感溫變色微膠囊印花工藝及其應用研究

胡亞康+史麗敏+王曉春+賈陳陳+晉睿文

摘要：本文以感溫變色微膠囊為對象配制印花色漿，采用單因素分析和正交實驗，通過測定織物各項牢度、舒適性變化，探討了粘合劑用量、交聯(lián)劑用量、焙烘條件等因素的影響，獲得實驗用微膠囊印花的優(yōu)化工藝：聚丙烯酸粘合劑25%，交聯(lián)劑1.5%，焙烘溫度150℃，焙烘時間 4min。本文還針對市場中感溫變色材料的不足將普通涂料和感溫變色微膠囊通過一定比例配色，極大豐富了色彩變化，為感溫變色面料的設計、推廣和應用提供良好基礎。

關鍵詞：感溫變色；微膠囊；印花工藝；色彩

中圖分類號：TS194.4 文獻標志碼：A

Study on Printing with Thermochromic Microcapsule and Its Application

Abstract： Printing process of thermochromic microcapsule was studied. Through single factor tests and orthogonal experiments， the effects of the concentration of binder and crosslinking agent and the baking condition were discussed. By testing color fastness and comforts of printed fabrics， the optimum printing process was obtained， which was the concentration of binder 25%， the concentration of crosslinking agent 1.5%， baking at 150 ℃ for 4 min. Furthermore， the color change of thermochromic materials is generally from one color to colorless and can not satisfied with the demand of market. In order to enrich the color of the printed fabrics， thermochromic microcapsule and pigment were blended with different proportion to match multifarious colors， which might provide the foundation for the more extensive design and application of thermochromic fabrics.

Key words： thermochromic； microcapsule； printing； color

隨著人們生活水平的提高，消費者對服飾美的追求層次也越來越高，消費者對服裝面料的要求正在由實用型向創(chuàng)新型轉變。傳統(tǒng)紡織品的色澤是靜態(tài)的，即紡織品經(jīng)印花或染色后，織物便呈現(xiàn)一種不變的色澤或花型，隨著電子、信息、半導體等技術與紡織服裝技術的不斷融合，智能、創(chuàng)新紡織品應運而生，其中感溫變色紡織品打破了常規(guī)，賦予紡織品動態(tài)的美。

感溫變色紡織品的制造方法主要由兩種：纖維技術和印染技術。纖維技術是將感溫變色材料應用在紡制纖維的過程中，技術難度大，但效果好。印染技術是通過印花、浸染等技術將感溫變色材料應用于面料中，技術較為簡單，效果也比較理想。

一般而言，感溫變色材料主要有兩種：一種是液晶類感溫變色物質，通過溫度環(huán)境的刺激，使分子在液晶的形態(tài)和聚集態(tài)發(fā)生改變，從而導致顏色變化；另一種是由電子給予體、電子接受體、溶劑性物質等3部分組成的體系，這種體系通過電子的得失發(fā)生顏色改變。兩種感溫變色材料應用于面料的前提技術是微膠囊技術，只有將感溫變色材料包覆在微膠囊中才能保證感溫變色的實現(xiàn)。同時由于微膠囊對纖維幾乎沒有親和力，因此需要用粘合劑將感溫變色材料固著在纖維、面料上，印花是常用方法之一。

丙烯酸類粘合劑來源廣泛，容易合成，工藝較為簡單，而且使用安全方便，因此本文采用聚丙烯酸類粘合劑進行感溫變色印花工藝的探索及應用。

1實驗

1.1印花材料與儀器

織物：白色滌氨緯平組織結構織物（滌90%/氨10%）。

助劑：感溫變色微膠囊，30℃左右時由紅色變?yōu)闊o色；novenPrintRite595粘合劑，諾譽化工；亞胺類非離子交聯(lián)劑FX8100，昂高化工；聚氨酯觸變型增稠劑，冠志化工。

儀器：MD定形烘干小樣機，廣東精湛染整設備廠有限公司；電熱鼓風干燥箱，上海申光儀器儀表有限公司；平動式常溫小樣機，靖江市新旺染整設備廠；D2F-6050型真空干燥箱，上海一恒科技有限公司。

1.2印花工藝流程

調色漿→平網(wǎng)印花→烘干（80℃，2min）→焙烘。

1.3性能測試

摩擦色牢度按GB/T3920—1997進行評定；耐皂洗色牢度按GB/T3921—2008進行評定；透氣率按GB/T5453—1997進行測試；透濕性按GB/T12704.2—2009進行測試；彎曲長度按GB/T18318.1—2009進行測試；頂破強力按GB/T19976—2005進行測試；織物吸濕性能按GB/T21655.1—2008進行評定；手感測試采用主觀評價法：由5位紡織相關專業(yè)人員進行觸摸感覺，并與未印花面料比較進行柔軟程度評級，結果分為5級，從-1級到-5級絕對值越大面料越硬。

2印花工藝實驗結果與討論

2.1粘合劑用量的影響

在焙烘溫度140℃、焙烘時間4min的條件下，首先對粘合劑用量的影響進行討論，結果如表1所示。

表1顯示，粘合劑用量在20%～35%時各項色牢度較為理想。當用量過低時，粘合劑成膜較薄，與纖維作用力較小，盡管透氣保留率較好，但色牢度較低；隨著粘合劑用量增多，成膜厚度增加，與纖維作用力加強，從而牢度提升，但透氣性隨之降低；且當用量超過35%時，色牢度不再進一步提高，粘合劑成膜厚度過大而導致織物手感發(fā)硬。

2.2交聯(lián)劑用量的影響

交聯(lián)劑在焙烘過程中可以在織物上形成網(wǎng)狀結構，有助于提升成膜牢度。在焙烘溫度140℃、焙烘時間4min、粘合劑用量為25%條件下，探討交聯(lián)劑用料的影響，結果見表2。

由表2可知，在一定范圍內隨著交聯(lián)劑用量增加，形成的網(wǎng)狀結構所覆蓋的面積增大，織物的色牢度相應提高，且交聯(lián)劑的加入量對印花織物的透氣性影響并不顯著，因此交聯(lián)劑用量以1.5%為宜。

2.3焙烘溫度的影響

粘合劑、交聯(lián)劑只有在一定的高溫條件下，才能于織物表面發(fā)生反應成膜，粘合劑與織物的結合牢度決定了感溫變色微膠囊的牢度性能。在粘合劑用量25%，交聯(lián)劑用量1.5%，焙烘時間4min的條件下，考察焙烘溫度的影響，結果如表3所示。

表3顯示，隨著溫度提升，濕摩擦和皂洗牢度略有增加，150℃時牢度較理想，當溫度達到170℃，色牢度有所降低，可能是溫度過高粘合劑或交聯(lián)劑分子鍵被破壞所致，且此時織物的透氣性變差。

2.4正交實驗

在單因素分析的基礎上，采用4因素3水平進行正交實驗，正交實驗進行正交實驗，如表4所示。

測試印花后織物的各種性能指標，結果見表5。

正交實驗的結果由多指標表征，單個指標不能全面反映面料的性能，因此本文采用Z分綜合評價法（Z-score）。此方法是按一定的準則，對各項指標結果進行綜合評定，得出綜合評分，是把多指標化為單一數(shù)量指標反映面料的綜合性能，再進行統(tǒng)一計算分析的方法。此方法計算公式為：

Zi=（Xi-Xi）/Si（1）

式（1）中，Xi為某指標值，Xi值為該指標的平均值，Si為該指標標準差。Zi值的計算首先是讓指標無量綱化，消除各項指標的單位及其數(shù)值數(shù)量級間的懸殊差別帶來的影響，也可以考察該指標是否高于均值。將各指標利用公式轉化為Zi后，利用式（2）進行綜合評定。

ΣZi=∑i=1JiZi（2）

式（2）中，n為不同指標的個數(shù)，Ji為Zi數(shù)值前的系數(shù)，對于數(shù)值越大越好的指標Ji取值為1，對于數(shù)值越小越好的指標Ji取值為-1，此公式下得到ΣZi值越大代表結果越優(yōu)。據(jù)此對表5進行分析，結果如表6所示。

由表6可知，實驗范圍內各因素對面料綜合性能影響程度為：焙烘時間>交聯(lián)劑用量>粘合劑用量>焙烘溫度，其最優(yōu)工藝水平是粘合劑25%，交聯(lián)劑1.5%，焙烘溫度150℃，焙烘時間4min。

3色彩應用

受感溫變色微膠囊的特性所限，其色彩變化單一，絕大多數(shù)為有色轉為無色，無法滿足消費者千變萬化的色彩需求，嚴重阻礙了變色微膠囊的發(fā)展和應用，筆者嘗試采用感溫變色微膠囊和普通涂料拼色，并對其拼色效果及性能進行探索。

采用紅色感溫變色微膠囊和普通涂料紅、黃、青進行拼色，所有處方中微膠囊和涂料的配比均為1∶1，即微膠囊用量和涂料總用量（為紅、黃、青總和）分別為2.5%、2.5%，印花工藝條件采用前述試驗的優(yōu)化工藝。測試結果如表7、表8所示。

印花過程中變色微膠囊與涂料相容性良好。表7顯示，拼混后的微膠囊保持了良好的變色效果，并借助與涂料的拼色，呈現(xiàn)出多彩的變色效果，改善了從有色變?yōu)闊o色的單一效果。

由表8可知，微膠囊與涂料拼混印花織物的色牢度良好，各項色牢度均達到4級或4級以上。微膠囊與涂料拼混印花織物的透氣保持率達到92.12%、透濕率119g.m-2.h-1，表明印制后織物透氣透濕性能依然保持良好，服用舒適性能夠滿足基本要求。

4結論

（1）結合色牢度和服用性能，實驗用感溫變色微膠囊用于滌氨面料的優(yōu)化印花工藝為：粘合劑用量25%，交聯(lián)劑用量1.5%，焙烘溫度150℃，焙烘時間4min。

（2）感溫變色微膠囊與普通涂料具有良好的拼色性能，二者相互配合使用可有效改善微膠囊有色變無色的單一效果，賦予織物更豐富的色彩變化。

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作者簡介：胡亞康，女，1990年生，碩士在讀，研究方向為紡織材料與紡織品設計。

通訊作者：王曉春，E-mail：clywxch@bift.edu.cn。

作者單位：胡亞康、史麗敏、晉睿文，北京服裝學院服裝藝術與工程學院；史麗敏，361。—北京服裝學院高性能運動服裝設計研發(fā)中心；王曉春、賈陳陳，北京服裝學院材料科學與工程學院。

基金項目：北京服裝學院2015研究生創(chuàng)新項目120301990114；北京服裝學院項目H2015-3；北京市服裝材料研究開發(fā)與評價重點實驗室項目2015ZK-05。