基于磁流體材料的織物染料基礎應用研究

李芷鈺，馬雪晉，劉一芳，高沛琪，關佳敏，崔藝銘

（北京服裝學院，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。靜態時無磁性吸引力，而有外界磁場作用時，則表現出磁性。

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行研究，主要探索浸漬法制備磁性織物的方法。實驗使用的藥劑較多，對實驗器材要求高，磁性織物的制作難度相對較大。

本實驗設計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行織物實驗、吸附實驗與清洗實驗，為探索更加簡化的浸漬法試劑、磁性布料的更多功能性運用提供了重要的參考依據。

1 適用磁流體制備實驗

本實驗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組實驗以自來水與實驗室化驗蒸餾水為固定變量，醫用甘油和食用大豆油、75%酒精和99%酒精為對照組進行效果對比。8組試劑分別為：（1）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+CC388A碳粉+醫用甘油+自來水（A-1）；（2）4N1微米四氧化三鐵鐵粉+CC388A碳粉+醫用甘油+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組在試管中的實驗樣品進行磁鐵吸附實驗，對溶液流通性、吸附性、溶液特性與pH進行比較，根據效果對比，選擇含有蒸餾水、99%酒精的4個實驗組進行織物浸漬效果實驗。實驗表明，運用以醫用甘油和食用大豆油為介質制作的磁流體對布料染色后，布料無法烘干或風干，所以不作為染料制備中的磁流體樣組；而以75%酒精和99%酒精為介質制作的磁流體在對布料染色后，布料不論是在風干或是烘干后，磁鐵吸附性效果依舊良好。

表1 磁流體制備實驗對比數據

實驗表明，在4組對比實驗中，蒸餾水作為調和介質的實驗組染布之后的磁鐵吸附性均優于自來水作為調和介質的實驗組；同樣，在4組對比實驗中，99%酒精作為介質的實驗組染布之后的磁鐵吸附性均優于75%酒精作為介質的實驗組。在8組染色實驗中，以4N1微米四氧化三鐵、99%酒精、實驗室化驗蒸餾水、CC388A碳粉作為磁流體制備材料的實驗效果最好。

2 布料染色實驗

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

實驗表明，在對14種布料用磁流體所制作的染料進行染色后，對比發現，純棉布、麻布紡織結構細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；精梳棉布、滌棉布、呢絨布、氨綸彈力布、天鵝針織面料等內部有化學纖維紡織的面料，在染色后被磁鐵吸附性較強；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 清洗極值實驗

在使用過程中，清洗紡織物是必不可少的環節，在磁流體制備實驗、布料染色實驗的基礎上，對14種布樣進行清洗實驗。實驗中以水溫和洗衣劑為變量進行對比實驗并記錄。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）與清洗極值進行實驗記錄。本次實驗均采用手洗。

圖1 14種布料冷水洗滌實驗對比數據

實驗中，根據水溫不同分為冷水、溫水、熱水，根據清洗劑不同分為洗衣粉、洗衣液（在冷水情況下進行）。將14組布樣分為5組進行5次清洗實驗可以發現，布匹染色后的磁鐵吸附性與清洗折舊程度呈負相關，即染色后磁鐵吸附效果好的布樣，在清洗5次后依舊表現良好。在同一布樣的5次清洗折舊程度對比下可以發現，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現，洗衣液折舊程度低，洗衣粉折舊程度高，實驗結果或與洗衣液中的保色劑有關。通過14種布樣在5種情況下進行清洗極值的實驗可以發現，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 結論

本實驗設計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，通過磁流體制備實驗選擇效果較好的4種磁流體溶液；通過布料染色實驗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；通過清洗極值實驗分析了水溫、清洗劑、布料種類對清洗極值的影響，結果如下。

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

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

（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。當清洗水溫為冷水時，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小；當清洗水溫為熱水時，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。純棉布在冷水中不加任何清洗劑的情況下，清洗極值可達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驗中，清洗極值差別較大；在同一布料不同清洗劑的對比實驗中，清洗極值差別較小。

根據以上3次實驗的分析與驗證，本實驗所制備的磁流體染劑在紡織品浸染后，磁鐵吸附效果達到預期，浸染后的紡織品具有磁鐵吸附性，在吸附過程中，紡織品發生形變。現今，對磁性紡織品的開發領域主要集中在保健品、理療產品等方面[5]，在本實驗設計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用于家居領域、農業領域、交互裝置領域等，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），以進一步探索磁流體紡織品更多的應用可能性。