熒光棉紗的制備工藝與性能研究

楊智超 王 迎 劉淑強 吳改紅

（1.太原理工大學，山西太原，030600；2.大連工業大學，遼寧大連，116000）

熒光紗線可以大量吸收日光中的紫外光，從而在夜晚放出可見熒光［1］，該性能可以應用在諸多行業中以增加安全系數。相比較其他特種紗線，我國對于熒光紗線的開發與研究仍處于發展階段［2-3］，很多學者將熒光技術作為增白劑應用于紡織行業。

本研究采用浸軋法將熒光素負載到棉紗上，探究了整理劑水性聚氨酯的用量對熒光棉紗熒光性能的影響。所制得的熒光棉紗熒光效果好、牢度高，對于熒光棉型紡織品的開發具有較大意義。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

熒光素，又稱熒光黃，分子式C20H12O5，分子量為332.31，溶于熱乙醇。水性聚氨酯（PU），具有無污染、安全可靠、機械性能優良、相容性好、易于改性等優點［4］，在本研究中主要用作熒光棉紗的防水涂層，對熒光素的附著起到一定積極作用。PU含固量（35±1）%。36 tex棉紗，自制。

1.2 浸軋工藝

配置熒光整理液：取熒光素0.25 g，溶于150 mL去離子水和100 mL無水乙醇的混合溶液中，得到熒光素質量分數為0.1%的熒光整理液。

配置PU整理液：設置PU質量分數為變量。取60 mL、70 mL、80 mL、90 mL、100 mL的PU共5組，分別溶于200 mL去離子水中，攪拌，配制成5組質量分數為30%、35%、40%、45%、50%的PU整理液。

浸軋過程：應用ESS1000型單紗漿紗機進行浸軋，采用單浸單軋工藝，先利用熒光整理液對棉紗進行處理，再用DHG-9203A型電熱恒溫鼓風干燥箱在80℃下烘干。然后利用配置好的PU整理液對已經包覆熒光素的紗線進行二次單浸單軋處理，再次在80℃下烘干，最終得到5組不同PU質量分數的熒光棉紗。

1.3 性能測試

采用YG061F/PC型單紗強力測試儀測試紗線的力學性能。采用F-7000型熒光光譜儀測試熒光棉紗的熒光強度光譜，利用450 W氙燈在波長460 nm時激發樣品。將熒光紗線分為等長的5段，將其浸泡在裝有適量去離子水的5個燒杯內，用玻璃棒攪拌使紗線完全浸泡，分別設置水洗時 長 為5 min、15 min、20 min、25 min、30 min。待水洗完畢后，將其自然晾干，然后測試紗線的熒光強度。應用M-FL-CKX53型生物顯微鏡觀察纖維外貌形態。

2 結果與討論

2.1 熒光素涂層熒光棉紗熒光效果

分別將熒光素質量分數為0.1%，PU質量分數為30%、35%、40%、45%、50%制備的熒光棉紗依次按順序分別用日光與紫外光照射，如圖1所示。用肉眼觀察，可以明顯看到在紫外光照射下的紗線呈黃綠色熒光，熒光效果明顯。

熒光素質量分數為0.1%，不同PU質量分數的熒光棉紗的熒光光譜分析如圖2所示。PU質量分數為30%的紗線在529.4 nm出現峰值，熒光強度為295.9；PU質量分數為35%的紗線在532.2 nm出現峰值，熒光強度為305.4；PU質量分數為40%的紗線在532.8 nm出現峰值，熒光強度為322.5；PU質量分數為45%的紗線在531 nm出現峰值，熒光強度為363.1；PU質量分數為50%的紗線在531.6 nm出現峰值，熒光強度為392.5，該PU質量分數下的熒光強度較好。

圖1 不同PU質量分數熒光棉紗的熒光效果

圖2 不同PU質量分數下熒光棉紗的熒光光譜圖

將PU質量分數為30%、35%、40%、45%、50%所對應的熒光光譜中的峰值進行擬合，擬合方程為y=5.138x+130.96（R2=0.965 37），擬合曲線如圖3所示。

圖3 熒光紗線熒光光譜峰值與PU質量分數的關系曲線

由圖3可知，熒光光譜的峰值隨著熒光素質量分數的增加而升高。這是由于PU的使用對熒光素的附著起到了一定的積極作用，使熒光素更好地固定在棉紗上，同時也不會影響熒光紗線的熒光效果。

2.2 熒光顯微鏡觀察

熒光素質量分數為0.1%，PU質量分數為40%的熒光顯微鏡照片如圖4所示，從照片中可以直觀看到纖維上黃綠色熒光上染效果。

圖4 PU質量分數為40%的熒光棉紗顯微鏡下圖像

2.3 紗線力學性能分析

采用單紗強力測試儀分別測試熒光素質量分數為0.1%、PU質量分數為0、30%、35%、40%、45%、50%的斷裂強度和斷裂伸長率，結果如表1所示。由表1可知，經過PU浸漬后的紗線強度有明顯的提升，已上染熒光素而未經PU處理的紗線強度為12.6 cN/tex，經質量分數50%PU處理后的紗線強度高達25.9 cN/tex。

表1 紗線強力測試結果

2.4 紗線耐水洗分析

由于水洗后，任何一組熒光紗線的熒光強度均會出現下降的趨勢，所以在熒光素質量分數為0.1%，只選取PU質量分數為30%、40%、50%的熒光紗線，水洗時長設置為5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min，水洗后測試紗線熒光強度。

圖5為水洗后紗線的最大熒光強度隨水洗時長變化曲線。由圖5可知，隨著水洗時長的增加，不同PU質量分數的熒光棉紗熒光強度都有所下降，熒光素的含量有不同程度的損失，PU質量分數為50%的這組熒光棉紗在水洗30 min后，其熒光強度仍能保持在225左右，在使用范圍內。

圖5 不同PU質量分數熒光紗線經不同水洗時長后的熒光強度

3 結論

（1）PU的使用可以增強熒光棉紗的力學性能，隨著PU質量分數的增大，熒光棉紗的斷裂強度也逐漸增大。

（2）熒光棉紗經水洗后，熒光強度有一定的改變，隨著水洗時長的增加，熒光性能有所下降，PU質量分數為50%的熒光紗線水洗后，其熒光強度保持在225左右，在使用范圍內。

（3）由于本研究只選取了5組相對適中質量分數梯度的PU，用來探究適用于制備熒光棉紗的較優制備工藝，當PU質量分數50%以上時對熒光棉紗的負載效果以及相應性能的論證仍需進一步研究。而在本研究中，制備熒光棉紗的優化工藝為熒光素質量分數0.1%，PU質量分數50%，此工藝下熒光棉紗的力學性能和耐水洗性能較優。