光致變色棉針織物的制備及其性能

劉曉妮 孟家光 王紅興

（西安工程大學(xué)，陜西西安，710048）

將光致變色微膠囊應(yīng)用于纖維織物的方法有浸漬法、浸軋法和篩網(wǎng)印花法。浸漬法工藝配方為微膠囊、交聯(lián)劑、低溫黏合劑，工藝流程為前處理→烘干→浸漬→脫水→烘干→焙烘。浸軋法工藝配方為微膠囊、交聯(lián)劑、柔軟劑，工藝流程為前處理→烘干→浸軋（一浸一軋或二浸二軋）→預(yù)烘→焙烘。印花法工藝配方為微膠囊、增稠劑、涂料色漿、低溫黏合劑，工藝流程為前處理→烘干→印花→烘干→焙烘。

在對棉針織物進行光致變色微膠囊整理的過程中，印花法過于復(fù)雜；浸軋法在整理過程中會對微膠囊施加外力，容易將微膠囊擠壓破裂，并且?guī)б郝瘦^低；浸漬法相對簡單方便，且微膠囊整理的織物較均勻，整理后的織物也能保持原來棉針織物柔軟的特點［14］。由于微膠囊與棉針織物缺乏較強的親和力，沒有黏合劑存在時，織物進行微膠囊浸漬后只存在于織物表面，因此需要加入黏合劑以提高微膠囊與纖維織物的黏附性，使微膠囊與織物結(jié)合得更加牢固，更容易發(fā)生光致變色反應(yīng)［15?16］。黏合劑的選擇也關(guān)系到最終織物的手感和持久性。目前將微膠囊整理到織物上常用的黏合劑有丙烯酸樹脂、聚酞胺樹脂、氯乙烯樹脂、合成橡膠等［17］。其中，丙烯酸樹脂黏合劑能在織物表面形成光澤好并耐水的膜，同時黏合牢固不易剝落，在室溫下柔韌而有彈性，應(yīng)用廣泛［18］。

本研究采用浸漬法，以螺噁嗪為光致變色化合物芯材、聚氨酯為壁材的光致變色微膠囊整理到棉針織物上，以丙烯酸樹脂為微膠囊整理時的黏合劑，探討整理前后棉針織物的性能變化。

1 光致變色棉針織物的制備

1.1 材料與儀器

試驗材料有棉針織坯布（實驗室自制）、光致變色微膠囊（實驗室自制）、過氧化氫（分析純）、滲透劑JFC（非離子表面活性劑，分析純）、氫氧化鈉（分析純）、硅酸鈉（分析純）和丙烯酸樹酯（黏合劑，分析純）。試驗儀器有JA3003N型電子天平、DHG?9075A型烘箱、Quanta?450?FEG型場發(fā)射電子顯微鏡、Datacolor650型分光光度測色儀、DK?98?1型電熱恒溫水浴鍋、STA7300型熱重同步分析儀、YG1411型厚度儀、YG461Z型全自動透氣性能測定儀和HD026N型電子織物強力儀。

1.2 棉針織物的前處理

棉針織物的前處理工藝主要包括煮練和漂白，主要目的是在坯布受損較小的條件下除去織物上的各類雜質(zhì)，使坯布成為潔白、柔軟并有良好潤濕性能的染印半制品。

針織紗在織造前不上漿，故織物上不含漿料，但需要通過煮練去除坯布上的棉籽殼、纖維素共生物和織造時沾上的油污雜質(zhì)，提高棉針織物的吸濕性能，滿足染整加工的需要。棉針織物煮練工藝條件：Na OH 30 g/mL；滲透劑JFC 3滴～4滴；水浴溫度100℃，時間90 min；浴比1∶20。

織物經(jīng)過煮練去除了大量雜質(zhì)，但色素依然存在，外觀不夠潔白，因此需要通過漂白，確保纖維不受損的前提下去除色素，賦予織物必要、穩(wěn)定的白度。棉針織物上的天然色素，其發(fā)色體系可以被氧化劑破壞而達到消色的目的，因此漂白時采用的主要試劑是氧化劑。棉針織物的漂白工藝條件：H2O228 g/mL；穩(wěn)定劑硅酸鈉3 g/mL；水浴溫度90℃；時間60 min；浴比1∶20。

毛澤東在建構(gòu)和完善矛盾學(xué)說體系方面作了杰出的工作。《矛盾論》是馬克思主義哲學(xué)史上系統(tǒng)地闡述矛盾規(guī)律的哲學(xué)專著，其論述緊密結(jié)合中國革命的實踐和中國傳統(tǒng)辯證法思想，因而具有鮮明的中國作風(fēng)和氣派。在《矛盾論》中，毛澤東從對立統(tǒng)一的觀點出發(fā)建構(gòu)了一個完整的矛盾學(xué)說體系，從而譜寫了馬克思主義矛盾觀的新樂章。

1.3 光致變色棉針織物的制備工藝

光致變色微膠囊整理液的配制方法。在燒杯中放入一定量光致變色微膠囊（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%），稱取相同質(zhì)量的黏合劑丙烯酸樹脂備用。先向盛有微膠囊的燒杯中加入少量丙烯酸樹脂，攪拌使微膠囊與丙烯酸樹脂均勻混合，再多次將剩余的黏合劑倒入燒杯，邊加邊攪拌，直至所有的黏合劑倒入燒杯中。最后同樣按照少量多次的原則將水倒入混合液中，持續(xù)攪拌后得到光致變色微膠囊整理液。混合液的制備過程中需持續(xù)攪拌，同時需要少量多次添加，其目的是得到分散均勻的微膠囊整理液，防止整理后的織物出現(xiàn)局部硬結(jié)。

光致變色微膠囊整理工藝。常溫下將棉針織物放入光致變色微膠囊整理液中，以1∶30的浴比在25℃下浸漬1 h后，將織物取出脫水放入烘箱中，90℃烘干后取出織物，將烘箱溫度升至120℃，焙烘3 min，制得光致變色棉針織物。

2 光致變色棉針織物的性能測試

2.1 表面形態(tài)

通過掃描電子顯微鏡觀察光致變色整理前后棉針織物的表面形貌。測試方法：在樣品臺上貼一層導(dǎo)電雙面膠，分別黏上光致變色微膠囊整理前后的棉針織物，并在樣品上噴金（厚度約100μm），供掃描電子顯微鏡觀察。

2.2 變色性能

采用目測法分析光致變色棉針織物的變色性能，觀察光致變色整理后棉針織物在太陽光照射下的變色時間以及在陰暗處的復(fù)色時間。

2.3 熱穩(wěn)定性能

在STA7300型熱重同步分析儀上測試整理前后棉針織物的熱穩(wěn)定性。試驗在氮氣氣氛下進行，氣流速度50 mL/min，熱失重曲線的溫度范圍25℃～500℃，升溫速率10℃/min。

2.4 耐水洗性能

根據(jù)GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》［19］：取100 mm×40 mm試樣一塊，正面與一塊同尺寸的多纖維貼襯織物相貼合，并沿一短邊縫合，用5 g/L肥皂在60℃下分別洗滌10次、20次、30次、40次和50次，水洗后將試樣放在兩張濾紙之間并擠壓除去多余水分，再懸掛在不超過60℃的空氣中干燥，試樣與貼襯僅由一條縫線連接。

2.5 白度

按照AATCC Test Method 110—2015標(biāo)準(zhǔn)，將樣品折疊兩次，采用Datacolor650型分光光度測色儀，按CIE/313標(biāo)準(zhǔn)分別測試棉針織坯布、前處理后的織物和光致變色整理后織物的白度。測試條件：光源D65，孔徑隔板6.6 mm，每種織物選取10處不同位置進行測量，取平均值［20］。

2.6 厚度

由于織物為可壓縮性材料，測定時需嚴(yán)格規(guī)定測厚儀壓腳形狀和尺寸、壓力值、壓腳下降速度與讀數(shù)時刻等測試參數(shù)。測試時需要選取光致變色整理前后的織物不同位置，測試10次取平均值，以減少誤差。采用YG1411型厚度儀，測試參數(shù)：壓力值200 c N/cm2，壓腳面積2 000 mm2，加壓時間30 s。

2.7 透氣性

調(diào)濕和試驗用標(biāo)準(zhǔn)大氣按照GB/T 6529—2008《紡織品 調(diào)濕和試驗用標(biāo)準(zhǔn)大氣》［21］的規(guī)定。參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，其測試原理：在織物的兩面設(shè)定一定的壓差，測定一定時間內(nèi)垂直通過織物試樣給定面積的氣流流量，即織物的透氣率［22］。選擇整理前后織物各5塊，在壓差100 Pa、測試面積20 mm2的條件下測試，取平均值［23］。

2.8 頂破強力

采用HD026N型電子織物強力儀，按照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力 鋼球法》測試［24］。在樣品不同部位測量5次，取平均值。

3 測試結(jié)果與分析

3.1 整理前后棉織物表面形貌

掃描電子顯微鏡觀察的光致變色整理前后棉針織物表面形貌如圖1所示，均為放大2 000倍。圖1（a）為原始的棉針織物樣品，可以看出：未整理的棉纖維表面光滑；圖1（b）為經(jīng)過光致變色微膠囊整理后的棉針織物表面形貌，可以看出：一部分微膠囊粒子附著在棉纖維上，還有一部分微膠囊填充在纖維之間的微小空隙中。

圖1 整理前后棉針織物的掃描電子顯微鏡圖像

3.2 光致變色棉針織物的變色性能

光致變色棉針織物在太陽光下的顏色變化情況如圖2所示。記錄發(fā)現(xiàn)，整理的棉針織物在太陽光照射下由無色變?yōu)樯钭仙淖兩珪r間為5.00 s，復(fù)色時間為8.25 s，變色靈敏度為2.54，說明光致變色棉針織物變色靈敏，效果明顯且可逆。

圖2 光致變色棉針織物在太陽光下的顏色變化情況

3.3 熱穩(wěn)定性能

光致變色微膠囊整理前后棉針織物的熱失重曲線如圖3所示。從圖3中可以得到，在溫度為25℃～100℃時只有少量的重量損失，這是因為溫度在100℃以內(nèi)時，主要是織物樣品中的水蒸發(fā)而造成少量失重。兩種樣品都從320℃時開始分解，420℃時達到最大，未經(jīng)微膠囊整理的棉針織物剩約17%的重量，而經(jīng)過微膠囊整理后的棉針織物剩15%的重量，兩種織物的重量損失都十分顯著，這是由于在這個階段主要是棉纖維受到高溫而分解，經(jīng)微膠囊整理后的棉針織物由于微膠囊也在此階段熱解，重量的分解繼續(xù)以脫水和脫羧基的方式進行。

圖3 光致變色微膠囊整理前后棉針織物的TG曲線

圖4為光致變色微膠囊整理前后棉針織物的DGT曲線。從圖4中可以看出，整理前的棉針織物產(chǎn)生最大分解率時的溫度為378℃，光致變色微膠囊整理后的棉針織物產(chǎn)生最大分解率時的溫度為365℃。可以看出，光致變色微膠囊的熱穩(wěn)定性良好，可滿足服用棉紡織品的要求，且光致變色微膠囊與棉針織物結(jié)合的耐熱牢度良好。

圖4 光致變色微膠囊整理前后棉針織物的DTG曲線

3.4 耐水洗性能

光致變色棉針織物水洗前后經(jīng)日光輻照的變色及復(fù)色時間見表1。從表1中可以看出，光致變色棉針織物在50次洗滌后，變色靈敏度僅有微弱的升高，從2.38升高為2.95。可以認(rèn)為：微膠囊整理的棉針織物具有良好的耐水洗性能，微膠囊可以牢固地結(jié)合在棉針織物表面，且顯色靈敏，變色效果明顯。

表1 光致變色棉針織物水洗前后的變色性能

3.5 白度

測得棉針織物原來白度18.27，而經(jīng)煮練、漂白前處理后白度達79.17，可以看出前處理對棉針織物的白度有非常明顯的改善；經(jīng)光致變色整理后棉針織物白度77.25，白度有小幅下降，說明光致變色微膠囊整理劑對織物的白度影響不大。

3.6 厚度

光致變色整理前后棉針織物的厚度共測試了10組，原織物厚度平均值0.50 mm，整理后織物厚度平均值0.60 mm。可以看出，經(jīng)光致變色整理后棉針織物的厚度略微變大。

3.7 透氣性

光致變色整理前后的棉針織物的透氣量共測試了5組，原織物透氣率平均值790.2 mm/s，整理后織物透氣率平均值778.2 mm/s。可以看出，經(jīng)光致變色整理后棉針織物的透氣率變小，但變化不大，只減少了12 mm/s。

3.8 頂破強力

光致變色整理前后的棉針織物的頂破強力共測試了5組，原織物頂破強力平均值371.9 N，整理后織物頂破強力平均值368.5 N。可以看出，整理后棉針織物的頂破強力減小量僅為3.4 N，無明顯變化。

4 結(jié)論

經(jīng)前處理后，通過浸漬法對棉針織物進行光致變色微膠囊整理，微膠囊填充和附著在織物的纖維之間的微小空隙和纖維表面。光致變色微膠囊整理后的棉針織物在太陽光照射下由無色變?yōu)樯钭仙淖兩珪r間為5.00 s，復(fù)色時間為8.25 s，變色靈敏且可逆。通過試驗對比測試分析表明，制得的光致變色棉針織物的熱穩(wěn)定性、白度、厚度、透氣性、頂破強力等性能沒有明顯變化，說明光致變色整理對棉針織物原本性能影響不大，且耐久性好，仍保持了較好的服用性能。