棉用紅外偽裝染料染色及性能測(cè)試

臧 健,戴勝飛,劉建平,錢(qián) 燦,周維雯,孫玉娜

(常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織學(xué)院，江蘇 常州 213164)

隨著各種紅外線偵察設(shè)備的出現(xiàn)和發(fā)展，防紅外線偵察偽裝日趨重要。為了在戰(zhàn)爭(zhēng)中立于不敗之地，各國(guó)紛紛投身于各種偽裝技術(shù)的研究[1-5]。近紅外是指波長(zhǎng)范圍從0.7μm至2.5μm的紅外光[6]。人體著裝時(shí)的溫度在32～33℃左右，裸體溫度可降低2～3℃左右。一般情況下, 身體輻射主波長(zhǎng)處于0.9～1.1μm的近紅外波段[7]。因此,軍事人員的迷彩偽裝,主要解決近紅外波段的防偽性能(0.78～1.5 μm)。對(duì)于紡織面料而言，通過(guò)涂料實(shí)現(xiàn)偽裝是比較經(jīng)濟(jì)、方便、有效的。但該方法的缺點(diǎn)是涂層厚、密度大，涂層后面料的吸濕性、透氣性、耐水洗性等都有所下降[8-14]。因此，嘗試用染料實(shí)現(xiàn)軍事目標(biāo)的迷彩偽裝正越來(lái)越得到各國(guó)的高度重視[15-20]。近紅外偽裝目的就是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行處理，設(shè)法減少目標(biāo)與背景之間的差別，使得目標(biāo)的近紅外反射光譜與背景的紅外特征相適應(yīng)。本文僅對(duì)自然界中綠葉背景進(jìn)行了分析，在綠葉背景之下通常情況是葉綠素的偽裝，這就要求防近紅外偽裝染料在可見(jiàn)光和近紅外的范圍內(nèi)與天然葉綠素有近似或相同的反射或吸收。本文測(cè)試了背景樹(shù)葉葉綠素萃取液和三種還原染料的透射光譜，調(diào)整三種還原染料的配比，使之光譜曲線與葉綠素萃取液匹配，使用所配的染液染色織物，測(cè)試染色織物的反射光譜，從而篩選出最優(yōu)比例組合。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器設(shè)備

超聲波清潔器H52120D、恒溫水浴鍋HH4、分光光度計(jì)UV-1801、測(cè)色配色儀(ataColor SF-300 美國(guó))、烘箱TDSD-5600E。

1.2 藥品及材料

化學(xué)試劑：氫氧化鈉、二甲基甲酰胺(DMF)、連二亞硫酸鈉、碳酸鈉(均為分析純)；

棉織物：純棉府綢(40s×40s)；

染料：還原黃G，還原灰BG，還原藍(lán)BC(上海巨誠(chéng)化工有限公司)分別配制成2g/l的母液；

1.3 染料篩選與測(cè)試

稱取新鮮樹(shù)葉5g,碾碎后加入50mL DMF，超聲下萃取1h，過(guò)濾后得到葉綠素溶液；分別稱取三種還原染料各0.1g，加入30mL DMF超聲下溶解0.5h。使用紫外分光光度計(jì)UV-1801分別測(cè)試以上葉綠素背景和染料溶液的透射光譜曲線，通過(guò)圖譜進(jìn)行分析，進(jìn)行配色。

1.4 織物染色與反射光譜測(cè)試

通過(guò)配色的比例進(jìn)行織物染色，使用測(cè)色配色儀測(cè)試染色織物與樹(shù)葉的反射光譜曲線，進(jìn)行對(duì)比分析后調(diào)整染色配方至合理范圍。

染色方法：根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案要求先配好三種染料的母液5g/L，使用干缸法還原。染料放入染杯，先后加20mL溫水調(diào)勻，然后加入2/3的燒堿和保險(xiǎn)粉，使染液量為總量的2/5。染液先在30℃下還原30min。將剩余的燒堿、保險(xiǎn)粉加入染杯，并加水至所需浴量。將染杯溫度控制在55℃，將預(yù)先潤(rùn)濕的織物投入染液。在染色過(guò)程中15min和30min時(shí)各加入食鹽用量的一半。染畢取出布樣過(guò)一道冷水，懸掛在空氣中氧化10～15min，然后水洗、皂洗(肥皂5g/L、浴比1∶30,95℃以上，3～5min)，水洗、烘干。

染色處方如表1所示。

表1 染色工藝處方

染色工藝曲線如圖1所示。

圖1 染色工藝曲線

2 結(jié)果與討論

2.1 葉綠素萃取液和染料透射光譜曲線測(cè)試

選取單一染料和綠葉背景萃取液，分別測(cè)試其透射光譜曲線，比較三種染料與背景萃取液的吸收峰范圍，初步擬定拼色方案。圖2為三種單色染料和綠葉背景萃取液的透射光譜曲線。

圖2 染料與綠葉萃取液透射光譜曲線

由以上透射光譜曲線可知，綠葉背景萃取液在400～500nm及650～700nm有著比較大的吸收峰；而450～500nm正是還原黃的強(qiáng)烈吸收波段，還原藍(lán)在650～700nm有著與綠葉萃取液相同的吸收峰但是吸收比較平緩，因此以藍(lán)色和黃色為主拼染料，調(diào)整配比，加入灰色削弱反射率，微調(diào)色光。在700～1100nm的近紅外區(qū)，三種染料與背景萃取液均有相似的平緩曲線。

2.2 不同染料配比染色織物與背景樹(shù)葉的反射光譜測(cè)試

樹(shù)葉背景萃取液成分很復(fù)雜,不能單靠一種或兩種染料染色得到與其一致的色澤。因此，先選定模擬綠色的主要染料,再添加其他染料調(diào)整色光,最終使其與背景一致。本文主要以還原黃G和還原藍(lán)BC為拼色基礎(chǔ)，根據(jù)染料的混拼原則,確定主色，再加入還原灰BG降低反射率。先按照2.5%的色深進(jìn)行配方1的打樣，利用測(cè)色配色儀測(cè)試反射率，與背景樹(shù)葉的反射率曲線進(jìn)行對(duì)比后調(diào)整染料配比。具體染料配比見(jiàn)下表2。

表2 染料配比

打樣過(guò)程中不同染料配比染色織物的反射光譜曲線見(jiàn)下圖3。

由圖3可知，起始2.5%的色深濃度比較大，導(dǎo)致配方1的染色織物反射光譜曲線遠(yuǎn)高于綠葉背景的反射率，配方1的最大反射曲線峰在530nm左右，而綠葉背景的最大反射曲線峰在550nm左右，所以應(yīng)該適當(dāng)增加藍(lán)色染料的比例，因此調(diào)整為配方2，降低了色深濃度，同時(shí)增加了藍(lán)色比例；經(jīng)過(guò)不斷的微調(diào)，按照配方3、4、5染色織物，測(cè)定各個(gè)染色織物的反射光譜曲線，由上圖3可知，配方3的反射率與背景綠葉較為吻合，因此使用配方3作為最終的染色處方。

2.3 配方3與綠葉背景萃取液的吸收光譜曲線測(cè)試

圖3 不同染料配比染色強(qiáng)物與背景樹(shù)葉反射率

按照配方3配制染液，利用分光光度計(jì)UV-1801測(cè)試其透射光譜曲線，與綠葉背景萃取液進(jìn)行比較，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下圖4。

由以圖4可知，按配方3配制的染料溶液在400～780nm的可見(jiàn)光區(qū)有相近的峰形，在780～1100nm的近紅外區(qū)也有近似的透射曲線，說(shuō)明用此配方染成的棉織物不僅可以作為普通偽裝，還可用于防紅外偽裝。

3 結(jié)論

篩選了三種還原染料用于棉織物的防紅外偽裝，通過(guò)透射光譜曲線和染色織物反射光譜曲線的測(cè)定，得到了合適的配方，按照此配方染色的棉織物不論在可見(jiàn)光區(qū)還是在近紅外光區(qū)，均和綠葉背景有很好的融合度，從而達(dá)到防紅外偽裝的目的。具體的防紅外機(jī)理和染料分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系還需今后的研究。

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