人工模擬汗液浸潤狀態下藍草藍染色粘膠織物的性能研究

黃 偉

（江西服裝學院，江西 南昌 330201）

植物染料無污染、無毒無害，染色自然、優雅，且具有一定的抗菌防蟲效果，同時染色后的織物手感厚重豐滿，皮膚親和性強，避免了合成染料帶來的皮膚病隱患，故具有廣闊的市場前景[1-2]。目前，常用的植物染料有梔子、藍草、茜草等，種類繁多，形成了一套完整的染料色譜[3-4]。由于夏季氣溫較高，運動量較大，導致人體大量出汗，會對所穿織物的性能產生一定的影響。目前，對人工模擬汗液對染色后粘膠織物的研究鮮有報道，且集中在活性染料，如李艷梅等[5]利用人工模擬汗液測試粘膠織物的汗漬色牢度；利用人工模擬汗液測試植物染料染色后粘膠織物性能的研究還未見實質性報道。

本研究利用人工模擬汗液對染色后的織物進行了浸濕處理，分析了人工模擬汗液浸濕對粘膠織物的性能影響，為粘膠織物的改進提供了一定的參考經驗。

1 實驗

1.1 材料與試劑

粘膠織物（漂白1/2斜紋織物，經緯紗線均為粘膠纖維紡制的2股18.2 tex的合股紗線，經緯紗線密度為380根/10 cm與320根/10 cm，購買自市場）；L-組氨酸鹽酸鹽（西安拉維亞生物科技有限公司）、乳酸（江西振冉生物科技有限公司）、磷酸氫二鈉（南京化學試劑股份有限公司）、氯化鈉（西安藻露堂藥業集團康復醫藥有限公司）、藍草藍（自制；參照參考文獻[6]）、改性劑 AS（常州美勝生物材料有限公司）、冰乙酸（鄭州市金之福貿易有限公司）、磷酸二氫鈉（蘇州華航化工科技有限公司）、氫氧化鈉（天津鵬坤化工有限公司）、尿素（山東魯西化工集團有限責任公司），以上所用化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

FA1004B電子分析天平（上海越平科學儀器有限公司）、FR-1213可程序恒溫恒濕試驗箱（上海發瑞儀器科技有限公司）、DHG-9030A高溫烘箱（北京恒泰豐科試驗設備有限公司）、AS-24 常溫振蕩式小樣染色機（佛山市順德區精瑞實驗設備有限公司）、D65標準光源箱（阿儀儀器科技（上海）有限公司）、SC-50恒溫水槽（上海喬躍電子有限公司）、INSTRON5590萬能材料試驗機（美國英斯特朗有限公司）、HFM436導熱儀（德國耐馳公司）。

1.3 織物的浸染與浸汗處理

1.3.1 織物的改性

為降低粘膠織物表面負電荷，減少粘膠織物與藍草藍染料負電荷之間的排斥作用，提高粘膠織物植物染料的上染率與色牢度，采取改性AS改性劑對粘膠織物進行了改性，以便改善植物染料向粘膠纖維內部的擴散的速率與粘附性；改性具體工藝為：將粘膠織物靜置于50℃的恒溫去離子水中充分浸泡15 min后，按照粘膠織物與改性劑AS質量比為1∶2的比例將粘膠織物與改性劑AS在浴比1∶25的條件下進行改性；改性工藝為如圖1所示，并將改性水洗后的粘膠織物在保證濕潤的條件下去除多余的水分。

圖1 粘膠織物改性工藝圖

1.3.2 織物的浸染

按照藍草藍o.w.f用量為5%，利用冰乙酸調節染液pH值為5后將濕潤的粘膠織物投放到染液中進行浸染，浸染工藝如圖2所示，將浸染好的粘膠織物室溫水洗、皂洗后再次進行水洗后在105℃的烘箱中干燥至恒重。

圖2 粘膠織物浸染工藝圖

1.3.3 織物的浸汗處理

由于體質的差異，人體的汗液的酸堿度有一定的差異，人工汗液依據酸堿的差異使用去離子水制備人工汗液的具體配比為：

堿性汗液配比：L-組氨酸鹽酸鹽0.5 g/L，氯化鈉5.0 g/L，磷酸氫二鈉5.0 g/L，尿素1.1 g/L，將上述化學試劑充分溶解后，使用0.1 mol/L的氫氧化鈉將混合溶液調節至8.0。

酸性溶液配比：L-組氨酸鹽酸鹽0.5 g/L，氯化鈉5.0 g/L，磷酸二氫鈉5.0 g/L，尿素1.1 g/L，將上述化學試劑充分溶解后，使用0.1 mol/L的冰乙酸將混合溶液調節至5.5。

按照浴比為1∶30的比例將未染色（即普通粘膠纖維織物）與染色后的粘膠織物投放到配置的酸性人工模擬汗液與堿性人工模擬汗液中，在完全浸潤后使用軋車軋去多余的人工模擬汗液后在40℃烘箱中干燥至人工模擬汗液量浸潤率分別為20%、40%、60%、80%和100%。

1.3.4 織物抗紫外線性能影響測試

參照GB/T 18830-2009《紡織品 防紫外線性能的評定》對未染色與染色粘膠織物人工模擬汗液整理前（即干燥狀態）及人工模擬汗液量浸潤率分別為20%、40%、60%、80%、100%的抗紫外線性能進行測試，并根據公式（1）～（3）計算織物紫外線防護系數的平均值測試30次，計算測試結果的平均值。

上述式中，T(UVA)i為粘膠織物的透射比的算術平均值；Ti(λ)為織物試樣在i在波長λ時的光譜透射比；m為在波長315～400 nm之間測定的次數，文中取值為30；E(λ)為日光光譜的福照度，W?m-2/nm；Δ(λ)為波長間隔長度，nm；ε(λ)為相對紅斑效應；UPFAV為UPFi的平均值；UPFi為粘膠織物第i個試樣的UPF的值。

1.3.5 織物耐摩擦色牢度性能影響測試

依據GB/T3920-2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測試對染色粘膠織物汗液整理前（即干燥狀態）及汗液量浸潤率分別為20%、40%、60%、80%、100%的耐摩擦色牢度，并根據沾色用灰色樣卡做評級，評級30次取評級的平均值。

1.3.6 織物導熱性能測試

參照ASTM C518熱流計法的標準，利用HFM436導熱儀對未染色與染色粘膠織物人工模擬汗液整理前（即干燥狀態）及人工模擬汗液量浸潤率分別為20%、40%、60%、80%、100%的導熱系數和熱阻進行測試，測試30組試樣取測試結果的平均值。

1.3.7 織物力學性能影響測試

將未染色與染色后的粘膠織物裁剪成沿經紗方向250 mm，緯紗方向50 mm的布樣，在完全浸潤后使用軋車軋去多余的人工模擬汗液后在 40℃烘箱中干燥至人工模擬汗液量浸潤率分別為 20%、40%、60%、80%、100%。使用INSTRON5590萬能材料試驗機在夾持長度為200 mm，拉伸速度為200 mm/min的等速伸長條件下對染色粘膠織物人工模擬汗液整理前（即干燥狀態）及人工模擬汗液量浸潤率分別為20%、40%、60%、80%、100%的斷裂強力進行測試，測試30組試樣取測試結果的平均值。

2 結果與討論

2.1 織物抗紫外線性能分析

紫外線防護系數UPF值隨織物人工模擬汗液量變化曲線如圖3所示，從圖3可以看出，未染色與染色后的粘膠織物的紫外線防護系數 UPF值無論在酸性人工模擬汗液還是堿性人工模擬汗液中均呈現下降趨勢，這是由于粘膠織物隨著人工模擬汗液量的增加，降低了織物對紫外線的散射性能，紫外線通過吸收與折射增加了織物的透過性能，從而降低了粘膠織物對紫外線的防護性能。同時，從圖中可以看出，在酸性人工模擬汗液條件下粘膠織物的紫外線防護性能低于在堿性人工模擬汗液條件下，這是由粘膠纖維耐堿不耐酸的特性決定的，粘膠纖維在酸性條件可造成粘膠纖維水解，分子結晶結構更容易受到破壞，降低纖維的結晶率，從而提高紫外線的透過率，致使粘膠織物的紫外線防護性能下降。相比未染色的普通粘膠纖維織物可以發現，染色后的粘膠織物在汗液浸濕狀態下的抗紫外線性能高于未染色，這是由于粘膠纖維織物經過染色染色后粘膠纖維內部的空隙率增大、增多在一定程度上阻礙了紫外線折射透過織物的比例，同時由于染料在織物的表面與內部也對紫外線的透過率起到一定的降低作用。由此可知在汗液浸濕狀態下，藍草藍染色可以在一定程度上提高粘膠織物的抗紫外線性能。對圖中2條曲線求解一階導數可知，紫外線防護系數下降幅度最大的人工模擬汗液量區間均在20%～40%。

圖3 紫外線防護系數UPF值隨織物汗液量變化曲線

圖4 耐摩擦色牢度等級隨織物汗液量變化柱狀圖

2.2 織物耐摩擦色牢度性能分析

耐摩擦色牢度等級隨織物人工模擬汗液量變化柱狀圖如圖4所示，從圖4可以看出，粘膠織物的耐摩擦色牢度無論在酸性人工模擬汗液還是堿性人工模擬汗液條件下均隨著人工模擬汗液量的增加而降低，這是由于在濕潤狀態下，植物染料與粘膠織物纖維表面吸附力與氫鍵結合力均得到不同程度的下降，從而降低織物的耐摩擦色牢度。在酸性人工模擬汗液條件下下降的速率略快于堿性人工模擬汗液，這是由于 AS改性劑在酸性條件下的穩定性略低于堿性條件，致使在酸性條件下植物染料與粘膠織物表面的吸附能力下降幅度大于堿性條件，從而使得在堿性人工模擬汗液環境中粘膠織物的耐摩擦色牢度由于在酸性人工模擬汗液環境。

2.3 織物導熱性能分析

導熱系數隨織物人工模擬汗液量變化柱狀圖如圖5所示，從圖5可以看出，粘膠纖維織物的導熱系數隨織物人工模擬汗液量的增加而增加，這是由于水的導熱系數越高于粘膠纖維的導熱系數，因此隨著粘膠織物人工模擬汗液量的增加導熱系數不斷增加。在酸性人工模擬汗液環境中粘膠織物的導熱系數高于堿性人工模擬汗液環境中是由于粘膠纖維在酸性環境中結晶度受到破壞，使得無定型區增加，提高了纖維內部人工模擬汗液的存量，從而提高了粘膠織物的導熱性能。相比未染色的普通粘膠纖維織物可以發現，染色后的粘膠纖維織物的導熱系數略高于為染色粘膠纖維織物，且在汗液浸濕狀態下比干態條件下有所增加，這是由于染色后染料進行粘膠纖維內部導致孔隙及無定形區增加，使得纖維內部的水分儲量高于未染色粘膠纖維織物，從而致使織物導電系數的增加。

圖5 導熱系數隨織物汗液量變化柱狀圖

圖6 斷裂強力隨織物汗液量變化曲線

2.4 織物力學性能分析

斷裂強力隨織物人工模擬汗液量變化曲線如圖6所示，從圖6曲線可以看出，粘膠織物斷裂強力隨織物人工模擬汗液量的增加而降低，這是由于人工模擬汗液量的增加增強了粘膠纖維內部水分子的溶脹作用，致使纖維內部大分子間作用力降低，大分子鏈段滑移更加容易，造成粘膠織物斷裂強力的下降[7]。在酸性人工模擬汗液環境中粘膠織物的斷裂強力低于堿性人工模擬汗液環境中是由于粘膠纖維在酸性環境中結晶度受到破壞，無定型區增加，使得纖維的斷裂強力進一步下降。相比未染色的普通粘膠纖維織物可以發現，染色后的粘膠纖維織物的斷裂強力在酸性汗液與堿性汗液100%浸濕狀態下變化幅度為15.18%、11.39%，而未染色普通粘膠纖維織物在酸性汗液與堿性汗液100%浸濕狀態下變化幅度為6.68%與5.81%，變化幅度較大，這是由于染色導致粘膠纖維結晶度下降，且纖維內部染料的進入纖維內部分子間作用力下降，致使強力弱環的增加，使得染色后粘膠纖維織物的斷裂強力變化幅度高于未染色粘膠纖維織物。

3 結論

隨著人工模擬汗液量的增加，粘膠纖維織物的防紫外線性能、耐摩擦色牢度以及力學性能不斷地下降，且在堿性人工模擬汗液環境中下降速率低于在酸性人工模擬汗液環境中；導熱性能隨人工模擬汗液量增加上升，且堿性人工模擬汗液環境中上升速率低于在酸性人工模擬汗液環境中；相比未染色的普通粘膠纖維織物，染色后的粘膠纖維織物的抗紫外線與導熱性能有所提高，在夏季對皮膚起到很好的保護作用；染色所造成的斷裂強力下降在11%～16%，對織物的耐用性能影響較小。因此，藍草藍對粘膠織物的染色在人工模擬汗液浸濕狀態下對其服用性能有較好的改善作用，另一方面粘膠纖維織物在穿著的過程中應注意及時清洗與晾曬。

參考文獻：

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[4]陳莉, 杜琴. 幾種植物染料的防紫外線性能研究[J]. 上海紡織科技, 2017, 45(2): 55-57.

[5]李艷梅, 吳雄英, 侯愛芹, 等. 活性染料耐汗光復合色牢度的研究[J]. 印染, 2007(3): 1-4.

[6]百度百科. 藍草[EB/OL]. https://baike.baidu.com/item/%E8%93%9D%E8%8D%89/1988082?fr=aladdin.

[7]朱正鋒, 齊大鵬, 蔡麗麗, 等. 阻燃粘膠纖維的性能研究[J]. 中原工學院學報, 2010, 21(4): 37-40.