棉用紅外偽裝染料染色及性能測試

臧 健,戴勝飛,劉建平,錢 燦,周維雯,孫玉娜

(常州紡織服裝職業技術學院 紡織學院，江蘇 常州 213164)

隨著各種紅外線偵察設備的出現和發展，防紅外線偵察偽裝日趨重要。為了在戰爭中立于不敗之地，各國紛紛投身于各種偽裝技術的研究[1-5]。近紅外是指波長范圍從0.7μm至2.5μm的紅外光[6]。人體著裝時的溫度在32～33℃左右，裸體溫度可降低2～3℃左右。一般情況下, 身體輻射主波長處于0.9～1.1μm的近紅外波段[7]。因此,軍事人員的迷彩偽裝,主要解決近紅外波段的防偽性能(0.78～1.5 μm)。對于紡織面料而言，通過涂料實現偽裝是比較經濟、方便、有效的。但該方法的缺點是涂層厚、密度大，涂層后面料的吸濕性、透氣性、耐水洗性等都有所下降[8-14]。因此，嘗試用染料實現軍事目標的迷彩偽裝正越來越得到各國的高度重視[15-20]。近紅外偽裝目的就是對目標進行處理，設法減少目標與背景之間的差別，使得目標的近紅外反射光譜與背景的紅外特征相適應。本文僅對自然界中綠葉背景進行了分析，在綠葉背景之下通常情況是葉綠素的偽裝，這就要求防近紅外偽裝染料在可見光和近紅外的范圍內與天然葉綠素有近似或相同的反射或吸收。本文測試了背景樹葉葉綠素萃取液和三種還原染料的透射光譜，調整三種還原染料的配比，使之光譜曲線與葉綠素萃取液匹配，使用所配的染液染色織物，測試染色織物的反射光譜，從而篩選出最優比例組合。

1 實驗

1.1 儀器設備

超聲波清潔器H52120D、恒溫水浴鍋HH4、分光光度計UV-1801、測色配色儀(ataColor SF-300 美國)、烘箱TDSD-5600E。

1.2 藥品及材料

化學試劑：氫氧化鈉、二甲基甲酰胺(DMF)、連二亞硫酸鈉、碳酸鈉(均為分析純)；

棉織物：純棉府綢(40s×40s)；

染料：還原黃G，還原灰BG，還原藍BC(上海巨誠化工有限公司)分別配制成2g/l的母液；

1.3 染料篩選與測試

稱取新鮮樹葉5g,碾碎后加入50mL DMF，超聲下萃取1h，過濾后得到葉綠素溶液；分別稱取三種還原染料各0.1g，加入30mL DMF超聲下溶解0.5h。使用紫外分光光度計UV-1801分別測試以上葉綠素背景和染料溶液的透射光譜曲線，通過圖譜進行分析，進行配色。

1.4 織物染色與反射光譜測試

通過配色的比例進行織物染色，使用測色配色儀測試染色織物與樹葉的反射光譜曲線，進行對比分析后調整染色配方至合理范圍。

染色方法：根據實驗方案要求先配好三種染料的母液5g/L，使用干缸法還原。染料放入染杯，先后加20mL溫水調勻，然后加入2/3的燒堿和保險粉，使染液量為總量的2/5。染液先在30℃下還原30min。將剩余的燒堿、保險粉加入染杯，并加水至所需浴量。將染杯溫度控制在55℃，將預先潤濕的織物投入染液。在染色過程中15min和30min時各加入食鹽用量的一半。染畢取出布樣過一道冷水，懸掛在空氣中氧化10～15min，然后水洗、皂洗(肥皂5g/L、浴比1∶30,95℃以上，3～5min)，水洗、烘干。

染色處方如表1所示。

表1 染色工藝處方

染色工藝曲線如圖1所示。

圖1 染色工藝曲線

2 結果與討論

2.1 葉綠素萃取液和染料透射光譜曲線測試

選取單一染料和綠葉背景萃取液，分別測試其透射光譜曲線，比較三種染料與背景萃取液的吸收峰范圍，初步擬定拼色方案。圖2為三種單色染料和綠葉背景萃取液的透射光譜曲線。

圖2 染料與綠葉萃取液透射光譜曲線

由以上透射光譜曲線可知，綠葉背景萃取液在400～500nm及650～700nm有著比較大的吸收峰；而450～500nm正是還原黃的強烈吸收波段，還原藍在650～700nm有著與綠葉萃取液相同的吸收峰但是吸收比較平緩，因此以藍色和黃色為主拼染料，調整配比，加入灰色削弱反射率，微調色光。在700～1100nm的近紅外區，三種染料與背景萃取液均有相似的平緩曲線。

2.2 不同染料配比染色織物與背景樹葉的反射光譜測試

樹葉背景萃取液成分很復雜,不能單靠一種或兩種染料染色得到與其一致的色澤。因此，先選定模擬綠色的主要染料,再添加其他染料調整色光,最終使其與背景一致。本文主要以還原黃G和還原藍BC為拼色基礎，根據染料的混拼原則,確定主色，再加入還原灰BG降低反射率。先按照2.5%的色深進行配方1的打樣，利用測色配色儀測試反射率，與背景樹葉的反射率曲線進行對比后調整染料配比。具體染料配比見下表2。

表2 染料配比

打樣過程中不同染料配比染色織物的反射光譜曲線見下圖3。

由圖3可知，起始2.5%的色深濃度比較大，導致配方1的染色織物反射光譜曲線遠高于綠葉背景的反射率，配方1的最大反射曲線峰在530nm左右，而綠葉背景的最大反射曲線峰在550nm左右，所以應該適當增加藍色染料的比例，因此調整為配方2，降低了色深濃度，同時增加了藍色比例；經過不斷的微調，按照配方3、4、5染色織物，測定各個染色織物的反射光譜曲線，由上圖3可知，配方3的反射率與背景綠葉較為吻合，因此使用配方3作為最終的染色處方。

2.3 配方3與綠葉背景萃取液的吸收光譜曲線測試

圖3 不同染料配比染色強物與背景樹葉反射率

按照配方3配制染液，利用分光光度計UV-1801測試其透射光譜曲線，與綠葉背景萃取液進行比較，具體數據見下圖4。

由以圖4可知，按配方3配制的染料溶液在400～780nm的可見光區有相近的峰形，在780～1100nm的近紅外區也有近似的透射曲線，說明用此配方染成的棉織物不僅可以作為普通偽裝，還可用于防紅外偽裝。

3 結論

篩選了三種還原染料用于棉織物的防紅外偽裝，通過透射光譜曲線和染色織物反射光譜曲線的測定，得到了合適的配方，按照此配方染色的棉織物不論在可見光區還是在近紅外光區，均和綠葉背景有很好的融合度，從而達到防紅外偽裝的目的。具體的防紅外機理和染料分子結構的關系還需今后的研究。

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