CN105980624B - 用于纺织品的着色的等离子体处理 - Google Patents

Abstract

一种处理基底的方法，包括提供基底，所述基底具有大体上片材或平面的形式或纤维或纱的形式；提供着色剂，所述着色剂待在所述基底的表面处凝固；以及使所述基底和所述着色剂经受来自通过大气等离子体装置产生的等离子体的反应性物质，直到所述着色剂在所述基底的所述表面处凝固。使着色剂凝固在基底上的方法包括：使用等离子体、特别是在大气条件下产生的等离子体在基底上进行蚀刻操作或等离子体预处理以改变表面电荷，从而在基底的表面处产生期望的表面纹理或表面电荷；和在等离子体条件或非等离子体条件下将着色剂沉积在表面上；以及允许所述着色剂在所述基底的所述表面处凝固。

Description

用于纺织品的着色的等离子体处理

相关申请

本申请要求于2013年12月13日提交的序列号为61/915,942的美国临时申请的权益和优先权，该临时申请的内容据此通过引用并入，如同全部在本文中叙述以用于所有目的。

背景

本发明的主题涉及用于纤维、纺织品以及其他基底的着色剂。本发明的主题特别地涉及将天然的或合成的着色剂施加至纺织品表面。本发明的主题可以使用在大气压系统中产生的等离子体来促进基底的着色。

纺织品材料可以呈诸如纤维、纱、织物、衣服等的若干形式中的一种。纺织品着色剂以固体形式和液体形式二者来供应，例如，作为粉末、颗粒、溶液或分散体。在某些例子中，前体被施加至纺织品材料以在纺织品内在原位产生着色剂。

纺织品着色剂将颜色赋予纺织品材料，通常具有高度永久性，这是其在纺织品材料内或围绕纺织品材料的化学结合或物理包埋(physical entrapment)的结果。染料和颜料二者均用于纺织品的着色。前者物质在它们的施加期间的某点处存在于溶液中，而颜料在颜料被施加在其中的任何媒介物内以及在纺织品材料自身内保持不溶解。染料具有对纺织品材料的亲和力并且在用于施加至给定基底的合适溶剂中是可溶的。染料可以渗透纤维以在颜料被固定至表面的地方染色。染料由于纤维与染料之间的化学相互作用被吸引至纤维。附接至生色团(有色分子)的反应基团提供染料与纤维反应而不影响颜色的能力。键可以通过氢键、离子键或共价键形成。在染色中的复杂的相互作用和变量已被很好地记录。变化性的区域包括基底、化学品、基底的制备以及程序变化。

颜料赋予颜色；然而，颜料对纺织品材料不具有固有的亲和力。当染料可以扩散至纤维材料中时，颜料被结合至纤维表面。在某些情况下，名称可以通过着色剂是否悬浮或溶解于溶剂中来区分。

用于纺织品的当前的染料技术使用大量的水来施加染料。织物必须首先被润湿以帮助染料渗透至织物中。这些湿润的过程还使用大量的热和能量来固化染料并使染料凝固。在将织物从染料中除去之后，然后加热织物以除去水分并且将染料永久地附着至织物中的纤维。已知，在施加任何染料之前，织物可以经由大气等离子体被预处理以在典型的润湿加工期间调节或活化用于改进的染料拾取(dye pickup)的织物表面。色牢度、固化温度降低以及润湿性/亲水性各自可以在适当的大气等离子体预处理之后被改进。然而，此类预处理仍然使用并且经受常规的水密集型染料浴程序的全部缺点。归因于水-载体方法的缺点，必须添加其他化学品来控制浴的pH、碱度以及其他参数。

传统地，水已被用作纤维与染料相互作用之间的染色介质。亲水性纤维吸收水(这使内部的纤维氢键断裂并且导致纤维被水溶胀。这允许染料迁移至纤维中并且与纤维结合。当水温度升高时，纤维溶胀增大并且更好的染色随着温度的升高产生。疏水性纤维、聚酯和聚酰胺不在水中溶胀。因此，水用作介质以传输待被沉积至纤维表面上的小的染料颗粒。在这种情况下，水可以用作传热介质。

施加纺织品整理剂(finish)通常包括使织物(编织的、针织的或非编织的)通过化学浴，然后是热固化过程。在化学浴中，织物收集或吸收浴中的某些化学品。这些化学品通常被称作“整理剂”，其包括拒水剂、抗微生物剂、UV防护物和着色剂。为了辅助化学浴中的化学整理剂的溶解性，表面活性剂和乳化剂常常被添加以产生在浴中的均匀悬浮液。

目前，与纺织品一起使用的润湿过程具有若干缺点。经处理的织物的干燥和固化需要织物在高温下被暴露若干分钟。可能需要大的烘箱和框架来防止织物收缩，而高温可能改变悬垂性(drape)并且使织物变硬，或产生干燥且粗糙的手感。使浴中的整理剂增溶所需要的添加剂可以渗透织物，留下分解的产物，产生薄膜，或作为杂质剩下。某些杂质可能洗不掉并且导致在某些家庭清洁实践期间除去整理剂。因为，当整理剂被吸收至织物上时，化学浴的组成和pH随着时间变化，所以浴必须被周期性地更换。这对于使用化学品的工艺以及环境是有代价的，如果不适当地过滤的话。此外，染料浴化学必须被恒定地监测并且调整。在这些整理工艺期间使用大量的水以及能量以在相对高的温度下固化织物。另外，在该过程的每个步骤，存在专门的设备和步骤--浴、烘箱、浴和水的清洁和循环。用于全部步骤的所需要的设备在工厂车间上占据相当大的占地面积，增加了操作的复杂性和费用。

具有用于有效且简便地构建具有多种性质的终产物的需求的其他领域包括床上用品、餐桌用布、室内装饰、帏帐、帐篷、遮篷等等。

因此，存在对于解决前述需求的改进的纺织品着色剂应用和构建以及制造方法的实质需求。这些和各种其他需求通过本文公开的本发明的主题来解决。

概述

一般而言，本发明的主题涉及处理基底例如纺织品以改进基底性质的方法。在某些方面，本发明的主题预期提供具有大体上片材或平面的形式的基底。

在某些实施方案中，本发明的主题涉及一种处理基底的方法，包括：提供基底，所述基底具有大体上片材或平面的形式或纤维或纱的形式；提供着色剂，所述着色剂待在所述基底的表面处凝固；和使所述基底和所述着色剂经受来自通过大气等离子体装置产生的等离子体的反应性物质，直到所述着色剂在所述基底的所述表面处凝固。

在其他实施方案中，本发明的主题涉及一种处理纺织品的方法，包括：提供纺织品；提供着色剂，所述着色剂待在所述纺织品的表面处凝固；使所述纺织品和/或所述着色剂经受足以使着色剂单体在所述表面处凝固的等离子体条件；以及继续所述条件直到所述着色剂凝固。

在还其他实施方案中，本发明的主题涉及一种使着色剂在基底上凝固的方法，包括：使用等离子体、特别是在大气条件下产生的等离子体，在基底上进行蚀刻操作，以在基底的表面处产生期望的表面纹理；和在等离子体条件或非等离子体条件下将着色剂沉积在表面上；以及允许所述着色剂在所述基底的所述表面处凝固。

在又其他实施方案中，本发明的主题涉及一种构建体，包括基底材料和在基底的表面处凝固的着色剂，并且其中所述基底包括具有大体上片材或平面的形式的纺织品材料，并且纺织品包括蚀刻的表面处理层以及在蚀刻层中的着色剂和基底材料的复合物。

如本文中使用的，“纺织品”在最广泛的意义上使用，即，柔韧材料的编织的、针织的、毡制的或其他编织的或非编织的薄片材，该柔韧材料如整理的物品诸如衣服物品、鞋类物品和室内装饰物品中的织物或布是有用的。纺织品可以由合成纤维、天然纤维、掺合物以及基于生物的纤维材料组成。纺织品可以用于任何数目的应用，包括用于便装、商业服装或制服、家居用品、家具或运输室内装饰、服务物品例如餐桌用布或餐巾、地毯、毛毡、户外家具、油布或遮阳棚以及任何其他纤维物品。织物可以是柔性的、纤维非编织基底，例如纸和纸绷带、一次性服装或手帕。

根据本发明的主题，被称作“大气等离子体”加工的等离子体加工操作的类别特别适合于将着色剂施加至纺织品。等离子体操作促进染料或其他着色剂在着色剂被施加到的基底的表面处的新颖的相互作用，以可见地赋予颜色。

本发明的主题的方法消除或大体上减少在整个染料工艺中对水的需求。该方法还大体上减少将织物加热至高固化温度所需要的能量，如当前将染料永久地附着至织物所需要的能量。等离子体染色不需要大的烘箱来从经处理的基底中除去水。另外，用于染料溶液的溶液储存器将保持恒定溶液并且从不被稀释--大量添加比在常规的当前工艺中恒定地调节染料浴化学更多的溶液是更容易的。

除去染料浴的工艺输入还在工厂车间上释放了大量的加工空间。

在其他实施方案中，本发明主题的第二施加技术涉及经由垫料工艺(padprocess)将染料或其他着色剂直接施加至织物或其他基底。然后，使经处理的织物经受等离子体工艺以固化染料并且将染料永久地附接至织物表面。该方法相对于常规的基于水的工艺还将有利地大体上减少所消耗的水和能量。

总体地，使用等离子体将染料施加至织物或将染料固化在织物上将减少加工时间、降低成本并且对环境提供较少负担。本发明的工艺包括将包括合成染料和有机染料以及二者的掺合物的全部着色剂和染料类型施加至全部基底的表面上。基底包括包含合成纤维、天然纤维和基于生物的纤维以及各自的任何组合的编织的、非编织的和针织的织物的纺织品。本发明的工艺扩展至将着色剂施加至皮革、合成皮革以及表面化学的相同组成的热塑性塑料。

在某些实施方案中，本发明的主题涉及一种处理纺织品的方法，包括：通过喷墨打印、超临界CO₂染色或溶液染色将着色剂施加至基底；和使所述纺织品经受来自通过大气等离子体装置产生的等离子体的反应性物质，直到所述着色剂在所述基底的所述表面处凝固。

这些和其他的实施方案在下面的详细描述和附图中被描述。

前述内容不意图是本发明的主题的实施方案和特征的详尽清单。本领域技术人员能够从结合附图的下面的详细描述理解其他实施方案和特征。

下面是在本发明的主题下的各种发明路线的描述。如在本文件中原始提交的或如后续修改的所附的权利要求，据此犹如直接写入一样被并入本概述部分中。

附图简述

除非如示出现有技术所提到的，否则下面的附图示出根据本发明的主题的实施方案。

图1是可以适用于在等离子体操作下用着色剂处理基底的根据本发明的主题的方法中使用的现有技术装置的示意性表示。

图2是可以适用于在等离子体操作下用着色剂处理基底的根据本发明的主题的方法中使用的现有技术装置的另一个可能的实施方案的透视图。

图3是图2中所示的等离子体加工装置的侧视图的表示。

详细描述

综述

本领域技术人员将认识到，许多修改和变化在为了解释本发明的主题的性质而已经被描述并例证的部分和动作的细节、材料和布置方面是可能的，并且此类修改和变化不背离包含于其中的教导和权利要求的精神和范围。

在其可能的实施方案的某些中，本发明的主题一般涉及将着色剂应用至基底材料的表面，以将期望的颜色和色彩设计(即，两种或更多种不同颜色的组合)赋予基底。“应用至表面”，一般意指，着色剂作为最终结合的沉积材料被施加，或以其他方式被固定在基底的表面材料处或包埋在基底的表面材料中，该基底的表面材料足以提升在基底表面处的期望颜色的外观，这至少部分地归因于着色剂。着色剂以永久的或半永久的方式的固定(即，能够通过正常使用以及洗烫有色物品的重复情况保持大体上固定)在本文中可以被称作着色剂的“凝固”。着色剂在基底的表面处的凝固意指在表面上和/或以在表面下方但具有足够的表面能见度以赋予期望的颜色特性的较深水平。

虽然许多下面的描述可以适用于所有类型的着色剂，但染料将用作着色剂的主要实例以例证本发明的主题和操作的原理。

根据本发明的主题具体地预期的基底包括纺织品。纺织品不限于任何特定类型。如本文使用的，“纺织品”在最广泛的意义上使用，即，柔韧材料的编织的、针织的、毡制的或其他编织的或非编织的薄片材，该柔韧材料如整理的物品诸如衣服物品、鞋类物品和室内装饰物品中的织物或布是有用的。纺织品可以由合成纤维(通常是基于石油的)、天然纤维、掺合物以及基于生物的纤维材料组成。

在其可能的实施方案的某些中，本发明的主题涉及在等离子体加工操作中使作为基底的编织的和非编织的纺织品(其在本文中还可以被称作“基底”)着色。被称作“大气等离子体”加工的等离子体加工操作的类别特别适合于产生此类改性。本发明的主题特别预期了向纺织品表面施加着色剂的纺织品在性质方面的改性。

当前的纺织品润湿工艺是能源和资源密集型的。纺织品工艺例如染色、施加拒水性或拒污性(water or stain repellency)以及其他表面处理需要大量水和大量能量，以用于染色和保持固化温度。湿-染色设备在工厂车间上也具有大的占地面积。因此，存在对于很少使用或不使用水的改进的纺织品工艺的需求。还存在对于需要较少能量和空间以及较少化学品和副产品的此类工艺的需求。通过关于改变疏水性/亲水性选择使基底的表面改性的等离子体条件，等离子体加工可以被用于赋予特性例如可染性和/或拒水性和拒污性。例如，主要为疏水的染料将与已被改性为更疏水的基底表面更好地结合。

至少自20世纪60年代以来，等离子体技术已存在。等离子体一般被视作以激发物质例如离子、自由电子以及一定量的可见光、UV和IR辐射能为特征的物质的气相。等离子体态可以通过电能、核能、热能、机械能和/或辐射能来产生。等离子体可以通过带电粒子密度、温度、压力以及电场和/或磁场的存在/不存在来表征。等离子体一般被分类为热的或非热的。在热等离子体中，达到几千度的温度，这对纺织品和其他普通材料是破坏性的。非热等离子体可以被称作“冷”等离子体，因为它们可以保持在低温下例如在0-100摄氏度的范围之间。存在可以用于纺织品应用的两种类型的冷等离子体：低压即低于大气压(约1-100pa)和大气(环境)压力。

大气等离子体以许多不同形式是可用的：电晕处理、介电阻挡放电、混合组合以及大气辉光放电。低压等离子体处理的一个优点在于它们在真空下在封闭的容器(containedvessel)中进行。因此，它们限于纺织品的批量加工，而非连续加工。对于在用于大的体积的卷到卷工艺中加工纺织品的速度，批量加工不是有效的。在另一方面，在大气等离子体处理的最新进展下，现在存在连续加工纺织品的可能性。因为大气等离子体处理可以是卷到卷工艺并且可以在室温下模拟高温反应，所以它有希望是用于纺织品的改性的理想工艺。

纺织品常常对于高的固化温度和工艺温度具有限制。尽管许多参数影响等离子体处理(等离子体气体类型、停留时间、气流、频率、功率、压力、环境温度、液体单体、气体)，但工艺是更能量有效的且环境友好的。常规的高温等离子体工艺的缺点在于表面改性和分子改性受等离子体的侵略性质限制。等离子体破坏注入到等离子体中的分子的分子链并且使材料破碎。大气等离子体提供充足的能量以产生涂层，该涂层保持纱之间的空间、承受多次家庭式洗烫、保持织物的完整性，并且不影响织物的空气渗透性。编织的织物中的纤维之间的空间为约100nm，并且70nm的膜厚度将对织物的透气性具有可忽略的影响。

当电压跨越气体被放置时，等离子体中的离子化物质可以产生。存在于等离子体中的自由基与基底的表面反应和/或与等离子体中的其他物质反应。等离子体反应可以以多种方式转变基底表面。等离子体中的物质和能量可以用于蚀刻或清洁基底表面。等离子体可以引起多种形式的基底表面活化。例如，等离子体条件可能引起化学键断裂；化学部分和官能团的接枝、表面材料的挥发以及除去(蚀刻)、表面污染物/层的离解(清洁/擦洗)、以及保形涂层的沉积。在所有这些过程中，纺织品材料的高度表面特定区域(例如，<1000A)被给予新的合意的性质，而不负面影响组成纤维或其他组成材料的整体性质。为了例证几个纺织品应用，表面可以是粗糙化的或平滑化的。它们可以制成为更疏水的或更亲水的。表面的化学改性可以通过将官能团附接至基底表面而发生。薄膜的等离子体聚合也是一个选择。在等离子体工艺期间，单体或聚合物可以连接在一起或在基底表面处聚合并且提供各种表面的薄膜和技术性能改变。预处理和表面改性可以仅使用等离子体气体/基底相互作用来完成。为了施加薄膜和官能团，例如，少量的化学品经由注射器被注射、或经由雾至等离子体云中，或作为雾至基底表面上，其中，基底然后立即在等离子体云下经过。某些气体等离子体用于某些效果：氩气--表面粗糙度改性；氧气--表面和表面能改性；氨和二氧化碳—表面化学反应性改性。使用氦气的惰性气体等离子体特别地适合于经由自由基反应聚合的单体。惰性气体能够触发聚合，而不化学地改变所产生的聚合物涂层。前述反应性气体(H₂、N₂、NH₃)的添加可以改变得到的聚合物的性能和组成。这些掺合物可以诱导聚合物链的缩合反应或交联。例如，H₂的添加可能导致单体借助于缩合反应经由OH基团的损失的缩合。此外，为了增加单体的耐久性，N₂和NH₃的添加可能诱导聚合物链的交联。在单体-织物或单体-单体聚合之间诱导的等离子体诱导的聚合反应的提议路径已被记载在文献中。对于拒水剂和二次整理剂的施加而言，等离子体处理已被其他人研究。拒水剂已与阻燃剂组合。阻燃剂和拒水剂单体在浴中混合并且被施加至基底。然后，整理剂使用大气辉光放电等离子体同时地固化。这种研究示出在具有蛋白质单体的进料中包括拒水剂、抗微生物剂、阻燃剂、染料化学等的二次整理剂的应用前景。因此，一种或更多种二次功能整理剂的添加可以被包括在染料或其他着色剂原料中或在分别施加的原料中。例如，在不同的原料中的二次整理剂可以通过大气等离子体经由另外的通道被添加。

下面是用于将着色剂施加至纺织品基底并且随后施加任选的二次整理剂的一个可能的实施方案。在第一步骤预施加步骤中，使基底例如织物经受活化织物表面的等离子体预处理。在第二步骤中，着色剂例如染料或颜料以蒸气形式(或经由垫料添加(paddingaddition))被施加至织物的活化表面。在第三步骤中，使具有被施加的着色剂的织物表面经受第二等离子体暴露。该多步骤工艺相对于单步骤工艺可以用于优化着色剂组成例如染料原料溶液组成以及等离子体参数例如流速等，该单步骤工艺为在单步骤等离子体处理步骤中使织物通过等离子体-染料混合物并且允许沉积、将染料结合至织物上。此外，在这些工艺下，二次整理剂任选地可以被添加至织物和原料溶液。

等离子体条件在约室温下且在约大气压力下。下文预期的染料可以作为液体喷雾或蒸气或雾化颗粒被注入到等离子体室中并且被预计承受住等离子体工艺条件。当通过电压添加产生等离子体时，产生与纺织品表面碰撞的活性物质。对于纺织品，等离子体通常与基底的碳或杂原子反应并且可以形成活性自由基官能团。当着色剂例如染料分子被注入到等离子体中时，着色剂应当经由化学结合结合并固化至基底的活性表面基团上。

对于织物和类似的基底，因为大气等离子体为在约室内条件下，所以对于空气的湿度来预调节织物不是必需的。在某些可能的实施方案中，一般工艺涉及将织物移动至等离子体室中并且使织物在大气压力下经受染料，然后通过等离子体使染料迅速凝固在织物表面上以实现不影响织物的悬垂性或透气性的均匀涂层。沉积(和/或凝固)的染料的量可以取决于在等离子体条件下在室中的染料的流速以及阶段式速度或停留时间。在等离子体条件下在室中花费的时间的变化可以增大着色剂在基底的表面处的着色剂饱和度。此外，工艺可以重复多次以增大着色剂的浓度，从而赋予期望的颜色性质而不影响织物的悬垂性或硬度。

一般地，等离子体可以在基底表面上产生短暂的活化物质。因为大气等离子体操作在室温下使用自由基化学，所以预计染料在等离子体操作中保持稳定。然而，可能的是，着色剂自身可以在等离子体中变得活化。例如，如果染料和织物基底两者通过等离子体被活化，来自每种材料的自由基可以彼此结合。如果染料的活化变得有问题或破坏染料材料，将可能改变进料气体以具体指定自由基形成。另一种可能性是沉积染料并且使用来自等离子体的活性物质作为将染料分子和基底结合在一起的试剂。

简言之，等离子体的电场或通过等离子体装置的电场产生的活性物质可以产生特定的活性基团并且选择性地在分散于等离子体中的染料上或在与等离子体或等离子体的活性物质连通的基底上形成活性基团。等离子体可以用于在染料分子上和/或在基底的表面上产生活性物质，例如羟基、胺、过氧化物。

虽然大气压等离子体通常使用氦气(例如，对于聚合物沉积)作为载气，但可以使用其他气体或掺合物。然而，氦是小的原子，其可能没有足以导致高的电离作用的振动能级、电子能级和转动能级。其他气体可以在产生相对高能量的等离子体中用作载气。此类气体包括环境空气、氮气、氧气、氩气以及这些气体的任何组合。这些其他载气需要相对较高的电压，并且可能损坏纺织品基底，因此将相应地选择气体和工艺条件。

染料类别、机理和应用

在某些实施方案中，本发明的主题涉及将着色剂例如染料施加至纺织品材料或其他基底的表面上或纺织品材料或其他基底的表面中，使得着色剂将颜色可见地赋予表面的方法。

大部分的染料类别被预计保持在等离子体条件下并且形成为反应性等离子体物质。在等离子体下，大部分染料类别被预计足够有能量以被制成活性物质而不降解。可选择地或此外，基底表面将经受等离子体并且通过等离子体变得活化，并且以被等离子体活化或未活化的形式的染料将在等离子体中被固化在基底上。

染料化学可以通过化学组成以及染料向具体纤维的施加来分类。例如，多种化学根据酸性染料、碱性染料、分散染料、直接染料或直接染色的染料(direct orsubstantive)、媒染剂和铬染料、颜料、有机染料、溶剂染料、偶氮染料、硫染料、醋酸人造丝染料、尼龙染料、醋酸纤维素染料和瓮染料来分类。对于纤维素纤维，这些施加方法包括：直接染料、硫染料、偶氮染料、反应性染料以及瓮染料。蛋白质和合成纤维使用酸性染料、碱性染料和分散染料的施加方法。用于每种施加的染料根据它们的化学结构被进一步分类成13个组：偶氮染料、蒽醌染料、苯并二呋喃酮染料、多环芳香族羰基染料、靛类染料、聚次甲基以及相关的染料、苯乙烯基染料、二芳基碳鎓染料和三芳基碳鎓染料、酞菁染料、喹酞酮染料、硫染料、硝基和亚硝基染料以及混杂的染料。

酸性染料包含酸性反应性基团：-SO₃H，并且适用于包含碱性基团例如游离氨基：-NH₂的纤维。羊毛由角蛋白(蛋白质)组成。纤维包括氨基酸脯氨酸和18α-氨基酸。某些氨基酸包含酸性基团和碱性基团。主要的染料吸收位点是氨基酸基团。因为羊毛是两性的，所以它可以吸收酸性染料或碱性染料。尼龙也具有氨基；然而，这些端基的数目取决于纤维如何被制造以及分子量。尼龙是热塑性聚合物并且染色的速率受染料浴的温度和pH影响。碱性染料(阳离子的)在包含酸性基团的纤维上是适用的。这些纤维包含羧基-COOH或磺酸基-SO₃H。

分散染料在水中几乎是不可溶的。这些染料可以适用于尼龙、醋酸纤维素以及其他纤维。然而，分散染料通常适用于疏水性纤维例如聚酯。分散剂在染料浴中被使用以帮助分散不可溶的染料并且增大染料吸收的速率。载体还可以帮助增大对聚酯的亲和力，以及改变染料分子的大小以增加扩散。这些变化还可以改变对纤维的染料坚牢度。例如，高水温的染料浴(例如，约140℃)可以帮助较大的染料分子扩散至纤维中。这种热方法帮助提供更好的颜色坚牢度。

由于低的表面能，聚丙烯是疏水的。聚丙烯具有弱的亲水性并且对于阳离子染料不是反应性的。用氧气等离子体预处理聚丙烯可以以C-O和O-H位点的形式将氧并入到材料的表面上。这些位点增加聚丙烯从阳离子(碱性)染料的染料摄取量。类似地，使用氮气预处理织物可以在材料的表面上产生N-H基团，增加来自直接染料(阴离子染料)的上染率(dyeexhaustion)。羊毛/聚酯掺合物在氮气的等离子体和空气等离子体中的预处理可以诱导NH₂基团，导致阴离子染料(酸性染料)的增大的摄取量。使用氧气/氮气/空气的气体等离子体预处理，羊毛/聚酯掺合物可以通过形成反应性COO-基团和OH-基团示出碱性染料摄取量的增加。

将着色剂成功施加至纤维取决于给定着色剂对给定基底的亲和力。因为如此，着色剂被改性以特定地结合至纤维的电荷，其中对纤维的亲和力大于对着色剂悬浮或溶解于其中的载体溶液的亲和力。每种着色剂具有互补的分子设计以与给定的纤维结合。选择或设计着色剂分子考虑到许多因素，包括对基底的亲和力、对洗涤的耐久性、抗UV性以及对于每种特定产品最终用途所需要的其他参数。虽然下文是基本的概述，但应知道，许多染料机理可以被修改以与纤维结合，在下文未列出。另外的化学品可以添加至染料溶液以改变反应，该反应允许例如酸性染料对通常被碱染色的纤维染色，并且允许碱性染料对通常被酸染色的纤维染色等等。下文是染色机理的基本概况以及等离子体工艺可以如何替代使用水作为载体的当前的染色工艺。

聚酯:

分散染料可以用于对聚酯染色。分散染料被设计成在性质上为疏水的。这样，染料容易地被吸收至聚酯的疏水表面上(即，类似溶解之类)。这些染料对亲水性聚合物例如纤维素(棉)通常将不起作用。下文是三种碱性分散染料的结构。这些染料通常是偶氮、具有R-N＝N-R'基团的化合物或具有通式C₁₄H₈O₂的蒽醌化合物。

尼龙和蛋白质

用于尼龙和蛋白质纤维的染料通常在纤维的聚合物内形成离子键。离子键是在具有相反电荷的两个离子之间的键。基于尼龙、羊毛和其他蛋白质的聚合物纤维携带正电荷(称作阳离子)。因此，染料必须携带负电荷以被吸引至纤维上的分子的正电荷并且与该正电荷结合，且反之亦然。用于这些纤维的染料被称作酸性染料。酸性染料通常不能与纤维素基底结合，因为染料不能与它们形成强的离子键。这种依靠电荷的结合过程在下文的图中被示出。该键与食盐中的键相似。下文是用于染料在尼龙上的依靠电荷的结合过程的示意性染色机理。

下文是用于酸黑染料和碱红染料的碱性化学式。

碱性染料结合至具有负电荷的纤维的聚合物主链。由于电荷排斥，聚酯将不与带正电荷的碱性染料形成离子键。然而，羊毛和丝各自具有羧酸根基团(-CO₂)。该羧基携带将与带正电荷的染料分子形成离子键的负电荷。

纤维素纤维

纤维素纤维例如：棉、人造丝和亚麻布是亲水的。与是疏水的聚酯纤维相反，纤维素染料通常需要是亲水的(类似吸引之类)。纤维素和聚酯纤维均不具有可以与染料分子形成离子键的带强电荷的分子。相反，染料对纤维的亲和力通过被称作氢键的静电力来确定。这是强的力，其中分子拥有通过包含在分子内的原子产生的部分电荷(偶极矩)。这些电荷与相邻分子的带相反电荷的偶极相互作用。该键仅是吸引力并且分子不共用电子。下文是实例，纤维素纤维(A)氢键结合至直接染料(B)。

用于纤维素纤维的染料类别包括偶氮染料、瓮染料、硫染料、直接染料和反应性染料。这些染料中的每种通常必须是水溶性的。因为染料分子可以形成氢键，所以它们在水中被增溶。水具有偶极矩并且带部分电荷。因为如此，水可以形成和破坏氢键。因此，水对于许多化学品是良好的溶剂并且可以环绕染料分子，从而使染料分子悬浮于溶液中。然后，在染料分子上的氢键随着水被蒸发而引导至纤维。

当前的研究已示出，向棉施加阳离子试剂可以将棉上的电荷从负变到正。这增大阴离子染料的亲和力。当前，将阳离子试剂施加至以捆形式的皮棉并且然后在毛纱厂(yarnmill)与未经处理的棉掺合以产生纱，其中经处理的棉可以在不使用电解质(盐)或碱(苏打灰)下并且在低温至温热的温度下被染色。当前的批量加工是昂贵的并且仅用于新颖的纱(例如，套染皮革(overdye heather)，等等)。通过商业化使用大气等离子体的该工艺，对染色棉的成本和环境方面二者均具有非常大的影响存在可能。(参考文献：CottonIncorporated Technical Bulletin:“Dyeing Cationic Pretreated Cotton TRI 3016)。根据本发明的主题，将染料喷射在使用阳离子处理的棉纱和以不同的阳离子处理水平的纱的阳离子棉基底上以及在等离子体中固化可以帮助减少所需要的水和热。另一个优点是新颖的工艺还应当提供更好的色调分布(shade distribution)和染色的深度。

为了增加色牢度(防止染料被洗掉)，产生了瓮染料、硫染料和反应性染料。各自具有在别处概述的独特工艺。反应性染料已被改性以与纤维形成共价键。共价键是平衡键，其中电子对被共用。下文是硫染料(a)、瓮染料(b)、偶氮染料(c)和反应性染料(d)的通用结构。

每组染料具有重要的取代基，该取代基允许染料在水中可溶或与疏水性表面/亲水性表面结合。

等离子体可以辅助前述的染料-基底相互作用。先前，水是载体流体以允许染料分子通过氢键被增溶或被分散以防止染料分子的凝集。在等离子体的情况下，等离子体进料的相互作用可以使纤维表面改性为更亲水的和疏水的。当等离子体在纤维上产生表面电荷时，这对于染料分子产生亲和力以经由氢键、离子键或共价键结合。当染料作为细雾被注射至基底上或至等离子体中时，在等离子体云中的或在基底表面上的染料分子将具有均匀的分布。染色工艺是每个染料分子与纤维上的位点的相互作用。因此，每个键可以被视作单项，与染料浴相似，并且喷射在基底上的或直接喷射至等离子体云中的染料分子的量将对于使基底染色是有效的。因此，如果使用等离子体染色工艺，则不需要水以进行染色操作的大部分。在向织物添加染料之后，织物需要热固化以从纤维中除去过量的水。除去过量的水允许染料分子仅粘附至聚合物链。然而，等离子体工艺不使用任何水。因此，不需要热固化。另外，等离子体反应可以模拟高温反应。因此，如果需要任何能量来克服键能以使染料凝固或永久地固定在基底上，则等离子体能量将足够。

另外，每种染料类型内的基本化学结构在其具有将结合至特定纤维的相同基本结构方面是相似的。不同纤维的电荷之间的相似性已在本文中被概述。因此，在准确度内，染料的结合结果在任何介质、水或等离子体中将是相似的，因为反应和键是相似的。

例如，下文的两个表格示出了基于蒽醌和氨基偶氮苯的分散染料结构。取代基R1-R7控制分散染料产品的特性、颜色、色牢度和染色性质。使用水的许多染料需要染料浴，该染料浴平衡许多参数：举几个来说，ph、碱度和温度。因为等离子体不使用水，所以据信，等离子体可以减少对于许多化学品的需求，并且直接活化着色剂并将着色剂附接至纤维。

1.http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol99/mono99-7.pdf

2.J.R.Aspland,Textile Dyeing and Coloration,American

Association For Textile Chemists and Colorists

在本发明的主题的上下文中，使用染料的着色反应还允许二次整理剂分子附接至天然材料和合成材料，以产生定制用于特定应用例如着色的衣服和用于鞋类的纺织品的涂覆材料，它们具有提供UV-阻挡性质、抗微生物性质和/或自清洁性质的高度活性的表面。涂层可以被掺杂以向涂层或其选定部分提供导电性。掺杂剂的一个实例是碘以及各种导电金属。通过选定的掺杂，导电电路或导电迹线可以在用于电子技术和用于计算应用或无线应用的涂层中被形成，例如出现在“智能服装”的领域中。

等离子体加工

等离子体一般被视作以激发物质例如离子、自由电子以及一定量的可见光、UV和IR辐射能为特征的物质的气相。等离子体态可以通过电能、核能、热能、机械能和/或辐射能来产生。等离子体可以通过带电粒子密度、温度、压力以及电场和/或磁场的存在/不存在来表征。等离子体一般被分类为热的或非热的。在热等离子体中，达到几千度的温度，这对纺织品和其他普通材料是破坏性的。非热等离子体可以被称作“冷”等离子体，因为它们可以保持在低温下例如在0-100摄氏度的范围之间。存在可以用于纺织品应用中的两种类型的冷等离子体操作：低压即低于大气压(约1-100pa)和大气(环境)压力。

大气等离子体以许多不同形式是可用的：电晕处理、介电阻挡放电、混合组合以及大气辉光放电。低压等离子体处理的一个优点是它们在真空下在封闭的容器中进行。因此，它们限于纺织品的批量加工，而非连续加工。对于在用于大的体积的卷到卷工艺中加工纺织品的速度，批量加工不是有效的。在另一方面，在大气等离子体处理的最新进展下，现在存在连续加工纺织品的可能性。因为大气等离子体可以是卷到卷工艺并且可以在室温下模拟高温反应，并且需要很少的水或不需要水，这是用于纺织品的改性的新颖的有利的工艺。

当电压跨越气体被放置时，在等离子体中产生离子化物质。存在于等离子体中的自由基与基底的表面反应和/或与等离子体中的其他物质反应。等离子体反应可以以多种方式转变基底表面。等离子体中的物质和能量可以用于蚀刻或清洁基底表面。等离子体可以引起各种形式的基底表面活化。例如，等离子体条件可能引起化学键断裂；化学部分和官能团的接枝、表面材料的挥发以及除去(蚀刻)、表面污染物/层的离解(清洁/擦洗)、以及保形涂层的沉积。在所有这些过程中，纺织品材料的高度表面特定区域(例如，<1000A)被给予新的合意的性质，而不负面影响组成纤维或其他组成材料的整体性质。为了例证几个纺织品应用，表面可以是粗糙化的或平滑化的。它们可以制成为更疏水的或更亲水的。表面的化学改性可以通过将官能团附接至基底表面而发生。薄膜的等离子体聚合也是一种选择。在等离子体工艺期间，单体或聚合物可以连接在一起或在基底表面处聚合并且提供各种表面的薄膜和技术性能改变。预处理和表面改性可以仅使用等离子体气体/基底相互作用来完成。为了施加薄膜和官能团，例如，少量的化学品经由注射器被注射至、或经由雾至等离子体云中。某些气体等离子体用于某些效果：氩气--表面粗糙度改性；氧气--表面和表面能改性；氨和二氧化碳—表面化学反应性改性。

不同的进料气体可以在纺织品的将与着色剂分子反应或相互作用的表面上产生不同的反应性物质。例如，某些反应性物质的形成可以增加可湿度以及不同的水和染料分子至纤维中和至纤维表面上的扩散。而用大气等离子体对织物进行预处理已用于改进染色工艺。在某些实施方案中，本发明的主题涉及新颖的方法，该方法使用大气等离子体以将染料或其他着色剂直接地施加至织物表面，以及将某种分子量的染料分子赋予至纤维中并且固化着色剂。这在纤维上和纤维内产生永久的、耐水洗的颜色，而不影响织物表面的悬垂性和柔软手感。

等离子体处理是干工艺，其不需要任何显著量的水(除了例如，染料或其他着色剂被增溶或分散在其中的染料原料)。大气等离子体使用很少的能量，并且不需要热来固化。等离子体可以改变纺织品的表面性质并且因此改变可染性。这改变或产生例如在纺织品上的亲水性位点/疏水性位点。其还可以在纤维表面上产生自由基，该自由基可以与着色剂分子反应或相互作用。如果使用等离子体蚀刻工艺，那么它可以在纤维中开孔以允许染料分子更深地渗透至纺织品中以便更好的坚牢度。

美国专利公布20080107822涉及使用大气压等离子体聚合处理纤维材料，并且据此通过引用以其整体并入，以用于与本文中的教导一致的所有目的。所公开的系统和方法可以适用于将着色剂施加至纺织品。与‘822专利公布一致且如下文更详细地讨论的图2-3示出了合适的系统的实例。

美国专利8,361,276公开了用于下游加工的大面积的、大气压等离子体的方法和系统，并且据此通过引用以其整体并入，以用于与本文中的教导一致的所有目的。在该专利中的系统和方法可以适用于将着色剂施加至纺织品。与该专利一致且如下文更详细地讨论的图2-3示出了合适的系统的实例。该系统可以包括无弧的产生大气压等离子体的装置，其能够在约0.1W/cm³与约200W/cm³之间的功率密度下产生大面积的、温度可控的、稳定的放电，同时具有小于50摄氏度的操作气体温度。该装置产生活性化学物质(其在本文中还可以被称作“反应性物质”)。反应性物质可以包括气态亚稳态物质(gaseous metastable)和自由基。作为实例，此类物质可以用于聚合(例如，自由基诱导的聚合或通过基于脱氢的聚合)、表面清洁和改性、蚀刻、增粘(adhesion promotion)以及灭菌。例如，该系统可以包括，冷却式RF-驱动电极或冷却式接地电极、或两种冷却式电极，其中，在使或未使材料同时地暴露于等离子体的电场或离子组分下，等离子体的活性组分可以被导引出等离子体并且导引至内部基底或外部基底上。

在某些实施方案中，本发明的主题涉及产生大气压等离子体的装置，该装置用于在约0.1W/cm³与200W/cm³之间的功率密度下产生大面积的、非热的、稳定放电(discharge)，但还能够具有至多约50℃的中性气体温度。在下文中，术语“大气压”意指在约500托与约1000托之间的压力。等离子体的活性化学物质或活性物理物质离开等离子体放电，之后撞击布置于放电的外部的基底，从而允许基底表面加工，而不将基底同时暴露于等离子体的电场或离子组分。如所陈述的，即使在延长的和连续的操作期间，等离子体具有小于约50℃的中性气体温度，并且作为实例，可以产生包含气体亚稳态物质和自由基的物质。高功率密度、较低的操作等离子体温度和放置待在等离子体的外部被加工的材料，允许加速的加工速率并且处理大部分基底。作为实例，等离子体源可以用于聚合(例如，自由基诱导的聚合或通过基于脱氢的聚合)、表面清洁和改性、蚀刻、增粘以及灭菌。

在某些实施方案中，本发明的主题涉及以下步骤：用至少一种丝多肽涂覆基底纺织品材料的表面，该至少一种丝多肽为具有所选择的特性的聚合物的单体前体；以及将被涂覆的基底暴露于在大气压惰性气体等离子体中产生的活性物质，据此至少一种单体前体被聚合，从而形成具有所选择的特性的整理剂。单体可以被喷射至基底上并且被引入至等离子体室中以固化。或可以在基底处于等离子体室中时施加单体。

脉冲的或非脉冲的高功率等离子体可以用于产生耐久的涂层，该耐久的涂层可以使用秒或更少(与分钟对照)的等离子体暴露来施加，并且用于产生相比于现有技术中描述的那些涂层更厚、更耐久的涂层的连续施加的、有效功率密度可以在1W/cm²与5W/cm²之间(这是在关于现有技术等离子体所报道的功率密度的10²倍与10⁴倍之间)。有效RF频率的范围可以包括任何交流频率，当被电容联接至电极时，该交流频率在电极附近产生“鞘层(sheath)”或暗空间。典型的频率可以在40kHz与100MHz之间。

根据本发明的主题，染料或其他着色剂材料可以被沉积到在等离子体区域外部的织物上，并且被涂覆的织物或其他基底随后移动至惰性气体等离子体中，其中在等离子体中产生的产物例如亚稳态物质和离子物质诱导染料化学结合至织物。反应过程可以具有大部分等离子体工艺非典型的穿透效应；即，反应在基底表面上开始并且向染料可能已经扩散到的表面内部传播。

根据本发明的主题，作为实例，大气气体等离子体例如氦气等离子体的使用通过破碎避免了所施加的着色剂的化学攻击或降解。显著地，大气压的条件使等离子体中产生的离子热化。因此，在等离子体中产生的亚稳态物质和离子物质对于诱导反应是有效的，同时以其他方式保持化学不反应性。其他可能的惰性载气包括氩气、氪气、氖气，并且氙气也可以用作惰性等离子体气体。

众所周知的是，增大施加至等离子体的功率增大围绕电极的鞘层或“暗空间”的厚度。在电容联接的等离子体例如要求保护的本发明的电容联接的等离子体中，鞘层具有排斥电子的时间-平均电场。因此，它对眼睛呈现是暗的，因为它具有大体上降低的浓度的电子，该电子通过经由电子撞击的激发从气相物质产生可见的发射。在鞘层中的这种降低的水平的电子密度抑制氟碳单体的离解。形成于惰性气体等离子体中的中性亚稳态物质可以容易地穿过鞘层的电压降并且诱导反应性物质和反应。

电子仅可以经过用于RF循环的短部分的鞘层，并且仅在保持电荷均衡所必需的程度上这样做。带正电的离子经过鞘层并且将在基于真空的等离子体中用充足的能量(10-100eV)撞击基底以破碎分子，而不是简单地产生反应性物质。因此，根据本发明的主题，纺织品可以通过使其放置成抵靠电极或接近电极而保持在鞘层区域内，其中，施加至等离子体的高功率产生较大数目的亚稳态物质，该亚稳态物质可用于引发反应性物质离开冷凝在织物上的着色剂，同时避免着色剂由于电子或离子的能量撞击的破碎。另外，如果基底被保持为紧密地抵靠电极，用于编织的纺织品和非编织物的等离子体处理工艺可能大体上受限于基底的面向等离子体的侧面。因此，选定的处理可以使用期望的原料和载气等离子体来应用至织物的一侧或两侧以诱导反应。

此外，与其中在鞘层区域中产生高DC偏压的基于真空的等离子体不同，大气等离子体有效地消除了单体对基底的通过能量离子的轰击，该轰击将具有与电子撞击相同的破坏效果。即，在大气压等离子体中，离子经历与中性气相物质的频繁碰撞，并且因此不获得动能，该动能将以其他方式在于真空下操作的等离子体中形成。在大气压等离子体中，离子被热化以接近室温(约0.03eV，与用于基于真空的等离子体的在10eV与100eV之间不同)，致使此类物质不能提供破坏性撞击。此外，此处的大气等离子体源是“对称的”等离子体；即，平行的RF-驱动电极和接地电极的面积是相等的，并且不存在导致等离子体的电学行为的接地的室壁。因此，不存在DC偏压，并且功率密度可以是高于美国专利申请公布第2004/0152381号的基于真空的等离子体中提出的功率密度的>10⁴倍。如本文中使用的，“大气压”等离子体被定义为在足够高以产生等离子体鞘层的总气压下操作等离子体，在该等离子体鞘层中，碰撞对于使穿过鞘层的离子热化是有效的。通常，这发生在300托与3000托之间的压力下。预期的是，将通常采用在600托与800托之间的压力。

惰性载气等离子体例如氦气的使用最适合于被转变成具有自由基的物质的着色剂。惰性气体等离子体具有的优点是能够触发自由基反应过程，而不使着色剂化学改性。然而，在某些情况下，作为实例，可能有利的是，将较少量的反应性气体例如H₂、N₂、NH₃或CF₄添加至惰性气体以改变基底、着色剂和/或基底和着色剂的复合物的性质、性能或组成。以通常小于总气流的20％的量使用此类气体可以用于驱动其他形式的聚合，例如缩合反应或聚合物链之间的交联。

某些着色剂可以呈在基底的表面上形成聚合的涂层的单体的性质。H₂的添加可能有助于促进需要通过缩合反应损失-OH基团的此种单体的聚合。类似地，N₂或NH₃的使用可以促进聚合物链的交联，产生所得到的聚合物的较大的耐久性。

根据本发明的主题的某些可能的实施方案，在大气压下操作的单独的工艺模块可以用于：(1)使着色剂在基底上冷凝；和(2)使冷凝物暴露于大气压等离子体。可选择地，着色剂的冷凝以及等离子体工艺可以在相同的模块、而非单独的模块中完成。通常，这将意味着保持氦气或其他惰性载气的恒定向外流动以便保持着色剂蒸气远离等离子体区域。双模块工艺具有的益处是提供着色剂在基底上的坚牢度或耐久性，以及避免在等离子体系统的电极上的不需要的着色剂蒸气沉积。在此类系统下，因为在电极上不形成沉积物，所以纺织品处理系统可以被连续地操作并且相比于在等离子体中形成气相沉积物质的地方具有较少维护。

纺织品材料的实例包括但不限于，由动物来源或植物来源的纤维、合成纤维制成的纺织品，该动物来源或植物来源的纤维为例如，羊毛、丝、胶原、棉和其他纤维素，该合成纤维为例如聚烯烃纤维、聚酯、聚酰胺(即，尼龙)、来自液晶聚合物的纤维(例如，芳纶)、聚甲醛、聚丙烯酸(即，聚丙烯腈)、聚(苯硫醚)、聚(乙烯醇)、聚(醚酮)(即，PEEK)、聚[2,2'-(间-亚苯基)-5,5'-联苯并咪唑](即，PBI)、聚(羟基乙酸)、聚(羟基乙酸-共-L-乳酸)和聚(L-丙交酯)、芳香族聚酰肼、芳香族聚偶氮甲碱、芳香族聚酰亚胺、聚(丁烯-1)、聚碳酸酯、聚苯乙烯和聚四氟乙烯以及前述的组合。通过固化于基底中的不同的纤维组合上的染料，此类组合可以允许增强某些期望的纤维性质以及某些美学着色结果。通常，纺织品材料或其他基底将被提供并且被加工为材料的片材形式或其他平面形式。然而，在等离子体处理下经受着色的基底还可以是在编织或针织纺织品中使用的纤维或纱。然而，本领域技术人员将理解，其他基底可以包括纱、线、纤维和其他此类丝状材料；膜和薄膜，例如，用作控制环境条件例如防水性、耐水性、透气性和/或防风性的完全的、部分的或选择性的阻挡层的那些。防水的透气的膜材料的实例是膨胀PTFE，该膨胀PTFE可以按照商标名GoreTex出售。

除具有平面形式或片材形式或丝状形式的基底之外，基底可以具有容积3D形式。例如，形式可以是在鞋楦上的代表鞋楦的某些或全部体积的材料。基底可以是用于容纳物品的背包或其他物品。呈平面、丝状或3D形式的基底可以是在鞋类、服装、背包和其他载体、家具或室内装饰等的构建中使用的泡沫物体。泡沫材料包括EVA和PU。基底同样可以是任何天然的或合成的橡胶或皮革。

本文中预期的着色剂和基底的复合物在本文中可以被称作“构建体”。着色剂可以通过任何已知的化学键或结合力被附着至构建体中的下面的基底，该化学键或结合力包括共价键结合、氢键结合、范德华力、离子键结合和物理包埋。着色剂可以以均匀厚度或不同厚度被施加。在聚合物涂层的情况下，单体单元在基底的下面部分上形成单块结构。在其他情况下，单体不一定使单体结合至单体，而是使单体结合至基底反应性位点以在基底的下面部分上形成永久涂层。(换言之，单体形式上不是单体而是与基底组合的反应物。)在可变的厚度涂层的情况下，涂层厚度可以被视作表面上的平均厚度。对于许多应用，涂层具有在1nm与1mm或10nm与100μm之间、或在40nm与50μm之间、或在0.5μm与10μm之间、或在1.0μm与5μm之间的厚度。这些范围是代表性的并且本发明的主题涵盖范围广泛的厚度并且不意图受限于具体给定的实施例。

所施加的着色剂通常将随着基底的期望的表面积被共延伸地施加。换言之，施加面积将大体对应于选定的整个表面积。然而，这并不是说，整个面积覆盖有覆盖范围的实面积或连续面积。例如，在涂层的情况下，它们可以具有例如网、多孔膜、规则地间隔的穿孔的网络或其他非实图案的性质，这些图案大体与界定的表面积一起共延伸。涂层可以具有不同的拓扑结构，其中某些区域比其他区域厚。涂层还可以包括二维特征或三维特征。例如，微电子器件、传感器、电路或迹线可以被整合至涂层中以提供功能特征。

着色剂，作为在基底的表面中的整合的或分散的分子或作为离散层即涂层，可以以任何期望的图案或色彩设计被施加。例如，可以在基底上应用筛网以产生期望的图案，以用于施加相同或不同的颜色的一种或更多种着色剂。为了特定的颜色效果，例如，可以将筛网放置在喷射系统的前面(在喷雾器和基底之间)，在固化之前在基底上产生图案化的喷雾。对于某些重复图案的某些设计，例如，可以将辊附着在喷雾器的前面以改变着色的图案，其中重复的是辊直径的大小。此后，基底可以用不同的筛网和不同的着色剂再次加工以在基底上产生多色的图案。另外，喷嘴可以布置成各自具有不同的着色剂。着色剂可以在单一的等离子体操作中或在单独的批量操作中按顺序地施加。

根据多色设计的期望的输出以及重复的或未重复的图案，设想的是，在等离子体固化之前，基底可以通过打印工艺例如喷墨打印工艺被着色。在离开喷墨打印机之后，通常以卷到卷的形式，织物可以经历轻微的IR快速固化以防止在等离子体固化之前从辊排出。然后，染料或其他着色剂被永久地固化在等离子体中。在某些情况下，对于较快的工艺，基底可以穿过喷墨打印机或其他打印装置并且直接运行至等离子体中以便立即固化。

还设想，包含染料的溶液可以在染料内包含其他元素以改变基底性能。现有技术已经示出在大气等离子体中固化拒水剂和抗微生物剂整理剂二者的能力。作为此的实例，溶液可以包含使基底染色所必需的染料着色剂、蛋白质单体和喷射至织物上且然后在等离子体中固化的拒水剂化学成分。该工艺可以在一个喷射系统中或在将喷墨染料施加至在前面提到的段落中描述的基底上之后。本发明的主题预期，既是已知的且又有待发现的性能整理剂(拒水剂、阻燃剂、抗微生物剂、芯吸剂、蛋白质沉积物等等)的任何组合，可以与染料溶液一起被包括并且与染料同时地施加或与染料工艺一起连续地施加，以与染料一起在大气等离子体中被固化。

对于服装应用，经处理的表面积将大体是至少6平方英寸，但可以大体上或多或少取决于期望的最终结果。对于用于服装应用的材料的批量加工的卷，卷材料的被涂覆的表面积的宽度将通常为至少在约50-72英寸之间且其长度将通常在约1-100米之间。卷长度取决于织物材料和构造。例如，起绒布将是蓬松的并且以短的长度的卷运送，而10-20旦尼尔防羽布(downproof fabric)可以以较高长度的卷运送。对于服装应用，此类材料可以整体地或部分地用于服装物品的外层、中间层和/或内层。

现在转向图1，示出了用于惰性气体大气等离子体聚合处理基底的装置10的一个实施方案的透视图的示意性表示。可以是加热的或未加热的容器12，容纳原料13，例如，包括至少一种着色剂加上任何期望的添加剂的原料。原料通过加热的或未加热的管16被拖出容器12，其中阀18在由箭头20示出的方向上被插入加热的或未加热的计量泵22中。保持各个部件的温度以使试剂呈液态。原料的调节流和恒定流通过加热的或未加热的线路24离开计量泵22，并且导引至气化器单元26中，该气化器单元26将原料转化成液体或固体原料的蒸气，即，气态流、气溶胶流或雾化流。(气化单元以及相关的步骤不是必需的，如果保持在容器12中的原料13已经呈气体或其他蒸气形式。)惰性气体流28可以从气体源30被引入气化器26中，以将蒸气流导引出气化器26并且进入敷料器32中，该敷料器32包括面向基底例如织物34的喷嘴，使得包含气化原料的气体流36被导引至织物34上。织物或非编织的基底34在箭头38的方向上移动，使得织物不被热的气体流36加热，并且挥发性原料不断地冷凝至织物的新的部分上。原料化学品可以施加至室40内部的织物34，这有助于保持蒸气远离等离子体区域42，以便避免在电极44和46上产生不需要的化学自由基和不需要的膜沉积物。在原料冷凝在织物34的表面上之后，织物进入大气压外壳48中。外壳或室40和48分别包括排气装置50和52。术语“外壳和室”可相互交换地使用。这不一定意味着完全封闭的有界空间，如在密封室中。外壳或室可以具有在壁中的开放侧或开口。

在外壳48中，织物34在电极44与46之间经过，该电极44与46是产生惰性气体等离子体42的大气压等离子体源的一部分。可以连续保持的该等离子体在0.25W/cm²与4W/cm²之间的功率水平下操作。对于许多应用，采用在1W/cm²与2W/cm²之间的功率水平。来自源30的惰性气体流54是等离子体气体，源30还可以将惰性气体供应至气化器26。来自原料的着色剂的这种冷凝或沉积、然后是等离子体诱导的颜色-凝固反应，可以重复选定的次数，以用于产生着色剂的多次沉积物或涂层，每一次形成在先前的施用上，以便更大的坚牢度和耐久性。如上文所述，等离子体放电42中的一种或更多种还可以采用例如包含较少添加的反应分子例如H₂、N₂、CF₄或NH₃的惰性气体混合物以促进反应。

区域56指示其中没有着色剂存在的部分(当采用多个敷料器和等离子体时，可以存在着色剂，在这种情况下，区域56将具有来自较早的处理过程的着色剂)；区域58识别其中施加着色剂原料化学品的部分；区域60指示凝固、固化、聚合、交联或以其他方式结合通过气化器/敷料器施加的化学品的等离子体聚合区域；并且区域62识别其中织物已被处理至少一次的区域。图1中未示出的是：(1)射频等离子体电源和匹配网络，它们连接至电极44和46，并且用于为等离子体42供电和调整等离子体42；(2)水冷(water cooling)，其用于冷却电极44和46，使得等离子体的气体温度可以被保持在70℃或低于70℃；(3)用于源30的压缩气体调节器；(4)驱动器和辊，它们用于使织物34穿过敷料器区域移动至等离子体区域中，并且离开等离子体区域；以及(5)在排气装置50和52中的泵，该泵用于收集和再循环惰性气体，所有这些对于本领域普通技术人员是熟知的。织物34可以保持为抵靠一个电极46以将处理过程限于其一侧。任一电极可以用于该目的。

虽然敷料器室或外壳40和等离子体室或外壳48被示出为单独的室或外壳，但每个的特征和功能可以被设置在相同的外壳下。例如，敷料器32和等离子体源，即，用于产生等离子体区域42的电极44、46可以在单一的外壳中。(见，例如，下文讨论的图2-3。)敷料器可以与产生等离子体的电极的操作同时地操作，或敷料器和电极可以按顺序地操作。敷料器可以是系统中的单独的装置，该单独的装置独立于用于载气的进料进口操作或它可以与用于载气的进料进口整合在一起，使得着色剂原料和载气在单一的相同的流中，该单一的相同的流被引入到相同的外壳中并且经受用于产生等离子体的电场。

除单一组的敷料器和等离子体源之外，一系列敷料器/等离子体源可以用于提供着色剂在单一基底上的多次沉积物或多个层。相似地，在单一组的敷料器/等离子体源中，多层沉积物或涂层可以通过使在敷料器和等离子体源的第一次操作之后涂敷的基底的移动反转返回至敷料器并且然后至等离子体源以用于敷料器和等离子体源的第二次操作来施加。

用于示例性实验室等离子体装置的电极的典型尺寸为宽在1cm与13cm之间，长为30cm，其中间隙在1mm与2.5mm之间。典型的电压在包括13.56MHz、27.1MHz和40.68MHz的频率下可以为在120V与450V之间(峰-对-峰)。

本发明的主题适合于连续操作，其中着色剂原料混合物被首先施加至基底，并且然后基底沉积有冷凝的着色剂原料(纯的或施加有其他化学品)。然后，将经处理的基底移动至大气压等离子体中，据此惰性气体等离子体被用于引起着色剂凝固至基底。另外，本发明的主题适合于经由喷雾将着色剂原料直接添加至等离子体云中并且立即沉积并固化在基底上。通过在足够高的功率(>0.25W/cm²，通常在1W/cm²与2W/cm²之间)下操作等离子体，应该可以以至少例如10-100m/min的卷筒速度(web speed)并使用例如10-200cm的电极尺寸(在卷筒行进(web travel)的方向上)处理基底。在大气压下的操作意味着将织物预调节成预设定的水分水平不是必需的。还不是必需的是使等离子体产生脉冲，从而能够实现装置的较大生产率，因为处理过程的任务循环是100％。

可以用于根据本发明的主题的方法的等离子体装置的另一个实例在图2-3中示出。原则上，装置允许在电极之间的等离子体区域中产生的活性化学物质或物理物质的快速流动，以在活性物质通过碰撞或能量损失而失活之前离开等离子体区域并且撞击基底，从而对基底产生化学变化和/或物理变化，而不将基底暴露于存在于等离子体内部的电场或带电部件。这种效果通过以下实现：从形成于接地电极或RF电极中的平行开口之间的空心阴极效应产生“等离子体突出”，并且使用这些突出来辅助将活性物质从其产生点运载到进一步下游。在本情况下，空心阴极效应在接地的、液体冷却的管状的或椭圆形的电极之间产生，该接地的、液体冷却的管状的或椭圆形的电极有效地冷却电极并且借此活性物质在于等离子体内部产生之后流动。与使用具有相似的纵横比的多个水冷的矩形的或正方形的电极相比，使用圆形或椭圆形管来形成接地电极的优点是，椭圆形或圆的电极构造避免尖锐的边缘，该尖锐的边缘将干扰并不合意地增强边缘附近的放电，这归因于将由关系E＝V/r造成的局部增强的电场，其中r是边缘的曲率半径，V是在电极上的施加的、瞬时电压，且E是电场。增强的电场可能诱导电弧放电。如上文所述，这种下游加工方法还抑制将基底暴露于形成于等离子体内部的带电物质，这是由于在此类物质离开等离子体后，此类物质迅速重新组合。

图2是等离子体加工装置110的一个实施方案的透视图的示意性表示，等离子体加工装置110示出为图示RF电极112，RF电极112具有液冷导管114a-114d、由使用铜或其他金属带(图2中未示出)连接至电极112的RF电源和RF匹配网络116供电、并且通过绝缘构件118a-118c支撑，绝缘构件118a-118c可以由例如纤维玻璃、G10/FR4(McMaster-Carr)、酚醛树脂PTFE、玻璃或陶瓷制造，据此，在RF电极112与平面接地电极122之间的第一选定间隔120被保持，平面接地电极122使用平行的、接地的、空心的圆形或椭圆形管124a-124d构建。电能在约1MHz与约100MHz之间的频率范围内被供应，RF匹配网络用于调节装置中的从50欧的负荷偏差。冷却器126将液体冷却剂供应至冷却导管114a-114d并且供应至适用于液冷的空心管124a-124d。矩形管或圆形管可以用于替换冷却导管114a-114d。待被加工的材料128布置在靠近接地电极122的等离子体的外部并且保持以第二选定间隔130与接地电极122间隔开。材料128可以在加工期间使用适当的移动装置132移动。通过气体供应器和歧管136供应的气体进口管134a-134c将适当的气体混合物提供至气体分配管138a-138c，标称3/8英寸外径，作为实例，对于每个气体分配管138a存在至少一个气体进口管134a，以保持跨越气体分配管138a-138c的近似恒定的气压。气体分配管138a-138c可以由例如塑料、特氟隆或金属制成。清楚地，另外的进口管134将被设置为容纳较宽的RF电极112。气体分配管138a-138c具有沿着其长度间隔开的并且面向接地电极122的孔(在图1中未示出)，使得气体通过从RF电极112的底表面141中打开的锥形通道140a-140c出现。锥形通道140a-140c将气体分配管138a-138c坚固地保持在适当地方，并且从表面141凹进。射频电极112示出为被分成两个相对的部分112a和112b，使得通道114a-114d和140a-140c可以容易地机械加工并且气体分配管138a-138c可以被安装，并且用于在放电装置110的操作期间根据需要清洁和维护。在图2中所示的三个气体分配管138a-138c可以以2.5英寸的中心-对-中心的间隔分离，并且从面141凹进了0.125英寸。在本发明的主题的另一个实施方案中，如果不采用管，则可以使用O形环将冷却液体限制至在相对部分112a和112b中的冷却导管114a-114c。为了防止工艺气体通过装置110的侧面损失，气流通过将空间密封在接地管124a-124d的第一个和最后一个与绝缘构件118b和118c之间来阻挡，使得气流的导引总是通过接地管124a-124d(图2中未示出)之间的开口。

图3是此处的等离子体加工装置110的侧视图的示意性表示，示出气体供应管134b、用于RF电极112的水冷通道114b和114c、凹进的气体分配管138b、管状接地电极122以及布置在形成于第一间隔120中的等离子体的下游的材料128。还示出了径向孔142，该径向孔142允许气体从气体分配管138b中流出、进入锥形通道140b中并且从RF电极112b的表面141中流出。孔142的直径可以是0.03英寸。相邻的接地电极管124a-124d之间的间隙可以为在约0.03英寸与0.12英寸之间。据信，在两个等离子体放电装置之间：一个具有约0.12英寸的电极间隙且另一个具有约0.093英寸的电极间隙，对于相同的流动条件，对于相同尺寸的电极22具有更多接地管的后一装置将给出更好的结果。区别可能是用较小的间隙实现的较高的“下游”气流速度以及由于管的增大的面积的较好的气冷的结果。

如上文所述，RF电极的有效冷却可以通过以下来实现：使正方形的铜或铝管114a-114d夹在RF电极112的顶部部分112a与底部部分112b之间，该RF电极112也可以由铝制成，并且使来自冷却器126的恒温控制的冷却水流动，冷却器126通过传导使RF电极112冷却。因为RF电极112和接地电极122均不被介电材料覆盖，所以电极与气体之间的热传导被大大地增强，能够实现有效且高效的气体冷却。接地电极122包括一系列平行的、相等地间隔的管124a-124c，通过这些管，冷却水还利用冷却器126流动。RF电极112和管124a-124d的冷却导管或管114a-114d可以很好地通过其他流体冷却，例如基于甘油的冷却剂或例如冷却气体。由于由接地电极122的管124a-124d提供的高表面积，气冷相对于水冷平面电极被增强。对于具有1/4英寸外径(O.D.)和在管之间的约0.09英寸的开放区域的间隙的管，平面电极上的表面积的增大是约2.2的因子。因此，流动至基底上的下游气流或基底可以被有效地冷却。当使用椭圆形接地电极管124a-124d时，管的短尺寸垂直于RF电极112并且其长尺寸平行于RF电极112。

流动的气体被用于产生等离子体并且用于通过接地电极122的管144a-144d(图2)之间的间隔将活性组分运载出等离子体并且运载到基底128上，活性组分在间隔120中在RF电极与接地电极之间在等离子体放电中产生。对于该目的有效的一种气体混合物包括在约85％与约100％之间的氦气，该氦气从气体供应器136(图2和图3)流动至气体进口管134a-134c中并且流动至气体分配管138a-138c中，还在本文的图2和图3中示出。其他气体或气化物质可以添加至氦气流以提高等离子体体积内部的活性物质的形成。分配管138a-138c装配有小的开口142以允许气体从电极的面向等离子体的侧面离开分配管。通过将这些分配管分别放置在机械加工至电极112中的间隙或通道140a-140c内，分配管保持在等离子体的活性区域的外部，正如气体出口开口。通道不允许紧邻其形成等离子体，因为RF电极和接地电极之间的电极间间隙对于放电太大以致不能发生。气体分配管布置成远离放电以便防止电弧放电事件(arcing events)，该电弧放电事件由于增强的空心阴极效应而发生，增强的空心阴极效应可能以与微空心放电中的方式相似的方式发生在小开口中。已发现三列气体分配管足以实现2m×0.3m的RF电极112的均匀加工，较长的尺寸平行于分配管138a-138d，如图3中所示，并且其中气体分配管的轴线垂直于材料128的移动。

如上文所述，防止来自等离子体的气流离开等离子体区域，除了通过管之间的窄的空间之外。即使大量的电功率(在约10W/cm³与偶尔大于约100W/cm³之间)被存放在等离子体中，这向工艺气体增加热能，但受水冷系统影响的有效的气冷以及在管和RF电极上的绝热器(例如电的介电覆盖物)的不存在使气体温度保持为低的。这可以是显著的，例如，当本等离子体放电装置用于薄膜单体的表面聚合时，因为短暂暴露于热气体将引起在基底上的冷凝的单体迅速地气化并且从系统中逃逸。

材料128可以垂直于接地电极管的平行对准移动，这提供均匀的表面处理，因为表面的所有区域都暴露于气流。材料与管的底部之间的间隙也可以被控制并改变。该间隙通常在约0.5mm与约10mm之间。大间隙使装置能够使施加至厚基底(例如，深的-成堆的地毯)的单体聚合，但还具有的缺点是，流出等离子体的活性化学物质中的某些将重新组合或通过其他时间依赖性手段(例如通过辐射或碰撞)失活，导致较慢的加工。材料和管之间的小间隙具有活性物质的最小失活的优点，但也更易于通过使来自材料的任何挥发性蒸气与工艺气体混合而污染RF电极和接地电极之间的等离子体体积。处理可以从其他加工步骤排出蒸气的材料的能力是明显的优点，因为使用任何原位加工方法来处理此类材料将导致工艺气体被排出的挥发性蒸气污染，或将需要如此高的气流以致成本过高。管的紧密间隔还允许等离子体气体以较高的速度朝向材料离开，因为气流被导引通过较小的空间，这增大了气体的线性速度，而没有气体消耗的伴随的增加，并且从而控制成本。

如果基底或材料将要在装置中保持静止，则结果将是处理的条，每个条对应于接地电极管124a-124d之间的间隙。通过以均匀的方式且在垂直于接地电极的方向上使基底移动穿过装置，已实现均匀的表面加工。这在联机工艺(in-line process)或独立批量工艺(stand-alone batch process)中提供材料的连续处理。基底或材料128可以包括例如柔性材料例如纺织品、地毯、塑料、纸、金属膜和非编织物，或例如刚性材料例如玻璃、硅片、金属和金属片材、木材、复合材料、卡纸板、外科器械或皮肤。基底可以是层压材料。

材料可以使用传送带、移动台或通过行进的其他装置移动。因为基底在等离子体以及其中的电场的外部，所以其运动不复杂。基底与在接地电极管124a-124d之间的等离子体产生的物质的出口之间的距离被调节成使得活性物质的失活或衰变不破坏下游区域中的气体流的化学反应性。基底的在距接地电极管124a-124d的表面的0mm至约10mm之间的放置和移动，可以满足这种条件，这取决于工艺化学。

总之，在一个可能的实施方案中，等离子体的稳定的、非电弧放电操作需要满足以下三个条件：(a)由例如约85％与约100％之间的氦气组成的工艺气体的流；(b)在约1MHz与约100MHz之间的频率范围内的一个电极的RF激发，其中裸金属电极暴露于等离子体；以及(c)在约0.5mm与约3mm之间的在RF-驱动电极与接地电极之间的间隙。据信，在约13.56MHz的RF频率时的约1.6mm的间隔将获得令人满意的结果(并且对于较高频率为稍微较小的距离)。另外，低温操作(即，在约0℃与约100℃之间，或在10℃-35℃之间)需要使用温度控制的流体将两种电极有效冷却，该温度控制的流体为例如冷却的空气、乙二醇或蒸馏水。导电流体例如盐水的使用是不合意的，这是由于盐水的腐蚀效应以及可能产生的射频电源的漏电。

在其中着色剂可以作为离散的、分层的涂层被施加的某些实施方案中，在纺织品基底上的涂层为在1nm与1mm或在10nm与100μm之间、或在40nm与50μm之间、或在0.5μm与10μm之间、或在1.0μm与5μm之间。这些范围是代表性的并且本发明的主题涵盖范围广泛的厚度并且不意图受限于具体给定的实例。1nm-20nm应当满足表面特性的改变。然而，超过20nm的厚度可以被需要以确保诱导织物的表面的触觉变化的能力。

在某些实施方案中，与用于侧面特定的等离子体处理的US 8,016,894中的教导一致，涂覆的纺织品的一侧可以暴露于等离子体，而纺织品的另一侧保持为紧密靠近不受等离子体物质影响的表面。以这种方式，等离子体可以选择性地使纺织品的一侧改性(例如，涂覆)。保护织物的面向不可渗透的表面的侧面免于被等离子体中产生的化学物质改性。应当提到，织物是否被某种力压住抵靠不可渗透的表面或简单地邻近于表面，或在其附近，将取决于被保护的表面中的多少可以被除去或改性，而不致使该表面与被有意加工或除去的表面之间的性质的差异不明显。为了加工大量的织物，纺织品可以以选定的速度移动通过等离子体，使得纺织品在等离子体中花费有效量的时间。在某些情况下，等离子体处理可以提供具有另外的合意性质的功能性配体到织物的在面向等离子体的侧面上的表面；被保护的侧面上的涂层基本上保留为涂覆的，并且可以具有与等离子体加工的侧面不同的功能。因此，本装置和方法可以用于实现期望的双功能性织物。

原料

用于根据本发明的主题的方法的掺杂剂(dope)或原料溶液可以是包括或包含本文中预期的任何着色剂的溶液或分散体或其他混合物或组合物。通常，基于染料的已知化学和对于给定染料的常规已知的溶液，染料可以以适当的稳定和可用的形式被提供。在这方面，通常，染料制造商将能够提供在适当的溶液中的染料或提供具有用于使用的说明书的染料。但一般来讲，为了生产染料的储备溶液，染料粉末用水或其他溶剂来稀释。对于染料工艺必需的各种已知的添加剂可以被添加至溶液。添加剂包括用于驱动染料移动的盐、抗结块剂和防尘剂等。在商业规模的应用中，然后将染料溶液的转鼓(drum)运送至工厂以用于具体的色调/应用。在工厂，溶液可以在染料到达织物之前被稀释多次。这种稀释将使织物的色调改变至期望的程度。

在反应性染料的情况下(例如，用于施加至棉或羊毛)，典型的储备溶液为约8％染料，其中其70％可以是盐并且其余的是浓缩的水或其他溶剂。该盐帮助驱动来自溶液的染料反应至纤维中。颜色的色调通过添加至溶液的染料的量来改变。

通常，反应性染料使用不使用高温的冷垫料批量工艺来施加。然后，将织物放置于蒸汽室中以驱动反应。因为等离子体可以模拟高温反应，所以等离子体可以替代蒸汽室工艺。此外，因为等离子体可以活化染料分子以及织物表面(驱动反应)，所以染料溶液中的盐不一定驱动反应。因此，反应性等离子体染料的储备溶液可以是染料在溶剂中的高度浓缩的混合物。根据本发明的方法，原料溶液可以在0℃至100℃的范围内的温度下生产和/或用于等离子体加工，以用于许多应用。

在分散染料(聚酯)的情况下，储备溶液可以包含某些盐和抗团聚化学物以保持染料分子悬浮。对于反应性染料和分散染料的情况，储备溶液将是高浓度的染料并且与传统的染色方法相比，在储备溶液中需要少的其他添加剂(若有的话)。然后，使染料作为雾被雾化至等离子体中。

如本文中使用的，术语“溶液”是广义术语，其不仅包括适当的溶液而且还包括悬浮液和胶体。用于掺杂溶液的溶剂可以是任何水溶液，其中着色剂是可溶的或可分散的。在下文中，“溶剂”是可以用于产生溶解的或分散的颗粒的任何液体。类似地，对“溶解”以及类似术语的引用，意指出于形成适当的溶液、悬浮液或胶体的目的的溶解或分散的行为。

依据前述教导，本领域技术人员将理解，各种合意的性质或特性可以被赋予纺织品材料以及其他基底。如本文中所使用，此类性质或特性包括，改进的：触觉或手感(例如，织物变软)、强度、耐久性、弹性、阻燃性、拒水性和/或拒油污性、芯吸能力、防虫性(insect-repellency)、抗静电性质、在阳光和照明条件下的抗褪色性、以及减少气味、感染和霉菌或霉的形成的抗微生物性质。染色和/或处理可以选择性地或优先地施加至织物基底的两侧，或选择性地或优先地施加至一侧或另一侧。类似地，染色和处理可以选择性地或优先地施加至基底上的期望的区。选定的或优先的处理可以以相同的或不同的化学性质为中心。例如，不同的区可以用相同的组合物处理，但以用于每个区的用于定制的性能要求的不同的量。

上文结合任何特定实例描述的原理可以与结合其他实例中的任何一个或更多个描述的原理组合。因此，该详细描述将不被解释为限制性意义，并且在检阅本公开内容之后，本领域的普通技术人员将理解多种多样的出借系统(lending system)以及可以使用本文描述的各种概念设计的其他系统。此外，本领域的普通技术人员将理解，本文中公开的示例性实施方案可以适用于各种配置，而不背离所公开的原理。

提供所公开的实施方案的先前的描述以使本领域任何技术人员能够制造或使用所公开的创新。对那些实施方案的各种修改将对本领域技术人员是明显的，并且本文定义的一般性原理可以应用于其他实施方案，而不背离本公开内容的精神或范围。因此，要求保护的本发明不意图限制于本文中所示的实施方案，而是将被给予与权利要求的语言相一致的全部范围，其中除非具体地如此陈述，否则对以单数的要素的引用例如，使用冠词“一(a)”或“一(an)”不意图意指“一个和仅一个”，而是“一个或更多个”。此外，本文中所公开的任何事物都不意图贡献于公众，无论此公开内容是否在权利要求中被明确地叙述。权利要求要素将不会被解释为在美国专利法下的“装置加功能”权利要求，除非该要素使用措辞“用于...的装置”或“用于...的步骤”被清楚地叙述。

本文中引用的所有专利文献和非专利文献为了所有目的据此通过引用以其整体并入。

Claims (23)

1.一种处理基底的方法，包括：

提供基底，所述基底具有大体上片材或平面的形式或纤维或纱的形式；

提供着色剂，所述着色剂待在所述基底的表面处凝固；以及

使所述基底和所述着色剂在大气压下经受来自通过大气等离子体装置产生的等离子体的反应性物质，直到所述着色剂经由在期望的程度上的化学结合附着至所述基底，其中所述着色剂的附着在没有使所述基底浸没在染料浴中的情况下发生。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述基底包括着色剂，在所述基底经受所述等离子体的所述反应性物质之前，所述着色剂被沉积在所述基底的所述表面上，并且其中在具有所述着色剂的所述基底经受所述反应性物质后，所述反应性物质促进所述着色剂在所述基底的所述表面处凝固。

3.如权利要求1所述的方法，其中在所述基底被放置在所述等离子体装置的室中之后，所述着色剂被沉积在所述基底上。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述着色剂包括染料，所述染料被进料至等离子体装置的产生等离子体的电场中，并且所述基底上的所述染料和/或表面位点被转变成反应性物质，使得所述染料和所述基底化学地结合在一起。

5.如权利要求1所述的方法，其中将所述基底放置在所述等离子体装置的产生等离子体的电场内。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述基底被放置在所述等离子体装置的产生等离子体的电场的外部，但与所述等离子体中产生的所述反应性物质连通，所述反应性物质促进所述基底固定至所述着色剂和/或促进所述着色剂固定至自身，以使所述着色剂附着至在所述基底的表面上的共延伸涂层中。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：

通过喷墨打印、超临界CO₂染色或溶液染色将所述着色剂施加至所述基底；和

然后使所述基底经受所述反应性物质，直到所述着色剂在所述基底上的附着在所述期望的程度上完成。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述着色剂选自以下的组：酸性染料、碱性染料、分散染料、直接染料、媒染剂和铬染料、颜料、溶剂染料、偶氮染料、硫化染料、醋酸人造丝染料、尼龙染料、醋酸纤维素染料和瓮染料。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述着色剂包括有机染料。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述着色剂选自以下的组：偶氮染料、蒽醌染料、苯并二呋喃酮染料、多环芳香族羰基染料、靛类染料、聚次甲基以及相关的染料、苯乙烯基染料、二芳基碳鎓染料和三芳基碳鎓染料、酞菁染料、喹酞酮染料、硫化染料、硝基染料和亚硝基染料以及混杂的染料。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述基底包括纺织品材料。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述基底包括纺织品；并且所述着色剂包含待被凝固在所述纺织品的表面处的单体；并且其中使所述纺织品和/或所述着色剂经受大气等离子体条件足以使所述着色剂的单体凝固在所述基底的表面处；并且继续所述大气等离子体条件直到所述着色剂的单体在所述基底的所述表面处聚合成聚合物层。

13.如权利要求1所述的方法，还包括：使用等离子体在所述基底上进行蚀刻操作，以在所述基底的表面处产生期望的表面纹理；和然后在大气等离子体下将所述着色剂沉积在所述基底的所述表面上；以及允许所述着色剂在所述期望的程度上附着至所述基底。

14.一种构建体，包括：

纺织品，所述纺织品具有等离子体转变的纺织品材料的表面；

着色剂，所述着色剂凝固在所述等离子体转变的纺织品材料中；并且

其中所述着色剂和所述等离子体转变的纺织品材料化学地结合在一起。

15.如权利要求14所述的构建体，其中所述纺织品材料包括宽度从10英寸至72英寸并且长度为1-100米的至少任何卷尺寸的纺织品材料的卷。

16.如权利要求14所述的构建体，其中所述着色剂选自以下的组：酸性染料、碱性染料、分散染料、直接染料、媒染剂和铬染料、颜料、溶剂染料、偶氮染料、硫化染料、醋酸人造丝染料、尼龙染料、醋酸纤维素染料和瓮染料。

17.如权利要求14所述的构建体，其中所述着色剂包括有机染料。

18.如权利要求14所述的构建体，其中所述着色剂选自以下的组：偶氮染料、蒽醌染料、苯并二呋喃酮染料、多环芳香族羰基染料、靛类染料、聚次甲基以及相关的染料、苯乙烯基染料、二芳基碳鎓染料和三芳基碳鎓染料、酞菁染料、喹酞酮染料、硫化染料、硝基染料和亚硝基染料以及混杂的染料。

19.如权利要求14所述的构建体，其中所述着色剂在所述等离子体转变的纺织品材料上形成聚合的涂层。

20.一种服装或鞋类的物品，包括：

外层、中间层和/或内层，所述外层、中间层和/或内层整体地或部分地包括纺织品材料，所述纺织品材料具有等离子体转变的表面；

着色剂，所述着色剂凝固在等离子体转变的纺织品材料中；并且

其中所述着色剂和所述等离子体转变的纺织品材料化学地结合在一起。

21.如权利要求20所述的服装或鞋类的物品，其中所述着色剂选自以下的组：酸性染料、碱性染料、分散染料、直接染料、媒染剂和铬染料、颜料、溶剂染料、偶氮染料、硫化染料、醋酸人造丝染料、尼龙染料、醋酸纤维素染料和瓮染料。

22.如权利要求20所述的服装或鞋类的物品，其中所述着色剂包括有机染料。

23.如权利要求20所述的服装或鞋类的物品，其中所述着色剂选自以下的组：偶氮染料、蒽醌染料、苯并二呋喃酮染料、多环芳香族羰基染料、靛类染料、聚次甲基以及相关的染料、苯乙烯基染料、二芳基碳鎓染料和三芳基碳鎓染料、酞菁染料、喹酞酮染料、硫化染料、硝基染料和亚硝基染料以及混杂的染料。