紡織用熒光染料

張偉張艷李亮邢鐵玲

（1.蘇州大學紡織與服裝學院，江蘇蘇州 215000；2.鹽城工業職業技術學院，江蘇鹽城 224000）

紡織用熒光染料

張偉1，2張艷1，2李亮1，2邢鐵玲1

（1.蘇州大學紡織與服裝學院，江蘇蘇州 215000；2.鹽城工業職業技術學院，江蘇鹽城 224000）

本文從熒光的產生、熒光染料在紡織領域應用和紡織用熒光染料分類三方面對紡織用熒光染料進行了概述。

熒光；染料；紡織

1 熒光的產生

熒光是自然界的一種常見的發光現象，16世紀中期西班牙的植物學家和醫生N.Monardes最早在木頭水溶液中發現天然藍色熒光[1]。奎寧(如圖1）是第一個被明確定義有機熒光物質[2]，Herschel于1845年首次報道了奎寧溶液發射出可見光[3]，Stokes在1852年文獻中報道了奎寧的發光原理，揭示該現象是奎寧吸收光能后重新發射出不同波長的可見光，并把該發光現象定義為熒光[4，5]。一般來講，熒光物質由短波長的紫外光或可見光照射后，會在極短的時間內發射出各種顏色和不同強度的可見光，紫外光或可見光停止照射后，該光線也隨之很快地消失，這種光線稱為熒光。具有熒光特性的染料稱為熒光染料。

Jablonski光能耗散圖如圖1所示，從機理上對熒光的產生進行了解釋[6，7]。室溫下，大多數熒光染料分子處于最低能級的基態（S0），基態（S0）的染料分子在吸收適當能量后，其價電子從成鍵軌道或非鍵軌道躍遷到反鍵軌道上去，即分子的激發態（單線態S1、S2和三線態T1、T2）。染料分子從不穩定的單線激發態躍遷回到基態發出的光叫熒光，從三線激發態躍遷回到基態發出的光叫磷光。

產生熒光的第一個必要條件是該物質的分子必須具有能吸收激發光的結構，通常是共軛雙鍵結構；第二個條件是該分子必須具有一定程度的熒光效率。所謂熒光效率是熒光物質吸光后所發射的熒光量子數與吸收的激發光的量子數的比值。

圖1 Jablonski光能耗散圖

2 熒光染料在紡織領域應用

紡織業是染料的最大應用領域。20世紀以來，熒光染料開始廣泛應用于紡織、塑料染色、印刷用顏料等多種行業[8]。紡織品染色用熒光染料屬于功能性染料，其既具有常規染料的著色特性，又能發射出熒光，使得織物的飽和度和鮮艷度提高，從而醒目，易引起人們的注意[9，10]。最早應用在紡織品上的熒光染料是羅丹紅及其衍生物[11]。紡織用熒光染料主要應用在制備高可視性警示服裝和高鮮艷度個性服裝方面。

高可視性警示服用織物是無論白天還是夜間（或灰暗背景）在燈光或日光照射下都能與周圍環境形成鮮明反差、清晰可見的一種織物。由于熒光服飾中的熒光分子吸收短波長的光（特別是紫外線），再發出高波長的可見光，因此，熒光面料在陰天、清晨或黃昏時，由于紫外線光波充足，仍然具有生動、醒目的顏色，從而具有高可視性和警示作用。穿著該類服裝可以使駕駛員有足夠的時間停車或采取避讓行動，從而更加有效地為從業人員起到安全防護作用[12]。隨著各國政府對安全工作力度的加大和人們安全意識的提高，市場對高可視性警示服的需求也隨之擴大，其應用范圍覆蓋警察、急救、郵政速遞、環衛、機場、建筑等部門及行業，甚至進入校園及人們日常生活，已逐漸成為人們生活中不可或缺甚至必備的個人安全防護用品。

ISO 20471-2013《高可視服裝國際標準》[13]、GB 20653-2006《職業用高可視性警示服》[14]、EN 471-2003《職業高可視性警示服的試驗方法和要求》[15]和EN 1150-1999《非職業高可視性警示服的試驗方法和要求》[16]都對高可視性警示服裝設計要求做了詳細的說明。高可視性警示服用熒光染料是指染色后熒光面料符合高可視性警示服標準中規定色度要求的熒光染料。高可視性警示服用熒光染料主要從紡織用熒光染料中篩選得到，目前為止，關于高可視性警示服用熒光染料研究報道很少，只有分散熒光黃8GFF[17]、陽離子熒光黃X-10GFF[18]、雷馬素熒光黃FL[19]、羧基熒光素[20]和等幾只染料。

熒光織物除了反射可見光外，還以熒光的方式發射出可見光，使織物在某些波長的反射率甚至超過100%，織物視覺效果明亮、鮮艷。熒光織物鮮艷、醒目的特點，受到了運動、時尚、舞臺表演類服裝的青睞。從色彩的屬性來看，運動服裝通常偏好彩度（純度）高的鮮艷色彩，因為純度高的鮮艷色彩，能產生興奮、激勵、富有生命力的心理效應[21]。如今，人們的生活水平提高了，對紡織品的要求從“實用型”轉向豐富多彩的“享樂型”，熒光服飾已是當前流行的時尚元素。

3 紡織用熒光染料分類

不同結構的纖維所適用的染料品種和應用工藝相差很大。紡織用熒光染料與普通染料一樣，從染整工作者的角度，按照染料的染色方法，染料的應用性能，染料與被染物的結合形式不同，可分為分散染料、酸性染料、陽離子染料、活性染料等品種。

分散熒光染料，在分散染料分子中不含有水溶性基團，是一種水溶性很小的非離子染料，在染色時用分散劑將染料分散成極小的顆粒，在染浴中呈分散狀態。在高溫高壓條件下，染料擴散到滌綸、醋酯纖維等疏水性纖維的內部，通過氫鍵和范德華力與纖維大分子結合，實現染色。目前，商品熒光染料中應用最多的是分散熒光黃8GFF，如圖2所示。Lucjan szuster[22]等介紹了分散熒光染料適用于高可視警示聚酯紡織品上的情況。

圖2 分散熒光黃8GFF

Pik-ling Lam等人[23]合成了基于喹啉結構的分散熒光染料，并將其應用于腈綸織物的染色，對其熒光性能和染色效果做了詳細的研究。喹啉結構分散熒光染料分子結構如圖3所示。

圖3 喹啉結構分散熒光染料

Manjaree A.Satam等[24]合成了五支基于萘酚苯并噻唑結構的分散熒光染料，并將其用在腈綸織物染色上，結果表明染色織物具有較高的染色牢度。萘酚苯并噻唑結構的分散熒光染料分子結構如圖4所示。

酸性熒光染料，染料分子中含有水溶性陰離子基團，能在酸性條件的染浴中完全電離。主要通過離子鍵和范德華力與纖維結合，能對含氮的絲、毛和尼龍染色[25，26]。纖維中的染料陰離子和氨基之間的鍵容易斷裂和重建，并導致許多染料在濕熱條件下遷移。雖然易于遷移有利染色的勻染性，但它導致酸性染料染色后濕處理牢度差[27，28]。

圖4 萘酚苯并噻唑分散熒光染料

郭偉[29]等介紹了酸性熒光染料Telon（天龍）黃M-7G和酸性熒光玫瑰紅B對聚酰胺纖維等的染色性能。酸性熒光玫瑰紅B結構如圖5所示。

圖5 酸性熒光玫瑰紅B

Manjaree A.Satam等[30]合成了四支基于萘酚苯并噻唑結構的酸性熒光染料，并將其用在羊毛、蠶絲和尼龍織物染色上，結果表明染色織物具有較高的染色牢度。萘酚苯并噻唑結構的酸性熒光染料分子結構如圖6所示。

陽離子熒光染料，染料水溶性基團為陽離子型，染料分子溶于水呈陽離子狀態，通過電荷吸引力，與纖維的陰離子相結合，主要用于腈綸的染色[31，32]。商品陽離子熒光黃X-10GFF結構如圖7所示。研究結果表明[18]，陽離子熒光黃X-10GFF可用于制備高可視警示腈綸紡織品。

圖6 萘酚苯并噻唑酸性熒光染料

圖7 陽離子熒光黃X-10GFF

活性熒光染料，染料分子中具有能與纖維分子羥基、氨基發生化學結合的反應基團，在染色時與纖維生成共價鍵，結合成“染料-纖維”整體。這類染料由兩個主要部分組成，一個是染料母體，母體染料是發色部分，含有水溶性基團[33]。另一個是活性基團，可與纖維發生共價反應，活性染料又稱反應性染料。主要用于纖維素纖維和蛋白質纖維的染色[34]。目前，商品熒光活性染料品種較少，多數是進口產品，價格較高。

熒光活性染料DTAF是具有二氯三嗪反應基的熒光素染料，結構如圖8所示，1997年，Jacob Winkler等[35]將DTAF作為活性染料對棉纖維染色，對棉織物雙氧水的漂白機理進行了研究，2012年，東華大學唐菲菲等[36]對DTAF在棉上的染色性能進行了詳細的研究。

圖8 熒光活性染料DTAF

Kazim R Naqvi等人[37]合成了一支具有香豆素熒光發色基團和一氯三嗪反應基結構的活性染料（圖9），并將其應用在羊毛織物的染色上，結果表明該染料具有優良的熒光效果和染色效果。

圖9 香豆素類熒光活性染料

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