基于磁流體材料的織物染料基礎(chǔ)應(yīng)用研究

李芷鈺，馬雪晉，劉一芳，高沛琪，關(guān)佳敏，崔藝銘

（北京服裝學(xué)院，北京 100029）

磁流體作為一種新型的功能材料，具有液體的流動性和固體磁性材料的磁性兩大特點(diǎn)。靜態(tài)時無磁性吸引力，而有外界磁場作用時，則表現(xiàn)出磁性。

磁性織物作為新型的功能紡織品，電磁屏蔽、磁保健功能被人們熟知[1-2]。磁性織物制備方式為磁性纖維紡織[3]與浸漬法（將織物浸漬在磁流體中）[4]。然而，對磁性織物的功能討論仍舊局限于理療保健的功能[5]。孟云等[4]對磁性織物的制備進(jìn)行研究，主要探索浸漬法制備磁性織物的方法。實(shí)驗(yàn)使用的藥劑較多，對實(shí)驗(yàn)器材要求高，磁性織物的制作難度相對較大。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一種磁性染料制備方法，簡化磁流體制作工藝、探索磁性布料的磁性吸附功能并進(jìn)行織物實(shí)驗(yàn)、吸附實(shí)驗(yàn)與清洗實(shí)驗(yàn)，為探索更加簡化的浸漬法試劑、磁性布料的更多功能性運(yùn)用提供了重要的參考依據(jù)。

1 適用磁流體制備實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)探索了一種簡化的浸漬法制備磁性織物的磁流體試劑。選用的8組實(shí)驗(yàn)以自來水與實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)蒸餾水為固定變量，醫(yī)用甘油和食用大豆油、75%酒精和99%酒精為對照組進(jìn)行效果對比。8組試劑分別為：（1）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+CC388A碳粉+醫(yī)用甘油+自來水（A-1）；（2）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+CC388A碳粉+醫(yī)用甘油+蒸餾水（A-2）；（3）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+ CC388A碳粉+食用大豆油+自來水（B-1）；（4）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+CC388A碳粉+食用大豆油+蒸餾水（B-2）；（5）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+CC388A碳粉+75%酒精+自來水（C-1）；（6）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+CC388A碳粉+75%酒精+蒸餾水（C-2）；（7）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+CC388A碳粉+99%酒精+自來水（D-1）；（8）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+CC388A碳粉+99%酒精+蒸餾水（D-2）。所有對照組計(jì)量均為3.0 g+0.5 g+15 mL+30 mL。如表1所示，將8組在試管中的實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行磁鐵吸附實(shí)驗(yàn)，對溶液流通性、吸附性、溶液特性與pH進(jìn)行比較，根據(jù)效果對比，選擇含有蒸餾水、99%酒精的4個實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行織物浸漬效果實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，運(yùn)用以醫(yī)用甘油和食用大豆油為介質(zhì)制作的磁流體對布料染色后，布料無法烘干或風(fēng)干，所以不作為染料制備中的磁流體樣組；而以75%酒精和99%酒精為介質(zhì)制作的磁流體在對布料染色后，布料不論是在風(fēng)干或是烘干后，磁鐵吸附性效果依舊良好。

表1 磁流體制備實(shí)驗(yàn)對比數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)表明，在4組對比實(shí)驗(yàn)中，蒸餾水作為調(diào)和介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)組染布之后的磁鐵吸附性均優(yōu)于自來水作為調(diào)和介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)組；同樣，在4組對比實(shí)驗(yàn)中，99%酒精作為介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)組染布之后的磁鐵吸附性均優(yōu)于75%酒精作為介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)組。在8組染色實(shí)驗(yàn)中，以4N1微米四氧化三鐵、99%酒精、實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)蒸餾水、CC388A碳粉作為磁流體制備材料的實(shí)驗(yàn)效果最好。

2 布料染色實(shí)驗(yàn)

市面上的面料種類繁多，根據(jù)紡織纖維、織法的不同，面料的柔軟程度、孔洞的細(xì)密程度也不同。在磁流體制備實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用浸漬法進(jìn)行布料染色實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選擇了純棉布、精梳棉布、滌棉布、網(wǎng)眼棉布等14種市面上常見面料，在浸染后進(jìn)行磁鐵吸附效果、布料特性比較（柔軟程度）測試。

實(shí)驗(yàn)表明，在對14種布料用磁流體所制作的染料進(jìn)行染色后，對比發(fā)現(xiàn)，純棉布、麻布紡織結(jié)構(gòu)細(xì)密且紡線本身吸附性好的布料在染色以后，布料被磁鐵吸引效果明顯且吸附性較強(qiáng)；精梳棉布、滌棉布、呢絨布、氨綸彈力布、天鵝針織面料等內(nèi)部有化學(xué)纖維紡織的面料，在染色后被磁鐵吸附性較強(qiáng)；粗孔雪紡因本身孔洞較大，紡織線對磁流體染料的吸附有限，磁鐵吸附性差。棉布、麻布等天然纖維紡織細(xì)密的布料效果最好，而粗孔雪紡等編織相對稀疏的布料效果較差。將14種染色布料與原布料對比后，柔軟度無明顯差別，磁流體染料對布料特性影響不大。

3 清洗極值實(shí)驗(yàn)

在使用過程中，清洗紡織物是必不可少的環(huán)節(jié)，在磁流體制備實(shí)驗(yàn)、布料染色實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對14種布樣進(jìn)行清洗實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中以水溫和洗衣劑為變量進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)并記錄。如圖1所示，在水溫與清洗劑的5種條件變量下，對清洗后效果（5次清洗）與清洗極值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄。本次實(shí)驗(yàn)均采用手洗。

圖1 14種布料冷水洗滌實(shí)驗(yàn)對比數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)水溫不同分為冷水、溫水、熱水，根據(jù)清洗劑不同分為洗衣粉、洗衣液（在冷水情況下進(jìn)行）。將14組布樣分為5組進(jìn)行5次清洗實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，布匹染色后的磁鐵吸附性與清洗折舊程度呈負(fù)相關(guān)，即染色后磁鐵吸附效果好的布樣，在清洗5次后依舊表現(xiàn)良好。在同一布樣的5次清洗折舊程度對比下可以發(fā)現(xiàn)，冷水清洗折舊程度低，溫水次之，熱水折舊程度高，且會有輕微掉色。根據(jù)清洗劑的不同，在同一布樣的5次清洗折舊程度對比下可以發(fā)現(xiàn)，洗衣液折舊程度低，洗衣粉折舊程度高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果或與洗衣液中的保色劑有關(guān)。通過14種布樣在5種情況下進(jìn)行清洗極值的實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，清洗極值受布料染色后的磁鐵吸附效果、水溫、清洗劑3種情況的影響較大。純棉布作為磁鐵吸附效果好的布料，在冷水中不加任何清洗劑的情況下，清洗極值可達(dá)39次，而喬其紗作為磁鐵吸附性效果差的布料，在冷水中用洗衣粉清洗的情況下，清洗極值只有5次。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了更加簡化的磁性織物浸漬法中用到的磁流體溶液，并將其制備成染劑，通過磁流體制備實(shí)驗(yàn)選擇效果較好的4種磁流體溶液；通過布料染色實(shí)驗(yàn)選擇效果最好的磁流體溶液，并分析了不同布料在浸漬染色后對吸引效果的影響和磁流體溶液對不同布料特性的影響；通過清洗極值實(shí)驗(yàn)分析了水溫、清洗劑、布料種類對清洗極值的影響，結(jié)果如下。

（1）以4N1微米四氧化三鐵、99%酒精、實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)蒸餾水、CC388A碳粉作為磁流體制備染料的實(shí)驗(yàn)效果最好。

（2）染色后布料的磁鐵吸附性與其紡織纖維、紡織細(xì)密程度有較大關(guān)聯(lián)。其中，純棉布、麻布表現(xiàn)良好，粗孔雪紡表現(xiàn)較差。

（3）清洗折舊程度與染色后布料的磁鐵吸附性、水溫、清洗劑相關(guān)。當(dāng)清洗水溫為冷水時，對布料的折舊程度影響較小，在冷水中用洗衣液清洗對布料的折舊程度影響較??；當(dāng)清洗水溫為熱水時，對布料的折舊程度影響較大，在冷水中用洗衣粉清洗對布料的折舊程度影響較大。

（4）清洗極值與染色后布料的磁鐵吸附性、水溫、清洗劑相關(guān)。純棉布在冷水中不加任何清洗劑的情況下，清洗極值可達(dá)39次，而喬其紗在冷水中用洗衣粉清洗的情況下，清洗極值只有5次。在同一布料不同水溫的對比實(shí)驗(yàn)中，清洗極值差別較大；在同一布料不同清洗劑的對比實(shí)驗(yàn)中，清洗極值差別較小。

根據(jù)以上3次實(shí)驗(yàn)的分析與驗(yàn)證，本實(shí)驗(yàn)所制備的磁流體染劑在紡織品浸染后，磁鐵吸附效果達(dá)到預(yù)期，浸染后的紡織品具有磁鐵吸附性，在吸附過程中，紡織品發(fā)生形變?，F(xiàn)今，對磁性紡織品的開發(fā)領(lǐng)域主要集中在保健品、理療產(chǎn)品等方面[5]，在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的磁流體染料的探索與分析下，可嘗試將浸染后的磁性紡織品運(yùn)用于家居領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、交互裝置領(lǐng)域等，例如智能開合窗簾、可（被磁性墻面）吸附鑰匙鏈、磁性墻紙布、布藝飛鏢盤、布藝便簽板、手包磁布（代替磁扣）、磁性大棚布（用磁鐵吸引方式，代替鐵絲捆綁）開合燈飾、可穿戴布藝裝飾（配飾），以進(jìn)一步探索磁流體紡織品更多的應(yīng)用可能性。