一种蓝紫色无机纤维及其等离子体制备方法与流程

本发明属于纤维材料领域，具体涉及一种染色耐高温无机纤维及其等离子体制备方法。

背景技术：

众所周知，纤维后处理染色是一种常见的染色方法。特别是利用等离子体技术对纤维进行处理，以增加纤维表面粗糙度和化学活性基团，从而使染料更容易吸附到纤维表面。中国专利文献200810059897.x和201811577679.5都公开了利用惰性气体等离子体来进行芳纶纤维染色的相关方法，并取得良好效果。

但是，不同于芳纶等有机纤维，无机纤维其结构更为致密且表面惰性更强，采用现有技术往往无法达到优异的效果，且这类无机纤维染色方法的报道较少。近年来，以玄武岩纤维为代表的无机纤维发展迅速，若能提供不同颜色的玄武岩纤维，则对推广其下游应用具有实际意义。同样的，作为其他无机纤维如陶瓷纤维、海泡石纤维等面临相同的技术问题。

植物染料是以大自然中自然生长的各种含有色素的植物提取色素作为染料，这种染料可以不使用或极少使用化学助剂的条件下实现染色。最为典型的是杨梅果实，这种紫色一旦沾染到纤维上则很难去除，具有较高的染色牢度。中国专利cn201410291833.8公开了杨梅果实天然染料的制备及其应用，并采用常规羊毛染色工艺将杨梅果实染料上染在纤维上。然而，此技术无法适用于无机纤维。

技术实现要素：

现有技术的缺点在于无法利用天然染料来实现蓝紫色无机纤维的制备。针对这些缺点，本发明的目的在于利用湿润等离子体进行纤维前处理，以天然染料溶液作为染料源，通过高温半碳化的方式来实现纤维变色，从而得到蓝紫色系的无机纤维。

本发明一个方面提供了一种蓝紫色系无机纤维，包括纤维基体及附在纤维基体上的染料组成，所述染料为含花青素植物中有色物质，所述的含花青素植物选自杨梅果实、蓝莓果实、黑莓果实、紫甘蓝叶片、甜菜根、紫甘蓝叶片、黑枸杞果实、黑加仑果实、红枸杞果实、蔓越莓果实、桑葚果实，所述的纤维基体为耐受300℃以上的无机纤维，优选地，选自玄武岩纤维、陶瓷纤维、石英纤维、海泡石纤维。

在本发明的技术方案中，所述附在纤维基体上的染料通过以下方法获得：

1)预处理：利用湿润等离子体对纤维基体进行表面改性获得活化后的纤维，在张力作用下将活化后的纤维在天然染料溶液中浸泡；

2)半碳化染色：将步骤1)所得经浸泡的纤维通过高温半碳化，即得到蓝紫色系的无机纤维；

所述步骤1)中湿润等离子体是利用水蒸气与惰性气体的混合气体进行高压放电而形成的；

步骤1)中所述的天然染料溶液中的天然染料为植物的含花青素的汁液，所述的植物选自杨梅果实、蓝莓果实、黑莓果实、紫甘蓝叶片、甜菜根、紫甘蓝叶片、黑枸杞果实、黑加仑果实、红枸杞果实、蔓越莓果实、桑葚果实。

本发明另一个方面提供了一种蓝紫色无机纤维的等离子体制备方法，包括以下步骤：

1)预处理：利用湿润等离子体对纤维基体进行表面改性获得活化后的纤维，在张力作用下将活化后的纤维在天然染料溶液中浸泡；

2)半碳化染色：将步骤1)所得经浸泡的纤维通过高温半碳化，即得到蓝紫色系的无机纤维。

所述步骤1)中湿润等离子体是利用水蒸气与惰性气体的混合气体进行高压放电而形成的；

步骤1)中所述的天然染料溶液中的天然染料为植物的含花青素的汁液，所述的植物选自杨梅果实、蓝莓果实、黑莓果实、紫甘蓝叶片、甜菜根、紫甘蓝叶片、黑枸杞果实、黑加仑果实、红枸杞果实、蔓越莓果实、桑葚果实。

在本发明的技术方案中，步骤1)中纤维基体选自玄武岩纤维、陶瓷纤维、石英纤维、海泡石纤维。

在本发明的技术方案中，步骤1)中所述的惰性气体选自氩气、氮气、氦气中的一种或多种的组合。

在本发明的技术方案中，步骤1)中所述的水蒸气与惰性气体的体积比为1:5-1:20，优选为1:8-1:12，更优选为1:10。

在本发明的技术方案中，步骤1)中所述的等离子体改性时间为2-10min。

在本发明的技术方案中，步骤1)中等离子体处理时对纤维施加张力，优选地所述的张力为1n以上，更优选为1-3n。

在本发明的技术方案中，步骤1)在天然染料溶液中浸泡活化后的纤维时，对纤维施加1n以上的张力为，优选为3-5n。

在本发明的技术方案中，步骤2)中所述的半碳化是在惰性气体的保护氛围下进行的，所述的惰性气体选自氩气或氮气。

在本发明的技术方案中，步骤2)中半碳化的温度为300℃以上，优选为300-500℃。

在本发明的技术方案中，步骤2)中半碳化时间为30～300min。

在本发明的技术方案中，步骤1)中天然染料溶液的浓度为30％以上，优选为40-60％。

本发明再一个方面提供了本发明所述的方法制备获得的蓝紫色无机纤维。

本发明公开了一种蓝紫色无机纤维及其等离子体制备方法，所述的蓝紫色纤维包括纤维基体及附在表面的杨梅果实半碳化染料组成。本发明的具体制备方法是：利用湿润等离子体，在一定张力下对纤维进行表面活化，使其表面具有大量的含氧活性基团，并增强其表面浸润性和吸附性。随后，在一定张力下，纤维浸泡在富含花青素的天然植物溶液中，使天然染料色素浸入到纤维缝隙中。最后，利用高温半碳化工艺，使纤维适度收缩，将染料固定在纤维缝隙中，并向碳化黑色转变，从而得到蓝紫色系无机纤维。

有益效果

本发明方法新颖独特，简单高效，突破现有技术无法制备蓝紫色无机纤维的限制，制得的蓝紫色无机纤维性能优异、色牢度好，具有极好的实际应用前景。

本发明的目的在于提出一种利用等离子体技术来制备蓝紫色无机纤维的方法及所得到的纤维，具有简单、高效等优点。

与现有技术相比，合成染料通常无法耐受300度以上的高温，无法对无机纤维进行染色，而本发明利用天然染料溶液作为染料来源，结合高温半碳化工艺，可以对无机纤维进行染色，且无需改变纤维的组成和成纤工艺，同时避免化学染料的使用，也不产生染色废水。

附图说明

图1为玄武岩纤维织造成的织物的照片，图片显示玄武岩纤维织的织物呈黄棕色。

图2为通过本发明方法染色处理后的蓝紫色玄武岩纤维制品照片，图片显示染色后的产品呈蓝紫色。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

将玄武岩纤维织造成的织物(如图1所示，为黄棕色织物)置于等离子体氛围下，利用体积比为1：10的水蒸气和氩气混合放电，在2n的张力下对玄武岩纤维进行表面活化5min。随后在3n张力下，将活化后的织物按照浴比1：30浸入浓度为50％的杨梅果实原汁的水溶液中10min。取出织物后放置于管式炉中在氮气氛围保护下300度的温度下保持60min，随后在室温下用清水冲洗后，即得到蓝紫色玄武岩纤维制品(如图2所示，为蓝紫色织物)。经测试，蓝紫色玄武岩纤维的耐水洗色牢度、耐摩擦色牢度均在3级以上，具有较好的染色效果。