人工模拟汗液浸润状态下蓝草蓝染色粘胶织物的性能研究

黄 伟

（江西服装学院，江西 南昌 330201）

植物染料无污染、无毒无害，染色自然、优雅，且具有一定的抗菌防虫效果，同时染色后的织物手感厚重丰满，皮肤亲和性强，避免了合成染料带来的皮肤病隐患，故具有广阔的市场前景[1-2]。目前，常用的植物染料有栀子、蓝草、茜草等，种类繁多，形成了一套完整的染料色谱[3-4]。由于夏季气温较高，运动量较大，导致人体大量出汗，会对所穿织物的性能产生一定的影响。目前，对人工模拟汗液对染色后粘胶织物的研究鲜有报道，且集中在活性染料，如李艳梅等[5]利用人工模拟汗液测试粘胶织物的汗渍色牢度；利用人工模拟汗液测试植物染料染色后粘胶织物性能的研究还未见实质性报道。

本研究利用人工模拟汗液对染色后的织物进行了浸湿处理，分析了人工模拟汗液浸湿对粘胶织物的性能影响，为粘胶织物的改进提供了一定的参考经验。

1 实验

1.1 材料与试剂

粘胶织物（漂白1/2斜纹织物，经纬纱线均为粘胶纤维纺制的2股18.2 tex的合股纱线，经纬纱线密度为380根/10 cm与320根/10 cm，购买自市场）；L-组氨酸盐酸盐（西安拉维亚生物科技有限公司）、乳酸（江西振冉生物科技有限公司）、磷酸氢二钠（南京化学试剂股份有限公司）、氯化钠（西安藻露堂药业集团康复医药有限公司）、蓝草蓝（自制；参照参考文献[6]）、改性剂 AS（常州美胜生物材料有限公司）、冰乙酸（郑州市金之福贸易有限公司）、磷酸二氢钠（苏州华航化工科技有限公司）、氢氧化钠（天津鹏坤化工有限公司）、尿素（山东鲁西化工集团有限责任公司），以上所用化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FA1004B电子分析天平（上海越平科学仪器有限公司）、FR-1213可程序恒温恒湿试验箱（上海发瑞仪器科技有限公司）、DHG-9030A高温烘箱（北京恒泰丰科试验设备有限公司）、AS-24 常温振荡式小样染色机（佛山市顺德区精瑞实验设备有限公司）、D65标准光源箱（阿仪仪器科技（上海）有限公司）、SC-50恒温水槽（上海乔跃电子有限公司）、INSTRON5590万能材料试验机（美国英斯特朗有限公司）、HFM436导热仪（德国耐驰公司）。

1.3 织物的浸染与浸汗处理

1.3.1 织物的改性

为降低粘胶织物表面负电荷，减少粘胶织物与蓝草蓝染料负电荷之间的排斥作用，提高粘胶织物植物染料的上染率与色牢度，采取改性AS改性剂对粘胶织物进行了改性，以便改善植物染料向粘胶纤维内部的扩散的速率与粘附性；改性具体工艺为：将粘胶织物静置于50℃的恒温去离子水中充分浸泡15 min后，按照粘胶织物与改性剂AS质量比为1∶2的比例将粘胶织物与改性剂AS在浴比1∶25的条件下进行改性；改性工艺为如图1所示，并将改性水洗后的粘胶织物在保证湿润的条件下去除多余的水分。

图1 粘胶织物改性工艺图

1.3.2 织物的浸染

按照蓝草蓝o.w.f用量为5%，利用冰乙酸调节染液pH值为5后将湿润的粘胶织物投放到染液中进行浸染，浸染工艺如图2所示，将浸染好的粘胶织物室温水洗、皂洗后再次进行水洗后在105℃的烘箱中干燥至恒重。

图2 粘胶织物浸染工艺图

1.3.3 织物的浸汗处理

由于体质的差异，人体的汗液的酸碱度有一定的差异，人工汗液依据酸碱的差异使用去离子水制备人工汗液的具体配比为：

碱性汗液配比：L-组氨酸盐酸盐0.5 g/L，氯化钠5.0 g/L，磷酸氢二钠5.0 g/L，尿素1.1 g/L，将上述化学试剂充分溶解后，使用0.1 mol/L的氢氧化钠将混合溶液调节至8.0。

酸性溶液配比：L-组氨酸盐酸盐0.5 g/L，氯化钠5.0 g/L，磷酸二氢钠5.0 g/L，尿素1.1 g/L，将上述化学试剂充分溶解后，使用0.1 mol/L的冰乙酸将混合溶液调节至5.5。

按照浴比为1∶30的比例将未染色（即普通粘胶纤维织物）与染色后的粘胶织物投放到配置的酸性人工模拟汗液与碱性人工模拟汗液中，在完全浸润后使用轧车轧去多余的人工模拟汗液后在40℃烘箱中干燥至人工模拟汗液量浸润率分别为20%、40%、60%、80%和100%。

1.3.4 织物抗紫外线性能影响测试

参照GB/T 18830-2009《纺织品 防紫外线性能的评定》对未染色与染色粘胶织物人工模拟汗液整理前（即干燥状态）及人工模拟汗液量浸润率分别为20%、40%、60%、80%、100%的抗紫外线性能进行测试，并根据公式（1）～（3）计算织物紫外线防护系数的平均值测试30次，计算测试结果的平均值。

上述式中，T(UVA)i为粘胶织物的透射比的算术平均值；Ti(λ)为织物试样在i在波长λ时的光谱透射比；m为在波长315～400 nm之间测定的次数，文中取值为30；E(λ)为日光光谱的福照度，W·m-2/nm；Δ(λ)为波长间隔长度，nm；ε(λ)为相对红斑效应；UPFAV为UPFi的平均值；UPFi为粘胶织物第i个试样的UPF的值。

1.3.5 织物耐摩擦色牢度性能影响测试

依据GB/T3920-2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测试对染色粘胶织物汗液整理前（即干燥状态）及汗液量浸润率分别为20%、40%、60%、80%、100%的耐摩擦色牢度，并根据沾色用灰色样卡做评级，评级30次取评级的平均值。

1.3.6 织物导热性能测试

参照ASTM C518热流计法的标准，利用HFM436导热仪对未染色与染色粘胶织物人工模拟汗液整理前（即干燥状态）及人工模拟汗液量浸润率分别为20%、40%、60%、80%、100%的导热系数和热阻进行测试，测试30组试样取测试结果的平均值。

1.3.7 织物力学性能影响测试

将未染色与染色后的粘胶织物裁剪成沿经纱方向250 mm，纬纱方向50 mm的布样，在完全浸润后使用轧车轧去多余的人工模拟汗液后在 40℃烘箱中干燥至人工模拟汗液量浸润率分别为 20%、40%、60%、80%、100%。使用INSTRON5590万能材料试验机在夹持长度为200 mm，拉伸速度为200 mm/min的等速伸长条件下对染色粘胶织物人工模拟汗液整理前（即干燥状态）及人工模拟汗液量浸润率分别为20%、40%、60%、80%、100%的断裂强力进行测试，测试30组试样取测试结果的平均值。

2 结果与讨论

2.1 织物抗紫外线性能分析

紫外线防护系数UPF值随织物人工模拟汗液量变化曲线如图3所示，从图3可以看出，未染色与染色后的粘胶织物的紫外线防护系数 UPF值无论在酸性人工模拟汗液还是碱性人工模拟汗液中均呈现下降趋势，这是由于粘胶织物随着人工模拟汗液量的增加，降低了织物对紫外线的散射性能，紫外线通过吸收与折射增加了织物的透过性能，从而降低了粘胶织物对紫外线的防护性能。同时，从图中可以看出，在酸性人工模拟汗液条件下粘胶织物的紫外线防护性能低于在碱性人工模拟汗液条件下，这是由粘胶纤维耐碱不耐酸的特性决定的，粘胶纤维在酸性条件可造成粘胶纤维水解，分子结晶结构更容易受到破坏，降低纤维的结晶率，从而提高紫外线的透过率，致使粘胶织物的紫外线防护性能下降。相比未染色的普通粘胶纤维织物可以发现，染色后的粘胶织物在汗液浸湿状态下的抗紫外线性能高于未染色，这是由于粘胶纤维织物经过染色染色后粘胶纤维内部的空隙率增大、增多在一定程度上阻碍了紫外线折射透过织物的比例，同时由于染料在织物的表面与内部也对紫外线的透过率起到一定的降低作用。由此可知在汗液浸湿状态下，蓝草蓝染色可以在一定程度上提高粘胶织物的抗紫外线性能。对图中2条曲线求解一阶导数可知，紫外线防护系数下降幅度最大的人工模拟汗液量区间均在20%～40%。

图3 紫外线防护系数UPF值随织物汗液量变化曲线

图4 耐摩擦色牢度等级随织物汗液量变化柱状图

2.2 织物耐摩擦色牢度性能分析

耐摩擦色牢度等级随织物人工模拟汗液量变化柱状图如图4所示，从图4可以看出，粘胶织物的耐摩擦色牢度无论在酸性人工模拟汗液还是碱性人工模拟汗液条件下均随着人工模拟汗液量的增加而降低，这是由于在湿润状态下，植物染料与粘胶织物纤维表面吸附力与氢键结合力均得到不同程度的下降，从而降低织物的耐摩擦色牢度。在酸性人工模拟汗液条件下下降的速率略快于碱性人工模拟汗液，这是由于 AS改性剂在酸性条件下的稳定性略低于碱性条件，致使在酸性条件下植物染料与粘胶织物表面的吸附能力下降幅度大于碱性条件，从而使得在碱性人工模拟汗液环境中粘胶织物的耐摩擦色牢度由于在酸性人工模拟汗液环境。

2.3 织物导热性能分析

导热系数随织物人工模拟汗液量变化柱状图如图5所示，从图5可以看出，粘胶纤维织物的导热系数随织物人工模拟汗液量的增加而增加，这是由于水的导热系数越高于粘胶纤维的导热系数，因此随着粘胶织物人工模拟汗液量的增加导热系数不断增加。在酸性人工模拟汗液环境中粘胶织物的导热系数高于碱性人工模拟汗液环境中是由于粘胶纤维在酸性环境中结晶度受到破坏，使得无定型区增加，提高了纤维内部人工模拟汗液的存量，从而提高了粘胶织物的导热性能。相比未染色的普通粘胶纤维织物可以发现，染色后的粘胶纤维织物的导热系数略高于为染色粘胶纤维织物，且在汗液浸湿状态下比干态条件下有所增加，这是由于染色后染料进行粘胶纤维内部导致孔隙及无定形区增加，使得纤维内部的水分储量高于未染色粘胶纤维织物，从而致使织物导电系数的增加。

图5 导热系数随织物汗液量变化柱状图

图6 断裂强力随织物汗液量变化曲线

2.4 织物力学性能分析

断裂强力随织物人工模拟汗液量变化曲线如图6所示，从图6曲线可以看出，粘胶织物断裂强力随织物人工模拟汗液量的增加而降低，这是由于人工模拟汗液量的增加增强了粘胶纤维内部水分子的溶胀作用，致使纤维内部大分子间作用力降低，大分子链段滑移更加容易，造成粘胶织物断裂强力的下降[7]。在酸性人工模拟汗液环境中粘胶织物的断裂强力低于碱性人工模拟汗液环境中是由于粘胶纤维在酸性环境中结晶度受到破坏，无定型区增加，使得纤维的断裂强力进一步下降。相比未染色的普通粘胶纤维织物可以发现，染色后的粘胶纤维织物的断裂强力在酸性汗液与碱性汗液100%浸湿状态下变化幅度为15.18%、11.39%，而未染色普通粘胶纤维织物在酸性汗液与碱性汗液100%浸湿状态下变化幅度为6.68%与5.81%，变化幅度较大，这是由于染色导致粘胶纤维结晶度下降，且纤维内部染料的进入纤维内部分子间作用力下降，致使强力弱环的增加，使得染色后粘胶纤维织物的断裂强力变化幅度高于未染色粘胶纤维织物。

3 结论

随着人工模拟汗液量的增加，粘胶纤维织物的防紫外线性能、耐摩擦色牢度以及力学性能不断地下降，且在碱性人工模拟汗液环境中下降速率低于在酸性人工模拟汗液环境中；导热性能随人工模拟汗液量增加上升，且碱性人工模拟汗液环境中上升速率低于在酸性人工模拟汗液环境中；相比未染色的普通粘胶纤维织物，染色后的粘胶纤维织物的抗紫外线与导热性能有所提高，在夏季对皮肤起到很好的保护作用；染色所造成的断裂强力下降在11%～16%，对织物的耐用性能影响较小。因此，蓝草蓝对粘胶织物的染色在人工模拟汗液浸湿状态下对其服用性能有较好的改善作用，另一方面粘胶纤维织物在穿着的过程中应注意及时清洗与晾晒。

参考文献：

[1]路振翔. 天然植物染料的应用及发展[J]. 成都纺织高等专科学校学报, 2015, 32(4): 106-110.

[2]吴秀霞, 史丽敏, 郭明峰. 超细羊毛的结构性能及其织物的植物染料染色性[J]. 毛纺科技, 2017, 45(2): 12-16.

[3]吴国辉. 植物染料的分类及提取研究[J]. 染整技术, 2017, 39(3): 7-9.

[4]陈莉, 杜琴. 几种植物染料的防紫外线性能研究[J]. 上海纺织科技, 2017, 45(2): 55-57.

[5]李艳梅, 吴雄英, 侯爱芹, 等. 活性染料耐汗光复合色牢度的研究[J]. 印染, 2007(3): 1-4.

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

[7]朱正锋, 齐大鹏, 蔡丽丽, 等. 阻燃粘胶纤维的性能研究[J]. 中原工学院学报, 2010, 21(4): 37-40.