夜光涂層織物的產品設計與性能研究

曹 亮 邢 樂 陳 欣

（1.無錫職業技術學院，江蘇無錫，214122；2.江南大學，江蘇無錫，214122）

夜光涂層織物一般以機織物為基布，加入一定的發光材料與其他整理劑，經過涂層制備而成。制備的產品在吸收紫外光或可見光后可在黑暗中持續發光數小時，具有晝夜變色的獨特性能和特殊美學效果，能夠滿足現代人們對時尚的追求和個性化的審美需要［1-3］。這類涂層工藝簡單、流程較短、容易操作，因此受到人們廣泛的關注和研究。夜光涂層織物不僅廣泛應用于家紡產品、趣味服裝及裝飾裝潢等方面，而且正在向交通、建筑、國防等領域發展，擁有著廣闊的市場前景［4-6］。

目前市場上所見的夜光涂層織物比較單一，缺乏美感。本研究旨在用不同的發光材料制備多種夜光涂層機織物，探究發光材料的種類和涂料中發光材料的含量對涂層發光性能的影響，并借助絲網印刷技術設計制作了幾種圖案的夜光涂層織物，通過一定的設計賦予織物藝術效果，為夜光織物的開發提供新的思路。

1 試驗部分

1.1 材料

棉機織面料；高彈性聚氨酯整理劑；稀土鋁酸 鍶（SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+；Sr4Al14O25∶Eu2+，Dy3+）；紅色熒光染料。

1.2 樣品的制備

分別在涂層漿料中添加一定質量分數的發光材料，并使用磁力攪拌器攪拌均勻，制得夜光涂層漿料。在基布上通過干法涂層法制備夜光涂層織物，并采用真空干燥箱（60±5）℃烘10 min，烘干后得到夜光涂層織物［7］。

1.3 樣品的測試

采用熒光分光光度計測試夜光涂層織物的發射光譜，發射光譜的檢測波長間隔為5 nm，電壓為380 V。采用余輝亮度測試儀測試涂層的余輝性能，激發時間15 min，設置激發照度1 000 lx。采用PhabrOmeter3 型織物風格儀對夜光涂層織物的硬挺度、柔軟度及懸垂性等進行測試。

2 測試結果與討論

2.1 發光材料對夜光織物發光性能的影響

按1.2 中 方 法，用 三 種 發 光 材 料（SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+）、（Sr4Al14O25∶Eu2+，Dy3+）和紅色熒光染料分別制備了含量均為30%的三種光色的夜光涂層織物，如圖1 所示。選用350 nm 的光激發樣品，測試了三種織物的發射光譜，如圖2（a）所示。

圖1 三種光色的夜光涂層織物

（SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+）的光譜分布于黃綠光區，是一種被用來大量生產夜光纖維、發光性能很好的鋁酸鹽類夜光材料，用其制備的夜光涂層織物的發射光譜主峰在520 nm 處，光色也呈黃綠色［8］；紅色夜光涂層織物是通過在發光材料（SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+）中加入紅色熒光顏料顆粒制備的，從圖2（a）可以看出加入紅色熒光顏料后涂層織物的發射光譜與之前比較出現了輕微的右移，這可能是由于發光材料發射光被紅色顏料所吸收，另外發光的光色受到無機透明色料的牽引，而靠近了紅色顏料的顏色［9-10］。藍綠色夜光織物（Sr4Al14O25∶Eu2+，Dy3+）被激發后，呈現出主峰在490 nm 處的寬帶發射，Sr4Al14O25中有兩種不同Sr 格位，根據格位大小的不同與晶體場的強弱關系，位于490 nm 處的發射峰可歸屬于Eu2發射中心所產生的［11-12］。三種夜光涂層織物的光色具有明顯的差異，其色品坐標圖如圖2（b）所示。

圖2 三種發光材料制備的夜光涂層織物的發射光譜圖和色品坐標圖

2.2 發光材料的含量對夜光織物的影響

2.2.1 發光材料含量對發射光譜的影響

按1.2 中方法分別制備了發光材料含量為20%、25%、30%、35%和40%的夜光涂層織物，如圖3 所示。對5 種織物的發光性能進行測試，結果如圖4 所示。在350 nm 的激發光照射下，490 nm 處的發射峰強度隨著發光材料含量的增加而增強，發射光譜的峰形基本不變，發射峰依次為492 nm、490 nm、487 nm、491 nm 和490 nm，在20%～30%范圍內發射峰強度顯著增強，但繼續提高發光材料的含量，發射峰強度變化不大。試驗結果證明:發光材料含量對發射光譜主波長的位置以及其峰形的影響很小。一般而言，夜光涂層織物的發射峰強度會隨著發光材料的含量的升高而增強，但不是線性相關的。在生產應用中，發光材料添加的量并不是越多越好，應根據實際情況而定。

圖3 發光材料含量不同的5 種夜光涂層織物的發光實物圖

圖4 發光材料含量不同的5 種夜光涂層織物的發射光譜圖

2.2.2 發光材料含量對夜光織物亮度的影響

分別對不同發光材料含量的夜光涂層織物的亮度進行測試，結果如圖5 所示。可以看出，夜光涂層織物的初始亮度隨著發光材料含量的提升而增加，余輝時間也更長，發光性能較好。當發光材料含量為20%時，夜光涂層織物的初始亮度最低，只有0.409 cd/m2；增加發光材料含量至40%時，初始亮度提高到1.438 cd/m2。分析認為可能跟發光材料的發光機理有關，發光材料（Sr4Al14O25∶Eu2+，Dy3+）被外界光激發時，Eu2+離子在晶格中發生4f65d1-4f7能級躍遷，從基態電子被激發到激發態［13］。光的激發令一些電子躍遷到導帶上，并被限制在稀土發光材料大量深度合適的能級缺陷中；當激發光不再照射后，晶格振動而產生的熱擾動使電子從能級缺陷中被緩慢釋放出來，引起材料長時間的發光［14］。吸收的能量與儲存在能級陷阱中的電子數量是影響余輝時間最重要的因素，如果發光材料含量比較少，那么被激發光所激發的電子就相對較少，涂層發光性能較差［15-17］。隨著發光材料含量的提高，單位面積的涂層織物上黏附的發光材料數量更多，被激發光激發的電子也更多，釋放的能量較大，涂層發光性能較好。

圖5 不同含量發光材料的夜光織物的余輝衰減曲線

2.3 夜光涂層織物的服用性能

2.3.1 織物風格

PhabrOmeter3 型織物風格儀是客觀評價織物風格的常用儀器，可以測定織物的硬挺度、平滑度、豐滿度、滑爽度等風格特性。使用PhabrOmeter3 型織物風格儀，按照FZ/T 01054.1-1999《織物風格試驗方法》對夜光涂層織物進行織物風格測試［18］，測得數據見表1。

表1 織物風格測試結果

由表1 可以看出:6 個試樣中，試樣1#未涂層織物柔軟性和懸垂性最好，彈性回復率也是最高的；這是因為織物未經過涂層處理，經、緯紗間容易相互滑移，織物較易發生拉伸、彎曲變形，織物的彈性較高，彈性回復也較好［19］。試樣2#～試樣6#經過涂層后，涂料增加了經、緯紗之間的束縛，紗線移動困難，織物變形能力變差，變形回復性變差，垂感降低，柔軟度降低，手感變硬。但是，6個試樣的柔軟度依舊保持在60%以上，表明本文使用的涂層工藝對織物的柔軟度等服用性能只是稍有損傷，只要控制好漿料的黏度、涂層的厚度與均勻度等工藝，織物可以保持良好的柔軟性。

2.3.2 耐水洗牢度

水洗前后夜光涂層織物的余輝衰減曲線如圖6 所示。從圖6 中可以看出，水洗前夜光涂層織物的初始發光亮度為1.438 cd/m2，而水洗后為1.219 cd/m2，水洗后的余輝初始亮度只略微降低，水洗前后的夜光涂層織物余輝衰減曲線差別較小，沒有因為水洗而使得發光材料減少而明顯影響亮度，這說明夜光涂層織物的耐水洗性很好。分析其原因認為，首先發光材料在整理劑的作用下與基布緊密結合，被牢固的黏附在織物表面，水洗時不易從基布上脫落，因此亮度衰減程度較低；另一方面，因為發光材料在使用前都已經過包覆處理，減少了與水直接接觸的面積，因此發光材料的耐水解性能較好。總之，試驗表明夜光涂層織物的耐水洗性能很好。

圖6 水洗前后夜光涂層織物的余輝衰減曲線

3 產品設計

自制的夜光涂層織物發光性能優異，手感柔軟，折皺回復性和懸垂性也較好，且耐水洗牢度較強。對夜光涂層進行進一步的圖案設計，以應用到服裝或家紡產品上，產生獨特的美學價值與市場價值；利用絲網印刷技術將設計的圖案涂布在基布上，可得到圖案清晰美觀的涂層織物。

3.1 圖案設計

在圖案的設計過程中，考慮到細線條處漿料量較少，易在水洗過程中磨損，因此選擇線條較少、色塊較大的剪影圖案。關于圖案元素的設計確定了印象系列主題，設計了三種不同的圖案，如圖7 所示。圖7（a）選用了一只伺機而動的貓，透過簡約的剪影，很容易感受到貓在捕獵時的緊張感。圖7（b）選用了麋鹿剪影。在凱爾特神話中，塞努諾斯麋鹿代表著自然的靈性，具有美好的寓意。圖7（c）選用了集美麗與愛為一身的玫瑰剪影，象征美好的愛情。

圖7 設計的三種圖案

3.2 絲網印刷

3.2.1 絲印整理工序

將制好版的絲網板放置在基布上，控制絲網板與基布間的距離在2 mm～3 mm 之間，以便于圖案清晰成形。將調制好的漿料用刮刀均勻地涂在絲網上，優選絲網目數，并調節漿料黏度至適宜，使二者相匹配。印刷完成后，將涂層織物水平鋪展于鼓風烘箱中靜置10 min，完全干燥。

3.2.2 工藝調整

印刷時，刮刀與絲網的角度大，刮刀對漿料的擠壓力小，漿料滲透量少；反之，漿料的滲透量大。根據經驗，刀角應控制在60°～80°較為適宜。刮刀前行的速度也需保持適宜。刀慢，固然漿料滲透好，但在圖案邊緣往往會出現蔓延擴大的現象；刀速太快，漿料來不及滲透，印記不完整，影響印刷質量。

3.3 產品實物圖

經過不斷的工藝調整，運用絲網印刷技術得到了圖案清晰，發光性能優異的三種夜光涂層織物如圖8 所示。三種織物獨特的夜光特性豐富了家紡產品的藝術表達，我們創新地運用黃綠色、藍綠色和紅色三種發光材料，使得夜光涂層的圖案顏色表達更加豐富多彩，為消費者帶來新穎的時尚體驗，給服飾與家紡產品的設計提供了新的思路。

圖8 產品實物圖

4 結論

（1）夜光涂層織物的發光性能主要受到發光材料種類與發光材料含量的影響，不同發光材料制得的夜光涂層織物光色差異較大，夜光涂層織物的發光性能隨發光材料含量的增加而提高，但增加至一定程度之后，亮度趨于平緩。

（2）經涂層整理后的夜光織物仍具有較好的服用性能，手感柔軟光滑，耐水洗牢度高，且具有良好的懸垂性。

（3）設計了三種不同圖案的夜光涂層織物，并選擇“貓”、“麋鹿”和“玫瑰花”為典型紋樣進行織物的創新設計，得到的成品花形紋樣清晰，在夜晚可以清晰地看到紋樣發出三種光色，夜光效果持續穩定，達到了預期設計效果。