紡織用熒光染料

張偉張艷李亮邢鐵玲

（1.蘇州大學(xué)紡織與服裝學(xué)院，江蘇蘇州 215000；2.鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城 224000）

紡織用熒光染料

張偉1，2張艷1，2李亮1，2邢鐵玲1

（1.蘇州大學(xué)紡織與服裝學(xué)院，江蘇蘇州 215000；2.鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城 224000）

本文從熒光的產(chǎn)生、熒光染料在紡織領(lǐng)域應(yīng)用和紡織用熒光染料分類三方面對(duì)紡織用熒光染料進(jìn)行了概述。

熒光；染料；紡織

1 熒光的產(chǎn)生

熒光是自然界的一種常見(jiàn)的發(fā)光現(xiàn)象，16世紀(jì)中期西班牙的植物學(xué)家和醫(yī)生N.Monardes最早在木頭水溶液中發(fā)現(xiàn)天然藍(lán)色熒光[1]?？鼘?如圖1）是第一個(gè)被明確定義有機(jī)熒光物質(zhì)[2]，Herschel于1845年首次報(bào)道了奎寧溶液發(fā)射出可見(jiàn)光[3]，Stokes在1852年文獻(xiàn)中報(bào)道了奎寧的發(fā)光原理，揭示該現(xiàn)象是奎寧吸收光能后重新發(fā)射出不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，并把該發(fā)光現(xiàn)象定義為熒光[4，5]。一般來(lái)講，熒光物質(zhì)由短波長(zhǎng)的紫外光或可見(jiàn)光照射后，會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)射出各種顏色和不同強(qiáng)度的可見(jiàn)光，紫外光或可見(jiàn)光停止照射后，該光線也隨之很快地消失，這種光線稱為熒光。具有熒光特性的染料稱為熒光染料。

Jablonski光能耗散圖如圖1所示，從機(jī)理上對(duì)熒光的產(chǎn)生進(jìn)行了解釋[6，7]。室溫下，大多數(shù)熒光染料分子處于最低能級(jí)的基態(tài)（S0），基態(tài)（S0）的染料分子在吸收適當(dāng)能量后，其價(jià)電子從成鍵軌道或非鍵軌道躍遷到反鍵軌道上去，即分子的激發(fā)態(tài)（單線態(tài)S1、S2和三線態(tài)T1、T2）。染料分子從不穩(wěn)定的單線激發(fā)態(tài)躍遷回到基態(tài)發(fā)出的光叫熒光，從三線激發(fā)態(tài)躍遷回到基態(tài)發(fā)出的光叫磷光。

產(chǎn)生熒光的第一個(gè)必要條件是該物質(zhì)的分子必須具有能吸收激發(fā)光的結(jié)構(gòu)，通常是共軛雙鍵結(jié)構(gòu)；第二個(gè)條件是該分子必須具有一定程度的熒光效率。所謂熒光效率是熒光物質(zhì)吸光后所發(fā)射的熒光量子數(shù)與吸收的激發(fā)光的量子數(shù)的比值。

圖1 Jablonski光能耗散圖

2 熒光染料在紡織領(lǐng)域應(yīng)用

紡織業(yè)是染料的最大應(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)以來(lái)，熒光染料開(kāi)始廣泛應(yīng)用于紡織、塑料染色、印刷用顏料等多種行業(yè)[8]。紡織品染色用熒光染料屬于功能性染料，其既具有常規(guī)染料的著色特性，又能發(fā)射出熒光，使得織物的飽和度和鮮艷度提高，從而醒目，易引起人們的注意[9，10]。最早應(yīng)用在紡織品上的熒光染料是羅丹紅及其衍生物[11]。紡織用熒光染料主要應(yīng)用在制備高可視性警示服裝和高鮮艷度個(gè)性服裝方面。

高可視性警示服用織物是無(wú)論白天還是夜間（或灰暗背景）在燈光或日光照射下都能與周圍環(huán)境形成鮮明反差、清晰可見(jiàn)的一種織物。由于熒光服飾中的熒光分子吸收短波長(zhǎng)的光（特別是紫外線），再發(fā)出高波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，因此，熒光面料在陰天、清晨或黃昏時(shí)，由于紫外線光波充足，仍然具有生動(dòng)、醒目的顏色，從而具有高可視性和警示作用。穿著該類服裝可以使駕駛員有足夠的時(shí)間停車或采取避讓行動(dòng)，從而更加有效地為從業(yè)人員起到安全防護(hù)作用[12]。隨著各國(guó)政府對(duì)安全工作力度的加大和人們安全意識(shí)的提高，市場(chǎng)對(duì)高可視性警示服的需求也隨之?dāng)U大，其應(yīng)用范圍覆蓋警察、急救、郵政速遞、環(huán)衛(wèi)、機(jī)場(chǎng)、建筑等部門(mén)及行業(yè)，甚至進(jìn)入校園及人們?nèi)粘Ｉ?，已逐漸成為人們生活中不可或缺甚至必備的個(gè)人安全防護(hù)用品。

ISO 20471-2013《高可視服裝國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》[13]、GB 20653-2006《職業(yè)用高可視性警示服》[14]、EN 471-2003《職業(yè)高可視性警示服的試驗(yàn)方法和要求》[15]和EN 1150-1999《非職業(yè)高可視性警示服的試驗(yàn)方法和要求》[16]都對(duì)高可視性警示服裝設(shè)計(jì)要求做了詳細(xì)的說(shuō)明。高可視性警示服用熒光染料是指染色后熒光面料符合高可視性警示服標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定色度要求的熒光染料。高可視性警示服用熒光染料主要從紡織用熒光染料中篩選得到，目前為止，關(guān)于高可視性警示服用熒光染料研究報(bào)道很少，只有分散熒光黃8GFF[17]、陽(yáng)離子熒光黃X-10GFF[18]、雷馬素?zé)晒恻SFL[19]、羧基熒光素[20]和等幾只染料。

熒光織物除了反射可見(jiàn)光外，還以熒光的方式發(fā)射出可見(jiàn)光，使織物在某些波長(zhǎng)的反射率甚至超過(guò)100%，織物視覺(jué)效果明亮、鮮艷。熒光織物鮮艷、醒目的特點(diǎn)，受到了運(yùn)動(dòng)、時(shí)尚、舞臺(tái)表演類服裝的青睞。從色彩的屬性來(lái)看，運(yùn)動(dòng)服裝通常偏好彩度（純度）高的鮮艷色彩，因?yàn)榧兌雀叩孽r艷色彩，能產(chǎn)生興奮、激勵(lì)、富有生命力的心理效應(yīng)[21]。如今，人們的生活水平提高了，對(duì)紡織品的要求從“實(shí)用型”轉(zhuǎn)向豐富多彩的“享樂(lè)型”，熒光服飾已是當(dāng)前流行的時(shí)尚元素。

3 紡織用熒光染料分類

不同結(jié)構(gòu)的纖維所適用的染料品種和應(yīng)用工藝相差很大。紡織用熒光染料與普通染料一樣，從染整工作者的角度，按照染料的染色方法，染料的應(yīng)用性能，染料與被染物的結(jié)合形式不同，可分為分散染料、酸性染料、陽(yáng)離子染料、活性染料等品種。

分散熒光染料，在分散染料分子中不含有水溶性基團(tuán)，是一種水溶性很小的非離子染料，在染色時(shí)用分散劑將染料分散成極小的顆粒，在染浴中呈分散狀態(tài)。在高溫高壓條件下，染料擴(kuò)散到滌綸、醋酯纖維等疏水性纖維的內(nèi)部，通過(guò)氫鍵和范德華力與纖維大分子結(jié)合，實(shí)現(xiàn)染色。目前，商品熒光染料中應(yīng)用最多的是分散熒光黃8GFF，如圖2所示。Lucjan szuster[22]等介紹了分散熒光染料適用于高可視警示聚酯紡織品上的情況。

圖2 分散熒光黃8GFF

Pik-ling Lam等人[23]合成了基于喹啉結(jié)構(gòu)的分散熒光染料，并將其應(yīng)用于腈綸織物的染色，對(duì)其熒光性能和染色效果做了詳細(xì)的研究。喹啉結(jié)構(gòu)分散熒光染料分子結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 喹啉結(jié)構(gòu)分散熒光染料

Manjaree A.Satam等[24]合成了五支基于萘酚苯并噻唑結(jié)構(gòu)的分散熒光染料，并將其用在腈綸織物染色上，結(jié)果表明染色織物具有較高的染色牢度。萘酚苯并噻唑結(jié)構(gòu)的分散熒光染料分子結(jié)構(gòu)如圖4所示。

酸性熒光染料，染料分子中含有水溶性陰離子基團(tuán)，能在酸性條件的染浴中完全電離。主要通過(guò)離子鍵和范德華力與纖維結(jié)合，能對(duì)含氮的絲、毛和尼龍染色[25，26]。纖維中的染料陰離子和氨基之間的鍵容易斷裂和重建，并導(dǎo)致許多染料在濕熱條件下遷移。雖然易于遷移有利染色的勻染性，但它導(dǎo)致酸性染料染色后濕處理牢度差[27，28]。

圖4 萘酚苯并噻唑分散熒光染料

郭偉[29]等介紹了酸性熒光染料Telon（天龍）黃M-7G和酸性熒光玫瑰紅B對(duì)聚酰胺纖維等的染色性能。酸性熒光玫瑰紅B結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 酸性熒光玫瑰紅B

Manjaree A.Satam等[30]合成了四支基于萘酚苯并噻唑結(jié)構(gòu)的酸性熒光染料，并將其用在羊毛、蠶絲和尼龍織物染色上，結(jié)果表明染色織物具有較高的染色牢度。萘酚苯并噻唑結(jié)構(gòu)的酸性熒光染料分子結(jié)構(gòu)如圖6所示。

陽(yáng)離子熒光染料，染料水溶性基團(tuán)為陽(yáng)離子型，染料分子溶于水呈陽(yáng)離子狀態(tài)，通過(guò)電荷吸引力，與纖維的陰離子相結(jié)合，主要用于腈綸的染色[31，32]。商品陽(yáng)離子熒光黃X-10GFF結(jié)構(gòu)如圖7所示。研究結(jié)果表明[18]，陽(yáng)離子熒光黃X-10GFF可用于制備高可視警示腈綸紡織品。

圖6 萘酚苯并噻唑酸性熒光染料

圖7 陽(yáng)離子熒光黃X-10GFF

活性熒光染料，染料分子中具有能與纖維分子羥基、氨基發(fā)生化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)，在染色時(shí)與纖維生成共價(jià)鍵，結(jié)合成“染料-纖維”整體。這類染料由兩個(gè)主要部分組成，一個(gè)是染料母體，母體染料是發(fā)色部分，含有水溶性基團(tuán)[33]。另一個(gè)是活性基團(tuán)，可與纖維發(fā)生共價(jià)反應(yīng)，活性染料又稱反應(yīng)性染料。主要用于纖維素纖維和蛋白質(zhì)纖維的染色[34]。目前，商品熒光活性染料品種較少，多數(shù)是進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格較高。

熒光活性染料DTAF是具有二氯三嗪反應(yīng)基的熒光素染料，結(jié)構(gòu)如圖8所示，1997年，Jacob Winkler等[35]將DTAF作為活性染料對(duì)棉纖維染色，對(duì)棉織物雙氧水的漂白機(jī)理進(jìn)行了研究，2012年，東華大學(xué)唐菲菲等[36]對(duì)DTAF在棉上的染色性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

圖8 熒光活性染料DTAF

Kazim R Naqvi等人[37]合成了一支具有香豆素?zé)晒獍l(fā)色基團(tuán)和一氯三嗪反應(yīng)基結(jié)構(gòu)的活性染料（圖9），并將其應(yīng)用在羊毛織物的染色上，結(jié)果表明該染料具有優(yōu)良的熒光效果和染色效果。

圖9 香豆素類熒光活性染料

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