纺织用荧光染料

张伟张艳李亮邢铁玲

（1.苏州大学纺织与服装学院，江苏苏州 215000；2.盐城工业职业技术学院，江苏盐城 224000）

纺织用荧光染料

张伟1，2张艳1，2李亮1，2邢铁玲1

（1.苏州大学纺织与服装学院，江苏苏州 215000；2.盐城工业职业技术学院，江苏盐城 224000）

本文从荧光的产生、荧光染料在纺织领域应用和纺织用荧光染料分类三方面对纺织用荧光染料进行了概述。

荧光；染料；纺织

1 荧光的产生

荧光是自然界的一种常见的发光现象，16世纪中期西班牙的植物学家和医生N.Monardes最早在木头水溶液中发现天然蓝色荧光[1]。奎宁(如图1）是第一个被明确定义有机荧光物质[2]，Herschel于1845年首次报道了奎宁溶液发射出可见光[3]，Stokes在1852年文献中报道了奎宁的发光原理，揭示该现象是奎宁吸收光能后重新发射出不同波长的可见光，并把该发光现象定义为荧光[4，5]。一般来讲，荧光物质由短波长的紫外光或可见光照射后，会在极短的时间内发射出各种颜色和不同强度的可见光，紫外光或可见光停止照射后，该光线也随之很快地消失，这种光线称为荧光。具有荧光特性的染料称为荧光染料。

Jablonski光能耗散图如图1所示，从机理上对荧光的产生进行了解释[6，7]。室温下，大多数荧光染料分子处于最低能级的基态（S0），基态（S0）的染料分子在吸收适当能量后，其价电子从成键轨道或非键轨道跃迁到反键轨道上去，即分子的激发态（单线态S1、S2和三线态T1、T2）。染料分子从不稳定的单线激发态跃迁回到基态发出的光叫荧光，从三线激发态跃迁回到基态发出的光叫磷光。

产生荧光的第一个必要条件是该物质的分子必须具有能吸收激发光的结构，通常是共轭双键结构；第二个条件是该分子必须具有一定程度的荧光效率。所谓荧光效率是荧光物质吸光后所发射的荧光量子数与吸收的激发光的量子数的比值。

图1 Jablonski光能耗散图

2 荧光染料在纺织领域应用

纺织业是染料的最大应用领域。20世纪以来，荧光染料开始广泛应用于纺织、塑料染色、印刷用颜料等多种行业[8]。纺织品染色用荧光染料属于功能性染料，其既具有常规染料的着色特性，又能发射出荧光，使得织物的饱和度和鲜艳度提高，从而醒目，易引起人们的注意[9，10]。最早应用在纺织品上的荧光染料是罗丹红及其衍生物[11]。纺织用荧光染料主要应用在制备高可视性警示服装和高鲜艳度个性服装方面。

高可视性警示服用织物是无论白天还是夜间（或灰暗背景）在灯光或日光照射下都能与周围环境形成鲜明反差、清晰可见的一种织物。由于荧光服饰中的荧光分子吸收短波长的光（特别是紫外线），再发出高波长的可见光，因此，荧光面料在阴天、清晨或黄昏时，由于紫外线光波充足，仍然具有生动、醒目的颜色，从而具有高可视性和警示作用。穿着该类服装可以使驾驶员有足够的时间停车或采取避让行动，从而更加有效地为从业人员起到安全防护作用[12]。随着各国政府对安全工作力度的加大和人们安全意识的提高，市场对高可视性警示服的需求也随之扩大，其应用范围覆盖警察、急救、邮政速递、环卫、机场、建筑等部门及行业，甚至进入校园及人们日常生活，已逐渐成为人们生活中不可或缺甚至必备的个人安全防护用品。

ISO 20471-2013《高可视服装国际标准》[13]、GB 20653-2006《职业用高可视性警示服》[14]、EN 471-2003《职业高可视性警示服的试验方法和要求》[15]和EN 1150-1999《非职业高可视性警示服的试验方法和要求》[16]都对高可视性警示服装设计要求做了详细的说明。高可视性警示服用荧光染料是指染色后荧光面料符合高可视性警示服标准中规定色度要求的荧光染料。高可视性警示服用荧光染料主要从纺织用荧光染料中筛选得到，目前为止，关于高可视性警示服用荧光染料研究报道很少，只有分散荧光黄8GFF[17]、阳离子荧光黄X-10GFF[18]、雷马素荧光黄FL[19]、羧基荧光素[20]和等几只染料。

荧光织物除了反射可见光外，还以荧光的方式发射出可见光，使织物在某些波长的反射率甚至超过100%，织物视觉效果明亮、鲜艳。荧光织物鲜艳、醒目的特点，受到了运动、时尚、舞台表演类服装的青睐。从色彩的属性来看，运动服装通常偏好彩度（纯度）高的鲜艳色彩，因为纯度高的鲜艳色彩，能产生兴奋、激励、富有生命力的心理效应[21]。如今，人们的生活水平提高了，对纺织品的要求从“实用型”转向丰富多彩的“享乐型”，荧光服饰已是当前流行的时尚元素。

3 纺织用荧光染料分类

不同结构的纤维所适用的染料品种和应用工艺相差很大。纺织用荧光染料与普通染料一样，从染整工作者的角度，按照染料的染色方法，染料的应用性能，染料与被染物的结合形式不同，可分为分散染料、酸性染料、阳离子染料、活性染料等品种。

分散荧光染料，在分散染料分子中不含有水溶性基团，是一种水溶性很小的非离子染料，在染色时用分散剂将染料分散成极小的颗粒，在染浴中呈分散状态。在高温高压条件下，染料扩散到涤纶、醋酯纤维等疏水性纤维的内部，通过氢键和范德华力与纤维大分子结合，实现染色。目前，商品荧光染料中应用最多的是分散荧光黄8GFF，如图2所示。Lucjan szuster[22]等介绍了分散荧光染料适用于高可视警示聚酯纺织品上的情况。

图2 分散荧光黄8GFF

Pik-ling Lam等人[23]合成了基于喹啉结构的分散荧光染料，并将其应用于腈纶织物的染色，对其荧光性能和染色效果做了详细的研究。喹啉结构分散荧光染料分子结构如图3所示。

图3 喹啉结构分散荧光染料

Manjaree A.Satam等[24]合成了五支基于萘酚苯并噻唑结构的分散荧光染料，并将其用在腈纶织物染色上，结果表明染色织物具有较高的染色牢度。萘酚苯并噻唑结构的分散荧光染料分子结构如图4所示。

酸性荧光染料，染料分子中含有水溶性阴离子基团，能在酸性条件的染浴中完全电离。主要通过离子键和范德华力与纤维结合，能对含氮的丝、毛和尼龙染色[25，26]。纤维中的染料阴离子和氨基之间的键容易断裂和重建，并导致许多染料在湿热条件下迁移。虽然易于迁移有利染色的匀染性，但它导致酸性染料染色后湿处理牢度差[27，28]。

图4 萘酚苯并噻唑分散荧光染料

郭伟[29]等介绍了酸性荧光染料Telon（天龙）黄M-7G和酸性荧光玫瑰红B对聚酰胺纤维等的染色性能。酸性荧光玫瑰红B结构如图5所示。

图5 酸性荧光玫瑰红B

Manjaree A.Satam等[30]合成了四支基于萘酚苯并噻唑结构的酸性荧光染料，并将其用在羊毛、蚕丝和尼龙织物染色上，结果表明染色织物具有较高的染色牢度。萘酚苯并噻唑结构的酸性荧光染料分子结构如图6所示。

阳离子荧光染料，染料水溶性基团为阳离子型，染料分子溶于水呈阳离子状态，通过电荷吸引力，与纤维的阴离子相结合，主要用于腈纶的染色[31，32]。商品阳离子荧光黄X-10GFF结构如图7所示。研究结果表明[18]，阳离子荧光黄X-10GFF可用于制备高可视警示腈纶纺织品。

图6 萘酚苯并噻唑酸性荧光染料

图7 阳离子荧光黄X-10GFF

活性荧光染料，染料分子中具有能与纤维分子羟基、氨基发生化学结合的反应基团，在染色时与纤维生成共价键，结合成“染料-纤维”整体。这类染料由两个主要部分组成，一个是染料母体，母体染料是发色部分，含有水溶性基团[33]。另一个是活性基团，可与纤维发生共价反应，活性染料又称反应性染料。主要用于纤维素纤维和蛋白质纤维的染色[34]。目前，商品荧光活性染料品种较少，多数是进口产品，价格较高。

荧光活性染料DTAF是具有二氯三嗪反应基的荧光素染料，结构如图8所示，1997年，Jacob Winkler等[35]将DTAF作为活性染料对棉纤维染色，对棉织物双氧水的漂白机理进行了研究，2012年，东华大学唐菲菲等[36]对DTAF在棉上的染色性能进行了详细的研究。

图8 荧光活性染料DTAF

Kazim R Naqvi等人[37]合成了一支具有香豆素荧光发色基团和一氯三嗪反应基结构的活性染料（图9），并将其应用在羊毛织物的染色上，结果表明该染料具有优良的荧光效果和染色效果。

图9 香豆素类荧光活性染料

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