热敏变色染料印花非织造布性能研究*

王 冰 张荣波 柯文博 邹汉涛

武汉纺织大学纺织科学与工程学院，湖北 武汉430200



热敏变色染料印花非织造布性能研究*

王 冰 张荣波 柯文博 邹汉涛

武汉纺织大学纺织科学与工程学院，湖北 武汉430200

采用手工筛网印花方式，将热敏变色微胶囊染料施加到聚丙烯SMS(即纺黏-熔喷-纺黏复合无纺布，其中S指纺黏层，M指熔喷层)非织造布上，研究其变色性能、色牢度、接触角、静电性能、透气性、力学性能等。结果发现：印花后的聚丙烯非织造布的变色性能良好，变色温度在指定温度的±2℃范围内；耐摩擦、耐皂洗、耐汗渍、耐熨烫色牢度良好，均为4～5级，耐日晒色牢度较差；非织造布的接触角小于90°，表现出亲水的特性，吸湿性增强，抗静电效果提高。热敏变色染料还增加了非织造布内纤维间的黏结，使非织造布的断裂强力、断裂伸长率分别约增加10%、50%。但热敏变色染料印花阻塞了非织造布表面的微孔，使得非织造布的透气性几乎为零。此热敏变色非织造布可用于感温产品的包覆材料，但是不适宜用于户外织物。

非织造布，微胶囊，热敏变色染料，印花，色牢度

传统纺织品经印染后，其颜色不会发生变化。但随着生活水平的提高，人们对纺织品颜色的要求也在不断提高，于是随着光照、温度或湿度等变化，颜色会发生改变的变色材料出现在人们的视野中。变色材料填充了如今纺织品颜色表现形式的空白，也满足了消费者猎奇的心理，符合纺织发展的潮流与趋势，因此自产生后就得到了飞速发展[1]。

变色染料[2]是指能够随着温度、光照、pH值、湿度等变化而改变颜色的染料，通过改变物理或化学等因素而从有色变为无色，或者从无色变为有色。变色染料主要有光敏变色、热敏变色、电敏变色和湿敏变色染料等[3]。目前在纺织品中应用最为广泛的是热敏变色染料[4]。引发热敏变色染料变色的原因有多种，主要原理可概括为染料结构的改变、染料内电子的转移平衡及染料分子间质子的转移等[5]。热敏变色染料的种类，按变色过程分一般有可逆和不可逆两种；按材料种类则有无机、有机和液晶之分[6]。

由于变色染料自身的色牢度不够理想，并且使用条件容易受到外界环境的影响，于是人们将微胶囊技术引入变色染料的制备，使变色染料在纺织品中的应用展开了一个新的篇章[7]。所谓微胶囊化是指用适当的包壁材料将变色染料包覆起来的过程[8]。并且，变色染料微胶囊化后，其性能基本没有改变，部分物理化学性质甚至得到优化，如热稳定性等，使变色染料的应用范围得以扩展[9]。张忠信[10]等将热敏变色微胶囊通过涂料印花应用在真丝绸上，发现其变色性能良好，且耐洗、耐摩擦色牢度同样良好，说明微胶囊技术的引入对染色的应用有良好的效果。

鉴于如今飞速发展的暖宝宝等存在低温烫伤隐患[11]，造成从真皮向真皮深层及皮下各层组织的渐进性损害[12]问题，并考虑到热敏变色染料的变色性能，将其应用于人体感温产品，可以做到指示温度、预知温度。因而设想将微胶囊温变染料应用于非织造布。但是由于这方面的研究还很缺乏，所以本课题利用热敏变色染料对聚丙烯SMS非织造布进行手工筛网印花，对印花后的非织造布的色牢度、变色性能、浸润性能、静电性能、透气性、力学性能等进行测试，并与未印花的非织造布进行比较，判断热敏变色染料是否能较好地应用于非织造布。

1 试验部分

1.1 原料与仪器

热敏变色染料(38和50℃，深圳千色变颜料有限公司)；聚丙烯SMS非织造布(湖北仙桃三羊非织造布有限责任公司)。

主要试验仪器见表1。

表1 主要试验仪器

1.2 热敏变色染料印花

通过手工筛网印花方式，采用两种已微胶囊化的热敏变色染料(38、 50℃)对聚丙烯SMS非织造布进行印花，然后在60℃下进行预烘干，再在100℃下焙烘一段时间，得到热敏变色染料印花聚丙烯SMS非织造布样品。所用筛板目数为200。

1.3 样品表征

1.3.1 变色性能

将经过印花的两组非织造布样品进行变色性能测试。将样品裁剪成合适大小的试样，然后置于一温度可调的加热板上，分别观察38、 50℃两组样品在30～45和45～55℃下升温和降温时的颜色变化并拍照。

1.3.2 色牢度

参照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》、GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》、GB/T 3922—2013《纺织品 色牢度试验 耐汗渍色牢度》、GB/T 8427—2008《纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧》、GB/T 6152—1997《纺织品 色牢度试验 耐熨烫色牢度》等标准，对经过印花的两组样品的色牢度进行测试。

1.3.3 接触角

将样品剪成4cm×1cm，在RM-JCJ1003型接触角测定仪上进行接触角测试，每组测试5个试样，取平均值。

1.3.4 静电性能

参照GB/T 12703—1991《纺织品静电测试方法》，测试试样的静电性能，记录峰值电压和半衰期时间。

1.3.5 透气性能

将样品剪成20cm2的圆形，在压差100Pa、5号喷嘴下进行透气性测试，每组测试5个试样，取平均值。

1.3.6 力学性能

参照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能》，将样品剪成20cm×5cm，设置隔距为10cm、拉伸速度为100mm/min，进行拉伸试验，测试其断裂强力和断裂伸长率，每组测试5个试样，取平均值。

2 结果与分析

2.1 热敏变色微胶囊染料

图1中，(a)是涂覆于一层薄膜上的热敏变色微胶囊染料照片，(b)是印在聚丙烯SMS非织造布上的热敏变色微胶囊染料照片。可以看到，这种热敏变色微胶囊染料颗粒呈圆球状，平均直径为1～5μm。其内部为热敏变色物质，外部是一层既不溶解也不会熔化的透明外壳，正是它保护了热敏变色物质免受其他化学物质的侵蚀。这种热敏变色物质的黏度为95mPa·s，为红色水性油墨。

(a) 涂覆于薄膜上的热敏变色微胶囊染料

(b) 印在聚丙烯SMS非织造布上的热敏变色微胶囊染料

2.2 变色性能分析

图2、图3所示分别为38和50℃热敏变色染料印花试样随温度变化的颜色变化过程。由图2可看出，印花部位在30 ℃左右时为红色；当温度逐渐升到36℃时，印花部位的颜色明显变淡；温度上升至38℃，印花部位的红色消失，呈无色；温度继续上升，印花部位保持无色，呈现布的原色；当温度下降至38℃以下，印花部位逐渐恢复红色，至36℃时红色清晰可见；温度继续下降，印花部位恢复至最初的红色。与此类似，由图3可看出，印花部位在48℃时颜色开始变淡，在50℃时变为无色；温度继续上升，印花部位保持无色，呈现布的原色；当温度下降到50℃时，印花部位恢复到初始的红色。由此可见，热敏变色染料印花制品的变色温度在指定温度的±2℃范围内；热敏变色染料的颜色可随温度的上升、下降反复改变，温度升高由有色变成无色，温度下降又恢复成有色，即这一颜色变化过程是可逆的。

30℃

36℃

37℃

37～38℃

38℃

常温

45℃

48℃

49℃

49～50℃

50℃

常温

2.3 色牢度

热敏变色染料印花非织造布的色牢度及色变评级见表2。可以看到，对同一种非织造布，采用不同的热敏变色染料印花，样品的色牢度一致，耐摩擦、耐皂洗、耐汗渍、耐熨烫色牢度均较好，为4～5级。由于热敏变色染料细度适中、摩擦因数小，因而其流动性、着色性很好，印花后非织造布表面平整，热敏变色染料与纤维固着紧密，在一定的温度、水和酸碱条件下不会发生转移。但是以热敏变色染料印花的非织造布的耐日晒色牢度很差，仅为1级，表明热敏变色染料在日照下性能不稳定，即不耐日晒，故不适宜用于户外用产品。

表2 热敏变色染料印花试样的色牢度及色变评级

2.4 接触角

未印花试样的接触角为103.7°，38和50℃热敏变色染料印花试样的接触角分别为84.8°和75.2°。未印花的聚丙烯非织造布的表面能比水大，接触角大于90.0°，表现出拒水的特性；经过印花的聚丙烯非织造布的接触角小于90.0°，表现出部分浸润的特性。说明热敏变色染料中存在亲水性的物质，当用于涂覆聚丙烯非织造布时，热敏变色染料的亲水性基团端外露于织物表面，形成一层亲水性薄膜，从而提高了非织造布的吸湿性。

2.5 静电性能

表3给出了未印花及热敏变色染料印花试样的峰值电压和半衰期时间。可以看到，以热敏变色染料印花后，聚丙烯非织造布的峰值电压比印花前有明显下降，而且半衰期时间显著缩短，表明非织造布的抗静电性能提高。这与前述印花后非织造布的接触角减小的结果相符。印花后非织造布的吸湿性提高，降低了纤维的表面电阻，不易产生静电，加快了电荷逸散速率，减少了静电积聚。

表3 未印花及热敏变色染料印花试样的峰值电压与半衰期时间

*在测试过程中，未印花试样在100s后其峰值电压基本无变化，故认为此时的半衰期时间无法测出，且即使测出，也是一个相当庞大的数值，参考价值不高

2.6 透气性能

热敏变色染料印花对聚丙烯非织布的透气性有很大的影响。未印花试样的透气量为571mm/s；两种热敏变色染料印花试样的透气性基本一致，透气量几乎为零。也就是说，经热敏变色染料印花后，聚丙烯非织造布的孔隙被热敏变色染料完全堵住或覆盖住，因而几乎不具备透气性。这是印花加工存在的普遍问题，在一定程度上影响了织物的服用性能。

图3 试样的力学性能

2.7 力学性能

图3所示为三种试样的力学性能。未印花试样的断裂强力为64.5N，38和50℃热敏变色染料印花试样的断裂强力分别为71.4和69.6N，提高了8%～10%。由此可以看出，经热敏变色染料印花后，非织造布的断裂强力有一定的上升，其原因可能是热敏变色染料涂覆于非织造布表面后，纤维间的黏结、抱合作用加强。未印花试样的断裂伸长率为160.2%，38和50℃热敏变色染料印花试样的断裂伸长率分别为210.3%和200.0%。经热敏变色染料印花后，非织造布的断裂伸长率不仅没有下降，反而上升了40%～50%，其原因可能是热敏变色染料的黏结作用使纤维间具有更大的滑移空间。

3 结论

采用两种热敏变色染料，对聚丙烯SMS非织造布进行印花，测试其变色性能、色牢度、接触角、静电性能、透气性能和力学性能，并与未印花的聚丙烯SMS非织造布做比较，得出：

(1) 经热敏变色染料印花后，聚丙烯SMS非织造布的耐摩擦、耐皂洗、耐汗渍和耐热压色牢度良好，但耐日晒色牢度很差。说明热敏变色染料可以应用于非织造布印花，但不宜在光照环境下使用。

(2) 热敏变色染料的变色性能非常好，其颜色在变色温度的±2℃范围内发生改变，由有色变为无色，且可逆。

(3) 经热敏变色染料印花后，聚丙烯SMS非织造布的接触角小于90.0°，表现出亲水的特性，抗静电性能提高。但由于热敏变色染料涂覆于非织造布表面，其透气性大大下降，透气量几乎为零。

(4) 经热敏变色染料印花后，聚丙烯SMS非织造布的纤维间抱合、黏合作用增强，其断裂强力提高近10%，而且纤维间滑移增加，因此断裂伸长率上升40%～50%。

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[5] 梁小蕊,张勇,张立春.可逆热致变色材料的变色机理及应用[J].化学工程师,2009,23(5):56-58,62.

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Study on properties of thermo-chromic dye printed nonwovens

WangBing，ZhangRongbo，KeWenbo，ZouHantao

Textile science and engineering college, Wuhan Textile University, Wuhan 430200, China

By means of hand screen printing, the thermo-chromic microcapsule dyes were printed on the PP nonwovens. The thermo-chromic property, color fastness, contact angle, electrostatic property, permeability, and mechanical property of the printed nonwovens were observed. It was found that the printed nonwovens had good thermo-chromic performance with a color changing temperature in a range of ±2 ℃ of a definited temperature. The color fastness to rubbing, to soaping, to perspiration and to hot pressing of the printed nonwovens were all better with the level of 4～5 respectively, while the color fastness to light was bad. The printing by thermo-chromic dyes improved the hydrophilic property with the contact angle less than 90° and the antistatic effect of the printed nonwovens. The dyes increased the bonding between fibers, so the breaking strength and the elongation at break were raised by nearly 10% and about 50% respectively. But the air permeability of the printed nonwovens was almost zero since the dyes blocked the porosity. The printed nonwovens can be used in the packaging materials, but not the outdoor cloth.

nonwoven, microcapsule, thermo-chromic dye, printing, color fastness

*湖北省教育厅青年基金项目(Q20121710)

王冰，男，1991年生，在读硕士研究生，研究方向为纺织工程

邹汉涛，E-mail:102814139@qq.com

TS193.8

A

1004-7093(2016)10-0036-06