熒光棉紗的制備工藝與性能研究

楊智超 王 迎 劉淑強(qiáng) 吳改紅

（1.太原理工大學(xué)，山西太原，030600；2.大連工業(yè)大學(xué)，遼寧大連，116000）

熒光紗線可以大量吸收日光中的紫外光，從而在夜晚放出可見(jiàn)熒光［1］，該性能可以應(yīng)用在諸多行業(yè)中以增加安全系數(shù)。相比較其他特種紗線，我國(guó)對(duì)于熒光紗線的開(kāi)發(fā)與研究仍處于發(fā)展階段［2-3］，很多學(xué)者將熒光技術(shù)作為增白劑應(yīng)用于紡織行業(yè)。

本研究采用浸軋法將熒光素負(fù)載到棉紗上，探究了整理劑水性聚氨酯的用量對(duì)熒光棉紗熒光性能的影響。所制得的熒光棉紗熒光效果好、牢度高，對(duì)于熒光棉型紡織品的開(kāi)發(fā)具有較大意義。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

熒光素，又稱熒光黃，分子式C20H12O5，分子量為332.31，溶于熱乙醇。水性聚氨酯（PU），具有無(wú)污染、安全可靠、機(jī)械性能優(yōu)良、相容性好、易于改性等優(yōu)點(diǎn)［4］，在本研究中主要用作熒光棉紗的防水涂層，對(duì)熒光素的附著起到一定積極作用。PU含固量（35±1）%。36 tex棉紗，自制。

1.2 浸軋工藝

配置熒光整理液：取熒光素0.25 g，溶于150 mL去離子水和100 mL無(wú)水乙醇的混合溶液中，得到熒光素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的熒光整理液。

配置PU整理液：設(shè)置PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為變量。取60 mL、70 mL、80 mL、90 mL、100 mL的PU共5組，分別溶于200 mL去離子水中，攪拌，配制成5組質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、35%、40%、45%、50%的PU整理液。

浸軋過(guò)程：應(yīng)用ESS1000型單紗漿紗機(jī)進(jìn)行浸軋，采用單浸單軋工藝，先利用熒光整理液對(duì)棉紗進(jìn)行處理，再用DHG-9203A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱在80℃下烘干。然后利用配置好的PU整理液對(duì)已經(jīng)包覆熒光素的紗線進(jìn)行二次單浸單軋?zhí)幚?，再次?0℃下烘干，最終得到5組不同PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熒光棉紗。

1.3 性能測(cè)試

采用YG061F/PC型單紗強(qiáng)力測(cè)試儀測(cè)試紗線的力學(xué)性能。采用F-7000型熒光光譜儀測(cè)試熒光棉紗的熒光強(qiáng)度光譜，利用450 W氙燈在波長(zhǎng)460 nm時(shí)激發(fā)樣品。將熒光紗線分為等長(zhǎng)的5段，將其浸泡在裝有適量去離子水的5個(gè)燒杯內(nèi)，用玻璃棒攪拌使紗線完全浸泡，分別設(shè)置水洗時(shí) 長(zhǎng) 為5 min、15 min、20 min、25 min、30 min。待水洗完畢后，將其自然晾干，然后測(cè)試紗線的熒光強(qiáng)度。應(yīng)用M-FL-CKX53型生物顯微鏡觀察纖維外貌形態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 熒光素涂層熒光棉紗熒光效果

分別將熒光素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、35%、40%、45%、50%制備的熒光棉紗依次按順序分別用日光與紫外光照射，如圖1所示。用肉眼觀察，可以明顯看到在紫外光照射下的紗線呈黃綠色熒光，熒光效果明顯。

熒光素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，不同PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熒光棉紗的熒光光譜分析如圖2所示。PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的紗線在529.4 nm出現(xiàn)峰值，熒光強(qiáng)度為295.9；PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的紗線在532.2 nm出現(xiàn)峰值，熒光強(qiáng)度為305.4；PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的紗線在532.8 nm出現(xiàn)峰值，熒光強(qiáng)度為322.5；PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的紗線在531 nm出現(xiàn)峰值，熒光強(qiáng)度為363.1；PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的紗線在531.6 nm出現(xiàn)峰值，熒光強(qiáng)度為392.5，該P(yáng)U質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的熒光強(qiáng)度較好。

圖1 不同PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)熒光棉紗的熒光效果

圖2 不同PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)下熒光棉紗的熒光光譜圖

將PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、35%、40%、45%、50%所對(duì)應(yīng)的熒光光譜中的峰值進(jìn)行擬合，擬合方程為y=5.138x+130.96（R2=0.965 37），擬合曲線如圖3所示。

圖3 熒光紗線熒光光譜峰值與PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線

由圖3可知，熒光光譜的峰值隨著熒光素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而升高。這是由于PU的使用對(duì)熒光素的附著起到了一定的積極作用，使熒光素更好地固定在棉紗上，同時(shí)也不會(huì)影響熒光紗線的熒光效果。

2.2 熒光顯微鏡觀察

熒光素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的熒光顯微鏡照片如圖4所示，從照片中可以直觀看到纖維上黃綠色熒光上染效果。

圖4 PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的熒光棉紗顯微鏡下圖像

2.3 紗線力學(xué)性能分析

采用單紗強(qiáng)力測(cè)試儀分別測(cè)試熒光素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、30%、35%、40%、45%、50%的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，結(jié)果如表1所示。由表1可知，經(jīng)過(guò)PU浸漬后的紗線強(qiáng)度有明顯的提升，已上染熒光素而未經(jīng)PU處理的紗線強(qiáng)度為12.6 cN/tex，經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%PU處理后的紗線強(qiáng)度高達(dá)25.9 cN/tex。

表1 紗線強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果

2.4 紗線耐水洗分析

由于水洗后，任何一組熒光紗線的熒光強(qiáng)度均會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，所以在熒光素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，只選取PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、40%、50%的熒光紗線，水洗時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min，水洗后測(cè)試紗線熒光強(qiáng)度。

圖5為水洗后紗線的最大熒光強(qiáng)度隨水洗時(shí)長(zhǎng)變化曲線。由圖5可知，隨著水洗時(shí)長(zhǎng)的增加，不同PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熒光棉紗熒光強(qiáng)度都有所下降，熒光素的含量有不同程度的損失，PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的這組熒光棉紗在水洗30 min后，其熒光強(qiáng)度仍能保持在225左右，在使用范圍內(nèi)。

圖5 不同PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)熒光紗線經(jīng)不同水洗時(shí)長(zhǎng)后的熒光強(qiáng)度

3 結(jié)論

（1）PU的使用可以增強(qiáng)熒光棉紗的力學(xué)性能，隨著PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，熒光棉紗的斷裂強(qiáng)度也逐漸增大。

（2）熒光棉紗經(jīng)水洗后，熒光強(qiáng)度有一定的改變，隨著水洗時(shí)長(zhǎng)的增加，熒光性能有所下降，PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的熒光紗線水洗后，其熒光強(qiáng)度保持在225左右，在使用范圍內(nèi)。

（3）由于本研究只選取了5組相對(duì)適中質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度的PU，用來(lái)探究適用于制備熒光棉紗的較優(yōu)制備工藝，當(dāng)PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%以上時(shí)對(duì)熒光棉紗的負(fù)載效果以及相應(yīng)性能的論證仍需進(jìn)一步研究。而在本研究中，制備熒光棉紗的優(yōu)化工藝為熒光素質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%，PU質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%，此工藝下熒光棉紗的力學(xué)性能和耐水洗性能較優(yōu)。