吸色布吸色效果和吸色機理研究

王 洪，張希成，阮夢瑤

(東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海201600)

0 引言

衣物的清洗是個人衛生和衣物保養的重要環節。 在日常衣物清洗中，一般都是將所有需要洗滌的衣物一起放入洗衣機中，加入一定洗滌劑后加水洗滌。 如果衣物的耐洗色牢度不高，在洗滌過程中，染料容易脫落分散到水中，串染其它白色或淺色的衣物，從而影響被染衣物的穿著效果。 近幾年來，國內出現了一種稱為吸色布的洗衣機用防止衣物串色的纖維材料[1]。 但其質量參差不齊，消費者無從選擇。 且目前相關的公開報道多以專利為主[2]，文獻很少，其吸色機理不明。

我們知道，染料可以分為酸性染料、活性染料、堿性染料等許多種類，其中酸性染料是大分子結構上帶有酸性基團的水溶性染料[3]。 活性染料屬于金屬絡合染料，多適用于羊毛、蠶絲和錦綸、維綸等纖維。 堿性染料亦稱鹽基染料，其染色工藝簡單。由于堿性染料上染纖維的耐光色牢度和耐洗色牢度較差，現主要用于文教用品和紙張著色等。

為了研究吸色布的吸色機理，本文市購三種吸色布，分別測試對比其對酸性、堿性和活性染料的吸附效果，并探明其吸色機理。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

市購白貓牌洗衣吸色布(1 號樣品)、泉立方洗衣吸色布(2 號樣品)和日本Kinbata 洗衣吸色布(3號樣品)三種吸色布，以及活性染料艷藍X-ARL(青島雙桃精細化工有限公司)、堿性艷藍B (武強縣泰豐化工有限公司)、酸性墨水藍染料(天津勝利化工廠)三種染料。

1.2 測試方法

采用差示掃描量儀(PerkinElmer DSC4000)，以5℃/min 的升溫速率，在50℃～350℃的范圍內，測試三種吸色布的熱性能。

將三種吸色布用水清洗干凈，采用美國Thermo Fisher 公司Nicolet 6700 傅里葉變換紅外光譜儀，以衰減全反射法(ATR)測試樣品的紅外光譜，掃描范圍為500 cm-1～4 000 cm-1。

采用TM-3000 型掃描電子顯微鏡觀察吸色布的表面形貌，將試樣剪成適當尺寸，然后使用導電膠將其粘貼在樣品臺上，噴金處理后進行樣品表面形貌觀察。

吸色性能測試方法：

分別配置濃度為0.01g/L、0.03 g/L、0.05 g/L的酸性染料溶液、堿性染料溶液、中性染料溶液，然后利用紫外分光光度儀進行全幅掃描，分別找出三種染料的特征吸收波長。 最后以三種染料濃度為橫坐標，溶液在特征波長處的吸光度值為縱坐標，得到三種染料的標準濃度曲線。

為了合理設定用于研究吸色布吸色效果的染料溶液濃度，本課題隨機選取日常穿著衣物進行清洗。 收集洗滌殘液，利用紫外分光光度儀進行全幅掃描，其光譜圖與中性染料圖譜大體一致。 根據中性染料的標準濃度曲線，得到該衣物洗滌殘液中的染料濃度為0.0385g/L。

依據上述衣物洗滌殘液中的染料濃度，分別配置濃度為0.01g/L、0.03 g/L、0.05 g/L 的酸性染料溶液、堿性染料溶液、活性染料溶液，每種溶液各取100mL，分別將10cm×10cm 的1 號樣品、2 號樣品、3 號樣品放入每種染料溶液中進行吸色，30 分鐘后取出。 用紫外分光光度計測試吸色后殘液的吸光度，然后按照公式(1)計算其吸色效率Y。

其中A 為配置溶液在特征吸收波長處的吸光度，B 為吸色后殘液在特征波長的吸光度。

2 結果分析與討論

2.1 三種樣品的表面形貌分析

首先，三種樣品的手感都很柔軟，樣品表面有明顯的水針痕。 根據作者在非織造領域多年的經驗積累，認為三種樣品應該都是通過水刺非織造加固工藝成形的。 為了進一步分析樣品中的纖維組成，首先采用電子顯微鏡測試樣品的表現形貌，結果如圖1、圖2 和圖3 所示。

圖1 1 號樣品掃描電子顯微鏡圖

從圖中可以看出，三種樣品好像都是由兩種纖維組成的，其中一種纖維表面光滑，另一種纖維表面有縱向平直溝槽，且纖維間有明顯的水刺纏結結構。 估計表面光滑的纖維為熔紡合成纖維，表面有縱向溝槽的為粘膠纖維。 另外，感覺2 號和3 號樣品的纖維間存在粘合點。

圖2 2 號樣品掃描電子顯微鏡圖

圖3 3 號樣品掃描電子顯微鏡圖

2.2 三種樣品的熱性能分析

為了進一步分析三種樣品中的纖維成分，進一步采用DSC 測試其熱性能，其測試結果如圖4所示。

圖4 三種樣品的DSC 測試結果

從圖4 中可以看出，三種樣品分別在120℃、240℃、320℃出現了吸熱峰，猜測三種樣品中都含有聚乙烯(熔點為120℃[4])、錦綸或者滌綸(熔點在240℃附近[5])、粘膠纖維(320℃為粘膠纖維的降解溫度[6])成分。 另外，三種樣品在156℃附近也出現了大小不同的吸熱峰，可能是滌綸成分的冷結晶產生的。

2.3 FTIR 紅外線光譜分析

為了辨識三種樣品的纖維組成，進一步采用紅外光譜儀分析其特征基團，結果見圖5。

圖5 三種樣品的紅外光譜圖

據文獻報道，在紅外光譜圖上，3355cm-1處為-OH基伸縮振動峰[7]，2916cm-1處為飽和-CH2-的不對稱伸縮振動，1717cm-1為-C ＝O 基的伸縮振動，1021 cm-1處為對位取代苯環＝CH 面內變形峰和—C-O-H-的彎曲振動，727 cm-1處為苯環-CH-面外變形[8]。 因此，結合DSC 分析測試結果，可以認為樣品1 中含有乙丙綸、滌綸和粘膠纖維成分。考慮到電鏡測試結果，認為樣品由PE/PET 皮芯型雙組分纖維和粘膠纖維組成。 在吸色布成形的烘燥工序中，PE/PET 皮芯型雙組分纖維的皮層熔融，使得纖維間形成更好的粘合，賦予吸色布良好的防掉毛性。 同樣的，猜測樣品2 和樣品3 也是由PE/PET 皮芯型雙組分纖維和粘膠纖維組成，但其在1717cm-1為-C ＝O 基的伸縮振動峰強度較弱，因此PE/PET 皮芯型雙組份纖維含量相對較少，粘膠纖維含量更多。 在DSC 測試曲線上，240℃的滌綸熔融峰也較小，與FTIR 測試結果一致。

2.4 三種樣品吸色效果和吸色機理分析

分別測試了三種吸色布對酸性、堿性和活性染料的吸色效果，其吸色效率見圖6、圖7 和圖8。

如圖6 所示，在同濃度酸性染料下，1 號樣品與2 號樣品吸色能力大于3 號樣品。 隨著染料濃度的增加，1 號樣品、2 號樣品的吸色能力變化不大，3 號樣品吸色能力明顯下降，說明1 號樣品、2號樣品對酸性染料的吸色能力強，3 號樣品只適合在很低的染料濃度下使用。 當濃度過高，吸色效果變差。

圖7 三種樣品對堿性染料的吸色效果

如圖7 所示，對于堿性染料來說，只有在低濃度(0.01g/L)下，三種樣品表現出較好的吸色效果。濃度稍高，吸色效果很差，說明三種吸色布對堿性染料染色衣物的防串色效果不好。

如圖8 所示，對于活性染料來說，1 號樣品在測試濃度范圍內都顯示出較好的吸色效果，但2 號和3 號樣品在較低的染料濃度下表現出較好的吸色能力，而高濃度下的吸色能力下降。

總體來說，1 號樣品的綜合吸色能力強，對于酸性、活性染料在較寬的濃度范圍內皆表現出優良的吸色能力，但對于高濃度堿性染料的吸色效果差。 3 號樣品僅對低濃度的三種染料表現出較好的吸附效果，吸色能力不如1 號和2 號樣品。

圖8 三種樣品對活性染料的吸色效果

這說明吸色布是通過離子吸附作用達到吸色效果的，存在選擇性吸附。 對于酸性染料吸附能力強的，對堿性染料的吸附能力就差，一種吸色布并不滿足所有的衣物洗滌。 腈綸纖維多采用堿性染料染色，而服裝面料較少采用堿性染料染色，所以三種吸色布對堿性染料皆表現出較差的吸色效果。堿性染料溶于水即離解成染料陽離子和酸根陰離子，而陽離子染料也是染料陽離子，大量用于陽離子改性滌綸纖維的染色[9]。 因此，猜測上述三種吸色布對陽離子染料染色的衣物沒有很好的吸色效果。

3 結論

為了探明吸色布的吸色效果和吸色機理，本文通過對市購三種吸色布的成形工藝和組成結構進行了分析，并通過模擬吸色實驗來表征其吸色效果和吸色機理，得出如下結論：

(1)通過掃描電子顯微鏡(SEM)、差熱分析、FTIR 紅外光譜分析得出了市場上三種吸色布均為水刺加固工藝制成，原料為PE/PET 皮芯型雙組分纖維和粘膠纖維，其中3 號樣品中的粘膠纖維含量更高。

(2)1 號樣品的綜合吸色能力強，3 號樣品僅對低濃度的三種染料表現出較好的吸附效果，三種樣品對堿性染料的吸色效果都不理想。

(3)吸色布通過離子吸附作用達到吸色效果，存在選擇性吸附，一種吸色布并不滿足所有的衣物洗滌防串色功能。