能如化学成分、表面电能等，因此需要表面改性来扩大这些分子材料的应用范围。常见的表面改性法如等电子束辐射法、离子束改性法、纯化学改性法等往往会对材料体性能造成额外破坏，而等离子体改性法进行表面处理时仅触及材料10～100nm深度，而对材料体性能破坏较小，从而达到最大限度改善分子性能目的。低温常压等离子体技术就是当前热门的改性技术，其已在纺织印染中得到广泛应用。
常压等离子体实际是低温等离子体依据工作时气压强度来进行细分的，除此还有低压等离子体。从分子学上说，低温等离子体技术由于其在低压或常压状态下等离子体能将氧元素以氰基的形式渗入纤维表面，从而提高其亲水性，浸润性、印染性，达到改善纤维和高聚物表面性能的目的。近年来，常压等离子体技术在有机材料改性中日益受到重视，成为了纺织工业印染技术研究的热门，然而学界将常压等离子体技术应用于纺织纤维性能研究较为薄弱，本文以尼龙染色为研究对象探讨了常压等离子体技术在改善尼龙性能中的价值。
1 常压等离子体技术介绍
常压等离子体（Atmospheric and Room Temperature Plasma，ARTP）是高分子应用领域新近兴起的一种等离子体源，能够在大气压下产生具有高活性粒子（包括处激发状态下的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基等）浓度的等离子流，将这些等离子流作用于材料表面微生物，可使微生物细胞壁/膜的结构及通透性发生改变，并引起基因损伤，进而使微生物基于序列及其代谢网络发生变化，最終导致微生物产生突变，这一原理可用于纺织品印染中进行纤维表面消毒和清洁。前面提到过，等离子体技术主要指的是低温等离子体，而在低温等离子体中，低压等离子体固然在材料处理领域有着成熟广泛的应用，然而由于该技术对应用环境要求苛刻，且设备昂贵，因此难以实现持续性生产，而常压等离子体设备不受空间和价格因素限制，发展常压状态下的气体放电等离子表面处理技术对印染工业有着可观的前景。目前市面常见的常压等离子体处理技术有常压辉光等离子体、介质阻挡放电等离子体和电晕放电等离子体等技术。
2 实验常压等离子体技术在尼龙尼龙染色中的应用效果
2.1 材料与设备选用
尼龙选用直径为50μm大小的尼龙6长丝，燃料选用分散燃料，采用等离子体设备采用上海造RY-25012 常温染样机、奥林巴斯造光学显微镜、德造激光共焦扫描显微镜系统、扫描电子显微镜、光学能谱仪以及振动细度仪等主要设备。
2.2 常压等离子处理
先将尼龙样品进行丙酮30min清洗，去除表面油剂，再再在真空干燥器中烘干10h以使丙酮充分挥发。所用等离子体设备选用美国造的Atom-floTM250常压等离子体射流（其工作频率为13.45MHz，功率10W，流速10L/min、喷头与基体距离为2mm、基体移动速度2mm/s）。该设备工作原理是以氦气为载体，经喷头里的环状电极电离后产生等离子，在喷出形成等离子体射流。
2.3 染色
一是分散染料染色，步骤为调配染液浓度0.3g/L，掺入稀硫酸将其PH值降至2.3～3.5，在70℃下染色半个小时；二是荧光染料染色，步骤是调配染液浓度0.1g/L，掺入磷酸氢钠将其PH值降至6，在30℃恒温下染色半个小时。
2.4 纤维横截面观察
分别对纤维进行光学显微镜、荧光显微镜、激光共焦显微镜和纤维表面形态观察，X光电子能谱分析仪分析纤维表面元素含量变化情况，振动细度仪和强伸度仪进行先后纤维细度和强度测算。以上观察均为前后纤维变化对比作依据。
3 结果
3.1 纤维表面形态变化前后对比。
从上图观察来看，与处理前的光滑均匀的纤维表面对比，处理后纤维表面呈坑洼凹凸状态，分析原因是常压等离子体射流处理过程增加了纤维表面粗糙度。
3.2 纤维表面化学元素含量对比
通过X光电子能谱分析仪分析纤维表面元素含量变化情况，见下表1统计。
由上表1可以看出，碳元素含量在处理后显著降低，而氧元素和氮元素却在处理后反而增长，分析原因是常压等离子体射流中活性物质将空气中的氧氮元素氧化，并渗入纤维表面，从而增加了纤维表面的极性基团数，从而增强了表面记性，这对燃料的表面附着有促进作用。
3.3 纤维强度前后对比情况
采用振动细度仪和强伸度仪进行纤维细度和强度测算发现，经常压等离子体射流处理前后的强度分别为478MPa和482 MPa，二者数值接近，说明常压等离子体射流对纤维强度影响不明显。分析原因是等离子体进对纤维表面改性起作用，而对高聚物整体性质和力学性能不会产生影响。
4 结语
常压等离子射流处理使周围气体分子吸收电能形成等离子体，其高能粒子通过辐射、离子流、中性分子流撞击纤维和高分子材料表面，引起材料表面的一系列物理、化学改性，明显增加纤维湿性、加快燃料扩散速度，而对纤维强度损伤不大，能整体上改善纤维的染色性能。据此可以说，常压等离子体技术是尼龙染色工作中一种比较先进的方法，具有广阔的发展前景。
参考文献：
[1]杨超，邱高等.离子表面技术和在有机材料改性应用中的新进展[J].高分子材料科学与工程，2007（17），23-30
[2]Maria D，Romero-Shanchez，et al.Environmental friendly surface treatment of styrene-butadiene-styrene rubber：alternative to the solvent-based halogenations treatment[J].International Journal of Adhesion &Adhesives，2005（25），19-29
[3]徐向宇.常压等离子设备的研制与材料表面改性处理的研究[D].北京大学博士学位论文，2006（02）11-14
[4]潘力军等.利用低温等离子体对PET工业长丝的表面改性合成技术及应用[J].2006（12），5-8
[5]Tong Wei，LU Canhui.CAI Yongkun.Surface Modification of Fluororubber Using Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge[J].Plasma Science and Technology.2007（9），296-300