夜光涂層織物的產(chǎn)品設(shè)計與性能研究

曹 亮 邢 樂 陳 欣

（1.無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫，214122；2.江南大學(xué)，江蘇無錫，214122）

夜光涂層織物一般以機織物為基布，加入一定的發(fā)光材料與其他整理劑，經(jīng)過涂層制備而成。制備的產(chǎn)品在吸收紫外光或可見光后可在黑暗中持續(xù)發(fā)光數(shù)小時，具有晝夜變色的獨特性能和特殊美學(xué)效果，能夠滿足現(xiàn)代人們對時尚的追求和個性化的審美需要［1-3］。這類涂層工藝簡單、流程較短、容易操作，因此受到人們廣泛的關(guān)注和研究。夜光涂層織物不僅廣泛應(yīng)用于家紡產(chǎn)品、趣味服裝及裝飾裝潢等方面，而且正在向交通、建筑、國防等領(lǐng)域發(fā)展，擁有著廣闊的市場前景［4-6］。

目前市場上所見的夜光涂層織物比較單一，缺乏美感。本研究旨在用不同的發(fā)光材料制備多種夜光涂層機織物，探究發(fā)光材料的種類和涂料中發(fā)光材料的含量對涂層發(fā)光性能的影響，并借助絲網(wǎng)印刷技術(shù)設(shè)計制作了幾種圖案的夜光涂層織物，通過一定的設(shè)計賦予織物藝術(shù)效果，為夜光織物的開發(fā)提供新的思路。

1 試驗部分

1.1 材料

棉機織面料；高彈性聚氨酯整理劑；稀土鋁酸 鍶（SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+；Sr4Al14O25∶Eu2+，Dy3+）；紅色熒光染料。

1.2 樣品的制備

分別在涂層漿料中添加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的發(fā)光材料，并使用磁力攪拌器攪拌均勻，制得夜光涂層漿料。在基布上通過干法涂層法制備夜光涂層織物，并采用真空干燥箱（60±5）℃烘10 min，烘干后得到夜光涂層織物［7］。

1.3 樣品的測試

采用熒光分光光度計測試夜光涂層織物的發(fā)射光譜，發(fā)射光譜的檢測波長間隔為5 nm，電壓為380 V。采用余輝亮度測試儀測試涂層的余輝性能，激發(fā)時間15 min，設(shè)置激發(fā)照度1 000 lx。采用PhabrOmeter3 型織物風(fēng)格儀對夜光涂層織物的硬挺度、柔軟度及懸垂性等進行測試。

2 測試結(jié)果與討論

2.1 發(fā)光材料對夜光織物發(fā)光性能的影響

按1.2 中 方 法，用 三 種 發(fā) 光 材 料（SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+）、（Sr4Al14O25∶Eu2+，Dy3+）和紅色熒光染料分別制備了含量均為30%的三種光色的夜光涂層織物，如圖1 所示。選用350 nm 的光激發(fā)樣品，測試了三種織物的發(fā)射光譜，如圖2（a）所示。

圖1 三種光色的夜光涂層織物

（SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+）的光譜分布于黃綠光區(qū)，是一種被用來大量生產(chǎn)夜光纖維、發(fā)光性能很好的鋁酸鹽類夜光材料，用其制備的夜光涂層織物的發(fā)射光譜主峰在520 nm 處，光色也呈黃綠色［8］；紅色夜光涂層織物是通過在發(fā)光材料（SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+）中加入紅色熒光顏料顆粒制備的，從圖2（a）可以看出加入紅色熒光顏料后涂層織物的發(fā)射光譜與之前比較出現(xiàn)了輕微的右移，這可能是由于發(fā)光材料發(fā)射光被紅色顏料所吸收，另外發(fā)光的光色受到無機透明色料的牽引，而靠近了紅色顏料的顏色［9-10］。藍(lán)綠色夜光織物（Sr4Al14O25∶Eu2+，Dy3+）被激發(fā)后，呈現(xiàn)出主峰在490 nm 處的寬帶發(fā)射，Sr4Al14O25中有兩種不同Sr 格位，根據(jù)格位大小的不同與晶體場的強弱關(guān)系，位于490 nm 處的發(fā)射峰可歸屬于Eu2發(fā)射中心所產(chǎn)生的［11-12］。三種夜光涂層織物的光色具有明顯的差異，其色品坐標(biāo)圖如圖2（b）所示。

圖2 三種發(fā)光材料制備的夜光涂層織物的發(fā)射光譜圖和色品坐標(biāo)圖

2.2 發(fā)光材料的含量對夜光織物的影響

2.2.1 發(fā)光材料含量對發(fā)射光譜的影響

按1.2 中方法分別制備了發(fā)光材料含量為20%、25%、30%、35%和40%的夜光涂層織物，如圖3 所示。對5 種織物的發(fā)光性能進行測試，結(jié)果如圖4 所示。在350 nm 的激發(fā)光照射下，490 nm 處的發(fā)射峰強度隨著發(fā)光材料含量的增加而增強，發(fā)射光譜的峰形基本不變，發(fā)射峰依次為492 nm、490 nm、487 nm、491 nm 和490 nm，在20%～30%范圍內(nèi)發(fā)射峰強度顯著增強，但繼續(xù)提高發(fā)光材料的含量，發(fā)射峰強度變化不大。試驗結(jié)果證明:發(fā)光材料含量對發(fā)射光譜主波長的位置以及其峰形的影響很小。一般而言，夜光涂層織物的發(fā)射峰強度會隨著發(fā)光材料的含量的升高而增強，但不是線性相關(guān)的。在生產(chǎn)應(yīng)用中，發(fā)光材料添加的量并不是越多越好，應(yīng)根據(jù)實際情況而定。

圖3 發(fā)光材料含量不同的5 種夜光涂層織物的發(fā)光實物圖

圖4 發(fā)光材料含量不同的5 種夜光涂層織物的發(fā)射光譜圖

2.2.2 發(fā)光材料含量對夜光織物亮度的影響

分別對不同發(fā)光材料含量的夜光涂層織物的亮度進行測試，結(jié)果如圖5 所示?？梢钥闯?，夜光涂層織物的初始亮度隨著發(fā)光材料含量的提升而增加，余輝時間也更長，發(fā)光性能較好。當(dāng)發(fā)光材料含量為20%時，夜光涂層織物的初始亮度最低，只有0.409 cd/m2；增加發(fā)光材料含量至40%時，初始亮度提高到1.438 cd/m2。分析認(rèn)為可能跟發(fā)光材料的發(fā)光機理有關(guān)，發(fā)光材料（Sr4Al14O25∶Eu2+，Dy3+）被外界光激發(fā)時，Eu2+離子在晶格中發(fā)生4f65d1-4f7能級躍遷，從基態(tài)電子被激發(fā)到激發(fā)態(tài)［13］。光的激發(fā)令一些電子躍遷到導(dǎo)帶上，并被限制在稀土發(fā)光材料大量深度合適的能級缺陷中；當(dāng)激發(fā)光不再照射后，晶格振動而產(chǎn)生的熱擾動使電子從能級缺陷中被緩慢釋放出來，引起材料長時間的發(fā)光［14］。吸收的能量與儲存在能級陷阱中的電子數(shù)量是影響余輝時間最重要的因素，如果發(fā)光材料含量比較少，那么被激發(fā)光所激發(fā)的電子就相對較少，涂層發(fā)光性能較差［15-17］。隨著發(fā)光材料含量的提高，單位面積的涂層織物上黏附的發(fā)光材料數(shù)量更多，被激發(fā)光激發(fā)的電子也更多，釋放的能量較大，涂層發(fā)光性能較好。

圖5 不同含量發(fā)光材料的夜光織物的余輝衰減曲線

2.3 夜光涂層織物的服用性能

2.3.1 織物風(fēng)格

PhabrOmeter3 型織物風(fēng)格儀是客觀評價織物風(fēng)格的常用儀器，可以測定織物的硬挺度、平滑度、豐滿度、滑爽度等風(fēng)格特性。使用PhabrOmeter3 型織物風(fēng)格儀，按照FZ/T 01054.1-1999《織物風(fēng)格試驗方法》對夜光涂層織物進行織物風(fēng)格測試［18］，測得數(shù)據(jù)見表1。

表1 織物風(fēng)格測試結(jié)果

由表1 可以看出:6 個試樣中，試樣1#未涂層織物柔軟性和懸垂性最好，彈性回復(fù)率也是最高的；這是因為織物未經(jīng)過涂層處理，經(jīng)、緯紗間容易相互滑移，織物較易發(fā)生拉伸、彎曲變形，織物的彈性較高，彈性回復(fù)也較好［19］。試樣2#～試樣6#經(jīng)過涂層后，涂料增加了經(jīng)、緯紗之間的束縛，紗線移動困難，織物變形能力變差，變形回復(fù)性變差，垂感降低，柔軟度降低，手感變硬。但是，6個試樣的柔軟度依舊保持在60%以上，表明本文使用的涂層工藝對織物的柔軟度等服用性能只是稍有損傷，只要控制好漿料的黏度、涂層的厚度與均勻度等工藝，織物可以保持良好的柔軟性。

2.3.2 耐水洗牢度

水洗前后夜光涂層織物的余輝衰減曲線如圖6 所示。從圖6 中可以看出，水洗前夜光涂層織物的初始發(fā)光亮度為1.438 cd/m2，而水洗后為1.219 cd/m2，水洗后的余輝初始亮度只略微降低，水洗前后的夜光涂層織物余輝衰減曲線差別較小，沒有因為水洗而使得發(fā)光材料減少而明顯影響亮度，這說明夜光涂層織物的耐水洗性很好。分析其原因認(rèn)為，首先發(fā)光材料在整理劑的作用下與基布緊密結(jié)合，被牢固的黏附在織物表面，水洗時不易從基布上脫落，因此亮度衰減程度較低；另一方面，因為發(fā)光材料在使用前都已經(jīng)過包覆處理，減少了與水直接接觸的面積，因此發(fā)光材料的耐水解性能較好?？傊?，試驗表明夜光涂層織物的耐水洗性能很好。

圖6 水洗前后夜光涂層織物的余輝衰減曲線

3 產(chǎn)品設(shè)計

自制的夜光涂層織物發(fā)光性能優(yōu)異，手感柔軟，折皺回復(fù)性和懸垂性也較好，且耐水洗牢度較強。對夜光涂層進行進一步的圖案設(shè)計，以應(yīng)用到服裝或家紡產(chǎn)品上，產(chǎn)生獨特的美學(xué)價值與市場價值；利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將設(shè)計的圖案涂布在基布上，可得到圖案清晰美觀的涂層織物。

3.1 圖案設(shè)計

在圖案的設(shè)計過程中，考慮到細(xì)線條處漿料量較少，易在水洗過程中磨損，因此選擇線條較少、色塊較大的剪影圖案。關(guān)于圖案元素的設(shè)計確定了印象系列主題，設(shè)計了三種不同的圖案，如圖7 所示。圖7（a）選用了一只伺機而動的貓，透過簡約的剪影，很容易感受到貓在捕獵時的緊張感。圖7（b）選用了麋鹿剪影。在凱爾特神話中，塞努諾斯麋鹿代表著自然的靈性，具有美好的寓意。圖7（c）選用了集美麗與愛為一身的玫瑰剪影，象征美好的愛情。

圖7 設(shè)計的三種圖案

3.2 絲網(wǎng)印刷

3.2.1 絲印整理工序

將制好版的絲網(wǎng)板放置在基布上，控制絲網(wǎng)板與基布間的距離在2 mm～3 mm 之間，以便于圖案清晰成形。將調(diào)制好的漿料用刮刀均勻地涂在絲網(wǎng)上，優(yōu)選絲網(wǎng)目數(shù)，并調(diào)節(jié)漿料黏度至適宜，使二者相匹配。印刷完成后，將涂層織物水平鋪展于鼓風(fēng)烘箱中靜置10 min，完全干燥。

3.2.2 工藝調(diào)整

印刷時，刮刀與絲網(wǎng)的角度大，刮刀對漿料的擠壓力小，漿料滲透量少；反之，漿料的滲透量大。根據(jù)經(jīng)驗，刀角應(yīng)控制在60°～80°較為適宜。刮刀前行的速度也需保持適宜。刀慢，固然漿料滲透好，但在圖案邊緣往往會出現(xiàn)蔓延擴大的現(xiàn)象；刀速太快，漿料來不及滲透，印記不完整，影響印刷質(zhì)量。

3.3 產(chǎn)品實物圖

經(jīng)過不斷的工藝調(diào)整，運用絲網(wǎng)印刷技術(shù)得到了圖案清晰，發(fā)光性能優(yōu)異的三種夜光涂層織物如圖8 所示。三種織物獨特的夜光特性豐富了家紡產(chǎn)品的藝術(shù)表達(dá)，我們創(chuàng)新地運用黃綠色、藍(lán)綠色和紅色三種發(fā)光材料，使得夜光涂層的圖案顏色表達(dá)更加豐富多彩，為消費者帶來新穎的時尚體驗，給服飾與家紡產(chǎn)品的設(shè)計提供了新的思路。

圖8 產(chǎn)品實物圖

4 結(jié)論

（1）夜光涂層織物的發(fā)光性能主要受到發(fā)光材料種類與發(fā)光材料含量的影響，不同發(fā)光材料制得的夜光涂層織物光色差異較大，夜光涂層織物的發(fā)光性能隨發(fā)光材料含量的增加而提高，但增加至一定程度之后，亮度趨于平緩。

（2）經(jīng)涂層整理后的夜光織物仍具有較好的服用性能，手感柔軟光滑，耐水洗牢度高，且具有良好的懸垂性。

（3）設(shè)計了三種不同圖案的夜光涂層織物，并選擇“貓”、“麋鹿”和“玫瑰花”為典型紋樣進行織物的創(chuàng)新設(shè)計，得到的成品花形紋樣清晰，在夜晚可以清晰地看到紋樣發(fā)出三種光色，夜光效果持續(xù)穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計效果。