熱敏變色染料印花非織造布性能研究*

王 冰 張榮波 柯文博 鄒漢濤

武漢紡織大學紡織科學與工程學院，湖北 武漢430200

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熱敏變色染料印花非織造布性能研究*

王 冰 張榮波 柯文博 鄒漢濤

武漢紡織大學紡織科學與工程學院，湖北 武漢430200

采用手工篩網印花方式，將熱敏變色微膠囊染料施加到聚丙烯SMS(即紡黏-熔噴-紡黏復合無紡布，其中S指紡黏層，M指熔噴層)非織造布上，研究其變色性能、色牢度、接觸角、靜電性能、透氣性、力學性能等。結果發現：印花后的聚丙烯非織造布的變色性能良好，變色溫度在指定溫度的±2℃范圍內；耐摩擦、耐皂洗、耐汗漬、耐熨燙色牢度良好，均為4～5級，耐日曬色牢度較差；非織造布的接觸角小于90°，表現出親水的特性，吸濕性增強，抗靜電效果提高。熱敏變色染料還增加了非織造布內纖維間的黏結，使非織造布的斷裂強力、斷裂伸長率分別約增加10%、50%。但熱敏變色染料印花阻塞了非織造布表面的微孔，使得非織造布的透氣性幾乎為零。此熱敏變色非織造布可用于感溫產品的包覆材料，但是不適宜用于戶外織物。

非織造布，微膠囊，熱敏變色染料，印花，色牢度

傳統紡織品經印染后，其顏色不會發生變化。但隨著生活水平的提高，人們對紡織品顏色的要求也在不斷提高，于是隨著光照、溫度或濕度等變化，顏色會發生改變的變色材料出現在人們的視野中。變色材料填充了如今紡織品顏色表現形式的空白，也滿足了消費者獵奇的心理，符合紡織發展的潮流與趨勢，因此自產生后就得到了飛速發展[1]。

變色染料[2]是指能夠隨著溫度、光照、pH值、濕度等變化而改變顏色的染料，通過改變物理或化學等因素而從有色變為無色，或者從無色變為有色。變色染料主要有光敏變色、熱敏變色、電敏變色和濕敏變色染料等[3]。目前在紡織品中應用最為廣泛的是熱敏變色染料[4]。引發熱敏變色染料變色的原因有多種，主要原理可概括為染料結構的改變、染料內電子的轉移平衡及染料分子間質子的轉移等[5]。熱敏變色染料的種類，按變色過程分一般有可逆和不可逆兩種；按材料種類則有無機、有機和液晶之分[6]。

由于變色染料自身的色牢度不夠理想，并且使用條件容易受到外界環境的影響，于是人們將微膠囊技術引入變色染料的制備，使變色染料在紡織品中的應用展開了一個新的篇章[7]。所謂微膠囊化是指用適當的包壁材料將變色染料包覆起來的過程[8]。并且，變色染料微膠囊化后，其性能基本沒有改變，部分物理化學性質甚至得到優化，如熱穩定性等，使變色染料的應用范圍得以擴展[9]。張忠信[10]等將熱敏變色微膠囊通過涂料印花應用在真絲綢上，發現其變色性能良好，且耐洗、耐摩擦色牢度同樣良好，說明微膠囊技術的引入對染色的應用有良好的效果。

鑒于如今飛速發展的暖寶寶等存在低溫燙傷隱患[11]，造成從真皮向真皮深層及皮下各層組織的漸進性損害[12]問題，并考慮到熱敏變色染料的變色性能，將其應用于人體感溫產品，可以做到指示溫度、預知溫度。因而設想將微膠囊溫變染料應用于非織造布。但是由于這方面的研究還很缺乏，所以本課題利用熱敏變色染料對聚丙烯SMS非織造布進行手工篩網印花，對印花后的非織造布的色牢度、變色性能、浸潤性能、靜電性能、透氣性、力學性能等進行測試，并與未印花的非織造布進行比較，判斷熱敏變色染料是否能較好地應用于非織造布。

1 試驗部分

1.1 原料與儀器

熱敏變色染料(38和50℃，深圳千色變顏料有限公司)；聚丙烯SMS非織造布(湖北仙桃三羊非織造布有限責任公司)。

主要試驗儀器見表1。

表1 主要試驗儀器

1.2 熱敏變色染料印花

通過手工篩網印花方式，采用兩種已微膠囊化的熱敏變色染料(38、 50℃)對聚丙烯SMS非織造布進行印花，然后在60℃下進行預烘干，再在100℃下焙烘一段時間，得到熱敏變色染料印花聚丙烯SMS非織造布樣品。所用篩板目數為200。

1.3 樣品表征

1.3.1 變色性能

將經過印花的兩組非織造布樣品進行變色性能測試。將樣品裁剪成合適大小的試樣，然后置于一溫度可調的加熱板上，分別觀察38、 50℃兩組樣品在30～45和45～55℃下升溫和降溫時的顏色變化并拍照。

1.3.2 色牢度

參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》、GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》、GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗 耐汗漬色牢度》、GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度：氙弧》、GB/T 6152—1997《紡織品 色牢度試驗 耐熨燙色牢度》等標準，對經過印花的兩組樣品的色牢度進行測試。

1.3.3 接觸角

將樣品剪成4cm×1cm，在RM-JCJ1003型接觸角測定儀上進行接觸角測試，每組測試5個試樣，取平均值。

1.3.4 靜電性能

參照GB/T 12703—1991《紡織品靜電測試方法》，測試試樣的靜電性能，記錄峰值電壓和半衰期時間。

1.3.5 透氣性能

將樣品剪成20cm2的圓形，在壓差100Pa、5號噴嘴下進行透氣性測試，每組測試5個試樣，取平均值。

1.3.6 力學性能

參照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能》，將樣品剪成20cm×5cm，設置隔距為10cm、拉伸速度為100mm/min，進行拉伸試驗，測試其斷裂強力和斷裂伸長率，每組測試5個試樣，取平均值。

2 結果與分析

2.1 熱敏變色微膠囊染料

圖1中，(a)是涂覆于一層薄膜上的熱敏變色微膠囊染料照片，(b)是印在聚丙烯SMS非織造布上的熱敏變色微膠囊染料照片?？梢钥吹?，這種熱敏變色微膠囊染料顆粒呈圓球狀，平均直徑為1～5μm。其內部為熱敏變色物質，外部是一層既不溶解也不會熔化的透明外殼，正是它保護了熱敏變色物質免受其他化學物質的侵蝕。這種熱敏變色物質的黏度為95mPa·s，為紅色水性油墨。

(a) 涂覆于薄膜上的熱敏變色微膠囊染料

(b) 印在聚丙烯SMS非織造布上的熱敏變色微膠囊染料

2.2 變色性能分析

圖2、圖3所示分別為38和50℃熱敏變色染料印花試樣隨溫度變化的顏色變化過程。由圖2可看出，印花部位在30 ℃左右時為紅色；當溫度逐漸升到36℃時，印花部位的顏色明顯變淡；溫度上升至38℃，印花部位的紅色消失，呈無色；溫度繼續上升，印花部位保持無色，呈現布的原色；當溫度下降至38℃以下，印花部位逐漸恢復紅色，至36℃時紅色清晰可見；溫度繼續下降，印花部位恢復至最初的紅色。與此類似，由圖3可看出，印花部位在48℃時顏色開始變淡，在50℃時變為無色；溫度繼續上升，印花部位保持無色，呈現布的原色；當溫度下降到50℃時，印花部位恢復到初始的紅色。由此可見，熱敏變色染料印花制品的變色溫度在指定溫度的±2℃范圍內；熱敏變色染料的顏色可隨溫度的上升、下降反復改變，溫度升高由有色變成無色，溫度下降又恢復成有色，即這一顏色變化過程是可逆的。

30℃

36℃

37℃

37～38℃

38℃

常溫

45℃

48℃

49℃

49～50℃

50℃

常溫

2.3 色牢度

熱敏變色染料印花非織造布的色牢度及色變評級見表2?？梢钥吹?，對同一種非織造布，采用不同的熱敏變色染料印花，樣品的色牢度一致，耐摩擦、耐皂洗、耐汗漬、耐熨燙色牢度均較好，為4～5級。由于熱敏變色染料細度適中、摩擦因數小，因而其流動性、著色性很好，印花后非織造布表面平整，熱敏變色染料與纖維固著緊密，在一定的溫度、水和酸堿條件下不會發生轉移。但是以熱敏變色染料印花的非織造布的耐日曬色牢度很差，僅為1級，表明熱敏變色染料在日照下性能不穩定，即不耐日曬，故不適宜用于戶外用產品。

表2 熱敏變色染料印花試樣的色牢度及色變評級

2.4 接觸角

未印花試樣的接觸角為103.7°，38和50℃熱敏變色染料印花試樣的接觸角分別為84.8°和75.2°。未印花的聚丙烯非織造布的表面能比水大，接觸角大于90.0°，表現出拒水的特性；經過印花的聚丙烯非織造布的接觸角小于90.0°，表現出部分浸潤的特性。說明熱敏變色染料中存在親水性的物質，當用于涂覆聚丙烯非織造布時，熱敏變色染料的親水性基團端外露于織物表面，形成一層親水性薄膜，從而提高了非織造布的吸濕性。

2.5 靜電性能

表3給出了未印花及熱敏變色染料印花試樣的峰值電壓和半衰期時間。可以看到，以熱敏變色染料印花后，聚丙烯非織造布的峰值電壓比印花前有明顯下降，而且半衰期時間顯著縮短，表明非織造布的抗靜電性能提高。這與前述印花后非織造布的接觸角減小的結果相符。印花后非織造布的吸濕性提高，降低了纖維的表面電阻，不易產生靜電，加快了電荷逸散速率，減少了靜電積聚。

表3 未印花及熱敏變色染料印花試樣的峰值電壓與半衰期時間

*在測試過程中，未印花試樣在100s后其峰值電壓基本無變化，故認為此時的半衰期時間無法測出，且即使測出，也是一個相當龐大的數值，參考價值不高

2.6 透氣性能

熱敏變色染料印花對聚丙烯非織布的透氣性有很大的影響。未印花試樣的透氣量為571mm/s；兩種熱敏變色染料印花試樣的透氣性基本一致，透氣量幾乎為零。也就是說，經熱敏變色染料印花后，聚丙烯非織造布的孔隙被熱敏變色染料完全堵住或覆蓋住，因而幾乎不具備透氣性。這是印花加工存在的普遍問題，在一定程度上影響了織物的服用性能。

圖3 試樣的力學性能

2.7 力學性能

圖3所示為三種試樣的力學性能。未印花試樣的斷裂強力為64.5N，38和50℃熱敏變色染料印花試樣的斷裂強力分別為71.4和69.6N，提高了8%～10%。由此可以看出，經熱敏變色染料印花后，非織造布的斷裂強力有一定的上升，其原因可能是熱敏變色染料涂覆于非織造布表面后，纖維間的黏結、抱合作用加強。未印花試樣的斷裂伸長率為160.2%，38和50℃熱敏變色染料印花試樣的斷裂伸長率分別為210.3%和200.0%。經熱敏變色染料印花后，非織造布的斷裂伸長率不僅沒有下降，反而上升了40%～50%，其原因可能是熱敏變色染料的黏結作用使纖維間具有更大的滑移空間。

3 結論

采用兩種熱敏變色染料，對聚丙烯SMS非織造布進行印花，測試其變色性能、色牢度、接觸角、靜電性能、透氣性能和力學性能，并與未印花的聚丙烯SMS非織造布做比較，得出：

(1) 經熱敏變色染料印花后，聚丙烯SMS非織造布的耐摩擦、耐皂洗、耐汗漬和耐熱壓色牢度良好，但耐日曬色牢度很差。說明熱敏變色染料可以應用于非織造布印花，但不宜在光照環境下使用。

(2) 熱敏變色染料的變色性能非常好，其顏色在變色溫度的±2℃范圍內發生改變，由有色變為無色，且可逆。

(3) 經熱敏變色染料印花后，聚丙烯SMS非織造布的接觸角小于90.0°，表現出親水的特性，抗靜電性能提高。但由于熱敏變色染料涂覆于非織造布表面，其透氣性大大下降，透氣量幾乎為零。

(4) 經熱敏變色染料印花后，聚丙烯SMS非織造布的纖維間抱合、黏合作用增強，其斷裂強力提高近10%，而且纖維間滑移增加，因此斷裂伸長率上升40%～50%。

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Study on properties of thermo-chromic dye printed nonwovens

WangBing，ZhangRongbo，KeWenbo，ZouHantao

Textile science and engineering college, Wuhan Textile University, Wuhan 430200, China

By means of hand screen printing, the thermo-chromic microcapsule dyes were printed on the PP nonwovens. The thermo-chromic property, color fastness, contact angle, electrostatic property, permeability, and mechanical property of the printed nonwovens were observed. It was found that the printed nonwovens had good thermo-chromic performance with a color changing temperature in a range of ±2 ℃ of a definited temperature. The color fastness to rubbing, to soaping, to perspiration and to hot pressing of the printed nonwovens were all better with the level of 4～5 respectively, while the color fastness to light was bad. The printing by thermo-chromic dyes improved the hydrophilic property with the contact angle less than 90° and the antistatic effect of the printed nonwovens. The dyes increased the bonding between fibers, so the breaking strength and the elongation at break were raised by nearly 10% and about 50% respectively. But the air permeability of the printed nonwovens was almost zero since the dyes blocked the porosity. The printed nonwovens can be used in the packaging materials, but not the outdoor cloth.

nonwoven, microcapsule, thermo-chromic dye, printing, color fastness

*湖北省教育廳青年基金項目(Q20121710)

王冰，男，1991年生，在讀碩士研究生，研究方向為紡織工程

鄒漢濤，E-mail:102814139@qq.com

TS193.8

A

1004-7093(2016)10-0036-06