夜光材料在织物上的发光性能研究

孙 理，杨 梅，夏建明

（浙江纺织服装职业技术学院，浙江宁波 315211）

近年来，将发光材料引入纺织领域以开发多元化、多功能的纺织品是一个新的研究方向。特定的发光效果不仅可以赋予纺织品新颖奇特、时尚酷炫的视觉冲击效果，更能在夜间交通安全、矿井隧道作业安全、消防救治等方面赋予劳动防护服饰以安全警示功能［1-2］。对于稀土掺杂光致发光材料的开发研究，目前大部分聚焦在荧光材料上，即材料在光源照射下继续发光，而在没有光源提高能量的情况下停止发光，这类荧光纤维可以通过染色获得多种颜色。还有一种长余辉发光材料［3］，在光源停止照射的情况下仍然能够发光，并且持续的时间长达几秒到几十天不等，又被称为夜光材料［4］，这类发光材料（纤维）主要通过纺丝法和键合法研制，目前国内尚处于研究起始阶段，纤维光色仍然以黄绿色系为主，较为单一［5］，且不适用于天然纤维。本实验拟采用涂料印花方法将稀土夜光粉掺入印花浆中，分别印制到纯棉、涤纶以及锦纶3 种织物上，通过加入蓝色或黄色普通涂料、荧光绿或荧光橙等，拟改变夜光的光色与光强，借助荧光发射光谱和余晖分析测试表征夜光材料的发光性能，并对织物的耐皂洗色牢度以及耐摩擦色牢度进行服用性能测试。

1 实验

1.1 材料与仪器

织物：100%纯棉平纹、涤纶平纹、锦纶平纹织物（绍兴市紫甘蓝纺织品有限公司）。

试剂：Ninco Shine HL-Ⅲ稀土夜光粉（工业级，宁波领上新材料科技有限公司），荧光橙F-GRN（工业级，京仁洋行），Imperon 系列涂料blue K-BC、yellow K-RC、黏合剂AFP（工业级，杭州鸿昌化工有限公司），荧光绿G（工业级，山西省交城县天龙化工实业有限公司），增稠剂EP（自制），柔软剂WT（工业级，杭州龙兴化工助剂有限公司）。

仪器：FA2104 型电子天平（上海精密科学仪器有限公司），FL3-Ⅲ型荧光光谱仪（法国Horiba 公司），YG9802A 型标准光源灯箱（南通三思机电科技有限公司），Datacolor SF600 测色配色仪（Datacolor 公司），SW-12D 耐洗色牢度试验机、101A-2 型电热恒温鼓风烘箱、Y571B 型摩擦牢度仪（宁波纺织仪器厂）。

1.2 印花工艺

工艺配方：稀土夜光粉5%～25%，涂料/荧光染料0%～4%，黏合剂4%，增稠剂2%，柔软剂8%。

工艺流程：将稀土夜光粉、透明浆（黏合剂、增稠剂和柔软剂混合）、涂料/荧光染料按配比混合均匀配制成色浆，再把色浆分别印制到纯棉平纹、涤纶平纹和锦纶平纹3 种不同织物上，100 ℃焙烘5 min，取出晾干待测试。

1.3 测试

1.3.1 荧光发射光谱

启动荧光光谱仪，在320 nm 波长紫外光照射激发状态下扫描夜光材料印制织物上的荧光发射波长，在380～700 nm 内测试并绘制荧光发射光谱曲线，纵横坐标分别为荧光强度和激发波长。

1.3.2 余晖分析

将印有夜光材料的面料在320 nm 波长处用紫外光照射1 min 后关闭光源，采用荧光光谱仪及时记录发光强度在时间延长过程中的衰减情况，以时间为横坐标，荧光强度为纵坐标，绘制试样在400 s内的余晖曲线［6］。

1.3.3 色牢度

耐皂洗色牢度：参考GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》进行测定。

耐摩擦色牢度：参考GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》进行测定。

2 结果与讨论

2.1 不同纤维织物的荧光发射光谱

由图1 可以看出，单纯夜光粉印制的面料被光照激发后，最高发射峰强在513～516 nm 处，显示绿色；峰强随着面料的不同呈现较大差异，由高到低依次是纯棉、涤纶和锦纶，说明不同纤维面料对同样的夜光浆料实际粘附浓度不同。

图1 不同纤维织物的荧光发射光谱

2.2 影响夜光面料荧光发射光谱的因素

2.2.1 蓝色浆

将10%的纯夜光浆（L10%）、混合浆1（夜光粉10%，blue K-BC 2%）（L10%+B2%）、混合浆2（夜光粉10%，blue K-BC 4%）（L10%+B4%）、混合浆3（夜光粉20%，blue K-BC 3%）（L20%+B3%）分别印制于纯棉、涤纶和锦纶织物上。

由图2 可以看出，相同组分、相同质量的夜光浆无论是印制在哪种面料上，夜光粉用量的增加都会使织物上的荧光发射光谱强度相应增强，这一结论从前期研究结果中也得到证实［7］。blue K-BC 蓝色浆的加入一定程度上降低了夜光织物的荧光发射强度，最高峰的位置蓝移3～6 nm，且发射强度降低的幅度随着蓝色浆量的增加而增加。

图2 蓝色浆对夜光面料荧光发射光谱的影响

2.2.2 黄色浆

将10%的纯夜光浆（L10%）、混合浆4（夜光粉10%，yellow K-RC 2%）（L10%+Y2%）、混合浆5（夜光粉10%，yellow K-RC 4%）（L10%+Y4%）、混合浆6（夜光粉20%，yellow K-RC 3%）（L20%+Y3%）分别印制于纯棉、涤纶和锦纶织物上。

由图3 可以看出，与加入blue K-BC 相似，yellow K-RC 的加入也降低了夜光织物的荧光发射强度，只是织物夜光的光色略偏黄。blue K-BC 和yellow K-RC的加入均使夜光织物的荧光发射光强下降，原因是两种色浆的散射减少了稀土夜光材料对紫外激发光（320 nm）的吸收［8］。

图3 黄色浆对夜光面料荧光发射光谱的影响

2.2.3 荧光绿

将10%的纯夜光浆（L10%）、混合浆7（夜光粉10%，荧光绿G2%）（L10%+FG2%）、混合浆8（夜光粉10%，荧光绿G4%）（L10%+FG4%）、混合浆9（夜光粉20%，荧光绿G3%）（L20%+FG3%）分别印制于纯棉和锦纶面料上。

由图4 可以看出，荧光绿G 对夜光织物的荧光发射光谱强度有增强作用，光色更绿。荧光绿G 的用量或夜光粉用量的增加均可以使织物的荧光发射光谱强度增强，这是因为荧光绿G 更容易吸收320 nm 的紫外光同时被激发，再发射出能量较高、波长较短的500 nm 绿光［9］。

图4 荧光绿G 对夜光面料荧光发射光谱的影响

2.2.4 荧光橙

将10%纯夜光浆（L10%）、混合浆10（夜光粉10%，荧光橙F-GRN 2%）（L10%+FO2%）、混合浆11（夜光粉10%，荧光橙F-GRN 3%）（L10%+FO3%）、混合浆12（夜光粉10%，荧光橙F-GRN 4%）（L10%+FO4%）、混合浆13（夜光粉20%，荧光橙F-GRN3%）（L20%+FO3%）分别印制于涤纶织物上，荧光橙F-GRN 对夜光面料荧光发射光谱的影响见图5。

图5 荧光橙F-GRN 对夜光面料荧光发射光谱的影响

由图5 可知，当夜光粉中加入荧光橙F-GRN 时，织物的荧光发射光谱由原先的单峰变成双峰，原先513 nm 处的最强峰蓝移，且光强明显减弱；在592 nm处的橙色光显示最强峰，且随着荧光橙F-GRN 用量及夜光粉用量的增加，光强随之增强。说明荧光橙FGRN 染料更容易被320 nm 的光激发、吸收，再发出能量较弱、波长较长（592 nm）的荧光，而夜光粉只能吸收略少的能量，发出波长较短（513 nm）的荧光。

2.3 夜光印制织物的色牢度

将上述各类夜光材料印制的织物分别进行耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度服用性能测试。由表1 可以看出，夜光材料印制的棉织物耐皂洗色牢度最低可达3～4 级，夜光材料印制的涤纶和锦纶织物耐皂洗色牢度则可达5 级；3 种夜光织物耐湿摩擦色牢度最低可达3 级，耐干摩擦色牢度最低可达4 级，基本满足服用要求。

表1 夜光材料印花织物的色牢度

2.4 色料对夜光织物余晖性能的影响

在10%的纯夜光浆中分别加入3%的blue K-BC、yellow K-RC、荧光绿G 和荧光橙F-GRN，印制于3 种面料上，在320 nm 紫外光下照射1 min 后关闭光源，捕捉其余晖衰减曲线。这种停止照射后发出的荧光称为磷光，又称余晖；余晖的强度随着电子数在激发态中不断减少而减弱，通常以指数形式衰减。

由图6 可以看出，夜光织物余晖衰减由慢到快依次为夜光粉+荧光绿G（L+FG）、纯夜光粉（L）、夜光粉+yellow K-RC（L+Y）、夜光粉+blue K-BC（L+B）、夜光粉+荧光橙F-GRN（L+FO）。说明荧光绿G 有助于稀土夜光材料中电子/空穴存储能力的增加，使余晖强度增强，余晖时间随之延长，而荧光橙F-GRN、蓝色blue K-BC 和黄色yellow K-RC 的加入则相反。

图6 不同夜光色浆印制织物的余晖衰减曲线

3 结论

（1）相同的夜光浆料在不同织物上的峰强，因织物实际粘附浓度不同而呈现较大差异。织物上的夜光强度随着夜光粉用量的增加而增强。蓝色blue KBC 的加入一定程度上降低了夜光织物的荧光发射强度，且最高峰的位置蓝移3～6 nm；随着其用量的增加，发射强度降低幅度增加。黄色yellow K-RC 的加入也降低了夜光织物的荧光发射强度，使织物夜光的光色略偏黄。

（2）荧光绿G 对夜光织物的荧光发射强度有增强作用，光色更绿。增加荧光绿G 与夜光粉用量均可以使织物的荧光发射强度得到增强。当在夜光粉中加入荧光橙F-GRN 染料时，织物的荧光发射光谱由原先的单峰变成双峰，原先513 nm 处的最强峰蓝移，而且光强明显减弱；而在592 nm 处的橙色光显示最强峰，而且随着荧光橙以及夜光粉用量的增加，此处光强不断增强。

（3）夜光织物余晖衰减由慢到快依次为：夜光粉+荧光绿G、纯夜光粉、夜光粉+yellow K-RC、夜光粉+blue K-BC、夜光粉+荧光橙F-GRN。

（4）夜光材料印制棉织物的耐皂洗色牢度最低可达3～4 级，涤纶和锦纶织物则可达5 级；夜光材料印制的3 种织物耐湿摩擦色牢度为3 级或以上，耐干摩擦色牢度为4级或以上，基本满足服用要求。