热致变色染料真丝织物印花工艺研究

2015-01-09 06:53王祥荣

现代丝绸科学与技术 2015年4期

吴露，王祥荣

（苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州215123）

热致可逆变色染料是一种颜色会随温度的变化而改变的功能性染料。随着经济的发展，生产技术和应用水平的不断提高改进，人们对于功能性服装的要求也由实用转为丰富多彩。采用热致可逆变色染料所得服装，可以得到服装颜色随温度而变化和动态花纹的效果，满足了人们对纺织品动态色彩效应和新颖服饰风格的追求，这使得可逆热致变色材料在纺织品上的应用就越来越有必要性［1］。

热致变色染料在一定物质的作用下，失去电子并形成共轭结构，进而发色，但当温度升高时，共轭结构遭到破坏，染料变为无色［2］。因此，随着温度变化，热致变色染料的颜色也随之变化。由于其本身稳定性差，易受外界条件的影响，所以常以微胶囊的形式应用与纺织品上。本文采用热致可逆变色染料对真丝织物进行印花，并讨论粘合剂用量、焙烘温度、焙烘时间、变色染料用量等因素对织物的K／S值、色度值、摩擦牢度和变色性能的影响，进而得出变色染料真丝织物印花的最佳工艺［3］。

1 试验

1.1 材料及仪器

真丝电力纺（南通那芙尔服饰有限公司），嫩绿色热致变色染料（λmax＝650nm）（义乌市变色化工科技有限公司）；增稠剂Ultraprint PDC（苏州森立贸易有限公司）；粘合剂Superprint 101-APF（上海誉辉化工有限公司）；氨水（AR）（国药集团化学试剂有限公司）。

ALC-210电子天平（北京赛多利斯仪器有限公司），DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司），RW 20置顶式机械搅拌器（德国IKA公司），Mu562A型磁棒印花机（北京纺织机械器材研究所），M1N1型高温焙烘机（厦门瑞比精密机械有限公司），Y571B型摩擦色牢度仪（南通宏大事业仪器有限公司），Hunter Lab Ultrascan XE型分光测色仪（美国Hunter Lab公司）。

1.2 变色染料印花

根据实验方案，计算合成所需的药品量，并准确称取，然后将去离子水、嫩绿色热致变色染料、10%粘合剂和2%增稠剂添加于烧杯中，加入氨水，调节pH为8～9，用机械搅拌器搅拌均匀，得到印花色浆。

剪取一定大小的真丝织物，在磁棒印花机上进行印花，调节一定的磁棒压力且保持不变，刮印两次；将印花织物于60℃烘干，然后用焙烘机在规定的温度下焙烘一定的时间。

1.3 测试

1.3.1 印花织物的K／S值与色度值

将印花后的织物折叠两次成四层，在分光测色仪上测定印花织物的K／S值与色度值，扫描光谱范围为350～1 050nm，测试采用D65光源，10°标准视场，样品平行测试四次取平均值。

1.3.2 耐摩擦牢度测试

按照GB／T 3920-2008《纺织品色牢度实验耐摩擦色牢度》进行测试；依据GB／T 251-2008《纺织品色牢度试验评定沾色用灰色样卡》评定织物的干湿摩擦牢度的级别。

1.3.3 印花织物变色性能测试

将印花织物剪成5cm×5cm的规格，放在装有温度计的密闭容器中，并将之置于恒温水浴锅中，缓慢升温，观察织物的颜色变化，记录布样的变色温度和变色时间，其中，变色温度和时间是指变色染料印花织物从开始变色至完全变色的温度和此过程所需的时间。

2 结果与讨论

2.1 粘合剂用量的确定

为了变色染料更好的应用于织物上，获得更好的牢度，粘合剂的用量至关重要。配置一定量的印花浆料，增稠剂PDC1.5%，变色染料1%，粘合剂为101-APF，用量分别是5%、8%、10%、12%和15%，水若干，搅拌均匀后即可得到印花色浆，然后真丝织物上进行印花，60℃烘干，140℃焙烘2min，得到印花织物，然后分别测试这些织物的各项性能。

2.1.1 粘合剂用量对印花织物K／S值和Lab值的影响

用分光测色仪分别测试5组印花织物的K／S值，结果如图1和表1所示：

图1 不同粘合剂用量所得真丝印花织物的K／S值

从图1中可以看出，当粘合剂的用量从5%增大至12%时，印花织物的K／S值随之增加，增幅逐渐变小，但当粘合剂的用量为15%时，织物的K／S值基本保持不变。说明在一定的程度上，印花织物的K／S值随着粘合剂的用量增加而增大。

表1 不同粘合剂用量对印花织物Lab值影响

从表1数据可以看出，印花织物的a＊和b＊值随着粘合剂用量的增加而基本保持不变，并且印花织物的h值呈现先增大后减小的态势，在12%处有最大值。然而，印花织物的L＊值却随之降低，这可能是由于变色染料的发色情况受到了粘合剂的干扰［4］。

2.1.2 粘合剂用量对印花织物摩擦牢度的影响

测试5组棉印花织物的干摩擦和湿摩擦牢度，测试结果如表2所示：

表2 不同粘合剂用量对印花织物牢度的影响

从表2可以看出，随着粘合剂用量的增加，印花织物的干摩擦牢度逐渐增加，当粘合剂的用量达到10%时，干摩擦牢度基本不变，变色染料是靠内嵌在织物表面孔隙和沟壑中粘合剂的机械作用而粘接在织物上的，粘合剂与织物间还形成共价键和分子间作用力，这些都影响着织物的干湿摩擦牢度［5］。但当粘合剂的用量达到12%之后，织物的湿摩擦牢度保持在4-5级不变，再增加粘合剂的用量，织物干湿摩擦牢度的均没有得到提升。综上可得，最佳的粘合剂用量为12%。

2.2 最佳焙烘温度的确定

为了得到牢度较好的印花织物，减小高温对变色染料变色性能的影响，焙烘温度的选择也是必不可少的。配置一定量的印花浆料，在真丝织物上进行印花，60℃烘干，在一定温度下焙烘，焙烘时间为2min，得到印花织物。选用的焙烘温度分别为120、130、140、150、160、170和180℃。

2.2.1 不同焙烘温度对印花织物K／S值和Lab值的影响

用分光测色仪分别测试7组真丝印花织物的K／S值和色度值，结果如图2和表3所示：

从图2可以看出，随着焙烘温度的增加，真丝印花织物的K／S值先增加后减小，在140℃时达到最大值，之后逐渐减小 .这是由于温度太高对粘合剂的效果和变色染料有一定的影响，另外过高的温度，对真丝织物也有些许的损伤，因此在150℃焙烘以及之后更高的焙烘温度时，印花织物的K／S值明显降低，所以焙烘温度不宜过高。

图2 不同焙烘温度所得印花织物的K／S值

表3 不同焙烘温度所得印花织物色度值

从表3中的数据可以看出，随着焙烘温度的升高，所得印花织物的色度值并没有发生太大的变化，织物的亮度和色光相似，表明在一定的温度条件下，织物的L＊、a＊、b＊受温度的影响较小。但随着温度的增加，印花织物的h值先增大后减小，说明过高的温度对变色染料的发色有一定的影响。

2.2.2 不同焙烘温度对印花织物摩擦牢度的影响

测试7组棉印花织物的干摩擦和湿摩擦牢度，测试结果如表4所示：

表4 不同焙烘温度对印花织物牢度影响

由表4看出，随着焙烘温度的增加，干、湿摩擦牢度逐渐增加。这是由于焙烘温度逐渐升高，纤维孔隙增大，变色染料的小分子更易扩散至纤维孔隙中，进而使织物的色牢度得到提升［6］。但当温度达到150℃之后，粘合剂与织物的交联已经达到一种饱和的状态，但温度过高，时间太长，会影响粘合剂的性能，同时对织物也有一定的损伤，且影响色泽的鲜艳度，故进一步升高温度织物的摩擦牢度有所下降［7］。

2.2.3 不同焙烘温度对印花织物变色性能的影响

按照1.1.3中所述方法，分别测试所得印花织物的变色时间和变色温度，所得结果如表5所示：

表5 不同焙烘温度对印花织物变色性能的影响

由表5中的数据可以看出，随着焙烘温度的增加，印花织物的变色温度和变色时间均无明显变化，这说明在一定温度范围之内，焙烘温度的高低对变色染料的变色性能无明显影响，这是由于变色染料的结构不会因为高温而发生改变或分解，耐热稳定性好。综上所述，最优焙烘温度为140℃。

2.3 最佳焙烘时间的确定

为了得到牢度较好的印花织物，减小高温环境对变色染料变色性能的影响，焙烘时间的确定也是重要的一环。配置一定量的印花浆料，在真丝织物上进行印花，60℃烘干，焙烘一定的时间，焙烘温度为140℃，实验选用的焙烘时间分别为1、1.5、2、2.5、3和4min。

2.3.1 不同焙烘时间对印花织物K／S值和Lab值的影响

用测色配色仪分别测试7组真丝印花织物的K／S值和色度值，结果如图3和表6所示：

图3 不同焙烘时间所得印花织物的K／S值

从图3可以看出，在140℃的焙烘温度下，随着焙烘时间的增加，真丝印花织物的K／S值先增加后减小，在2min时达到最大值，之后逐渐减小 .这是由于在高温条件下，过长的焙烘时间影响了粘合剂本身的性能，降低了织物的得色量，且影响织物的色泽鲜艳度，因此在140℃焙烘条件下，焙烘时间大于2min时，印花织物的K／S值明显降低，所以焙烘时间不宜过长。

表6 不同焙烘时间所得印花织物色度值

从表6中的数据可以看出，随着焙烘时间的延长，印花织物的L＊值减小，而a＊和b＊值增大，说明织物的亮度由于变色染料用量的增大而变小，而织物的色光偏向绿光和黄光，但是过长的时间使得织物的L＊值下降明显，所以应选择合适的焙烘时间。另外，焙烘时间对印花织物的h值稍有影响。

2.3.2 不同焙烘时间对印花织物摩擦牢度的影响

测试6组棉印花织物的干摩擦和湿摩擦牢度，测试结果如表7所示：

表7 不同焙烘时间对印花织物牢度的影响

随着焙烘时间的增加，干、湿摩擦牢度逐渐增加。这是由于焙烘时间的延长，变色染料的小分子运动更加活跃，更易扩散至纤维孔隙中，进而使织物的色牢度得到提升［8］。但当焙烘时间继续增加时，印花织物的干湿摩擦牢度保持不变，故过度增加焙烘时间对摩擦牢度并无提升作用。

2.3.3 不同焙烘时间对印花织物变色性能的影响

按照1.1.3中所述方法，分别测试在不同时间下焙烘所得印花织物的变色时间和变色温度，所得结果如表8所示：

表8 不同焙烘时间对印花织物变色性能的影响

由表8中的数据可以看出，随着焙烘时间的延长，印花织物的变色温度和变色时间均无明显变化，这说明在140℃及一定的时间范围内，焙烘时间的长短对变色染料的变色性能无明显影响，这是由于变色染料的结构不会因为高温而发生改变或分解，耐热稳定性好。综上所述，最优焙烘时间为2min。

2.4 变色染料用量的确定

为了变色染料更好的应用于织物上，获得更好的色泽和变色性能，变色染料最佳用量的确定也尤为重要。配置一定量的印花浆料，变色染料的用量分别为0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%和2.0%，水若干，搅拌均匀后即可得到不同的印花色浆，然后在真丝织物上进行印花，并测的织物的相应性能。

2.4.1 变色染料用量对印花织物K／S值和Lab值的影响

用分光测色仪分别测试7组真丝印花织物的K／S值和Lab值，结果如图4和表9所示：

图4 不同变色染料的用量所得印花织物的K／S值

从图4中可以看出，当变色染料的用量增加时，印花织物的K／S值随之增加，增幅逐渐变小，说明在一定的程度上，变色染料的用量越大，印花织物的K／S值也越大。

表9 不同变色染料用量所得印花织物的Lab值

从表9中可以看出，随着变色染料用量的增加，印花织物的L＊值减小，而a＊和b＊值增大，说明织物的亮度由于变色染料用量的增大而变小，而织物的色光偏向绿光和黄光。

2.4.2 变色染料用量对印花织物摩擦牢度的影响

测试7组棉印花织物的干摩擦和湿摩擦牢度，测试结果如表10所示：

表10 不同变色染料用量对印花织物牢度的影响

从表10可以看出，当变色染料的用量增加时，印花织物的干摩擦牢度保持较高的等级不变，均为4-5级，但是，随着变色染料用量的增加，印花织物的湿摩擦牢度却呈现逐渐降低等级的态势。当印花浆料中所添加的增稠剂和粘合剂量一定时，对染料的粘结作用有一定的限制，因此，印花织物的湿摩擦牢度等级随着变色染料用量升温增加而降低；如要使牢度达到要求，当染料用量增加时，必须提高粘合剂的用量。

2.4.3 变色染料的用量对织物变色性能的影响

用分光测色仪分别测试7组真丝印花织物的变色前后的K／S值，并得出ΔE值、Δh值以及变色时间和变色温度，具体数据如表11和表12所示：