吸色布吸色效果和吸色机理研究

王 洪，张希成，阮梦瑶

(东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海201600)

0 引言

衣物的清洗是个人卫生和衣物保养的重要环节。 在日常衣物清洗中，一般都是将所有需要洗涤的衣物一起放入洗衣机中，加入一定洗涤剂后加水洗涤。 如果衣物的耐洗色牢度不高，在洗涤过程中，染料容易脱落分散到水中，串染其它白色或浅色的衣物，从而影响被染衣物的穿着效果。 近几年来，国内出现了一种称为吸色布的洗衣机用防止衣物串色的纤维材料[1]。 但其质量参差不齐，消费者无从选择。 且目前相关的公开报道多以专利为主[2]，文献很少，其吸色机理不明。

我们知道，染料可以分为酸性染料、活性染料、碱性染料等许多种类，其中酸性染料是大分子结构上带有酸性基团的水溶性染料[3]。 活性染料属于金属络合染料，多适用于羊毛、蚕丝和锦纶、维纶等纤维。 碱性染料亦称盐基染料，其染色工艺简单。由于碱性染料上染纤维的耐光色牢度和耐洗色牢度较差，现主要用于文教用品和纸张着色等。

为了研究吸色布的吸色机理，本文市购三种吸色布，分别测试对比其对酸性、碱性和活性染料的吸附效果，并探明其吸色机理。

1 实验部分

1.1 实验材料

市购白猫牌洗衣吸色布(1 号样品)、泉立方洗衣吸色布(2 号样品)和日本Kinbata 洗衣吸色布(3号样品)三种吸色布，以及活性染料艳蓝X-ARL(青岛双桃精细化工有限公司)、碱性艳蓝B (武强县泰丰化工有限公司)、酸性墨水蓝染料(天津胜利化工厂)三种染料。

1.2 测试方法

采用差示扫描量仪(PerkinElmer DSC4000)，以5℃/min 的升温速率，在50℃～350℃的范围内，测试三种吸色布的热性能。

将三种吸色布用水清洗干净，采用美国Thermo Fisher 公司Nicolet 6700 傅里叶变换红外光谱仪，以衰减全反射法(ATR)测试样品的红外光谱，扫描范围为500 cm-1～4 000 cm-1。

采用TM-3000 型扫描电子显微镜观察吸色布的表面形貌，将试样剪成适当尺寸，然后使用导电胶将其粘贴在样品台上，喷金处理后进行样品表面形貌观察。

吸色性能测试方法：

分别配置浓度为0.01g/L、0.03 g/L、0.05 g/L的酸性染料溶液、碱性染料溶液、中性染料溶液，然后利用紫外分光光度仪进行全幅扫描，分别找出三种染料的特征吸收波长。 最后以三种染料浓度为横坐标，溶液在特征波长处的吸光度值为纵坐标，得到三种染料的标准浓度曲线。

为了合理设定用于研究吸色布吸色效果的染料溶液浓度，本课题随机选取日常穿着衣物进行清洗。 收集洗涤残液，利用紫外分光光度仪进行全幅扫描，其光谱图与中性染料图谱大体一致。 根据中性染料的标准浓度曲线，得到该衣物洗涤残液中的染料浓度为0.0385g/L。

依据上述衣物洗涤残液中的染料浓度，分别配置浓度为0.01g/L、0.03 g/L、0.05 g/L 的酸性染料溶液、碱性染料溶液、活性染料溶液，每种溶液各取100mL，分别将10cm×10cm 的1 号样品、2 号样品、3 号样品放入每种染料溶液中进行吸色，30 分钟后取出。 用紫外分光光度计测试吸色后残液的吸光度，然后按照公式(1)计算其吸色效率Y。

其中A 为配置溶液在特征吸收波长处的吸光度，B 为吸色后残液在特征波长的吸光度。

2 结果分析与讨论

2.1 三种样品的表面形貌分析

首先，三种样品的手感都很柔软，样品表面有明显的水针痕。 根据作者在非织造领域多年的经验积累，认为三种样品应该都是通过水刺非织造加固工艺成形的。 为了进一步分析样品中的纤维组成，首先采用电子显微镜测试样品的表现形貌，结果如图1、图2 和图3 所示。

图1 1 号样品扫描电子显微镜图

从图中可以看出，三种样品好像都是由两种纤维组成的，其中一种纤维表面光滑，另一种纤维表面有纵向平直沟槽，且纤维间有明显的水刺缠结结构。 估计表面光滑的纤维为熔纺合成纤维，表面有纵向沟槽的为粘胶纤维。 另外，感觉2 号和3 号样品的纤维间存在粘合点。

图2 2 号样品扫描电子显微镜图

图3 3 号样品扫描电子显微镜图

2.2 三种样品的热性能分析

为了进一步分析三种样品中的纤维成分，进一步采用DSC 测试其热性能，其测试结果如图4所示。

图4 三种样品的DSC 测试结果

从图4 中可以看出，三种样品分别在120℃、240℃、320℃出现了吸热峰，猜测三种样品中都含有聚乙烯(熔点为120℃[4])、锦纶或者涤纶(熔点在240℃附近[5])、粘胶纤维(320℃为粘胶纤维的降解温度[6])成分。 另外，三种样品在156℃附近也出现了大小不同的吸热峰，可能是涤纶成分的冷结晶产生的。

2.3 FTIR 红外线光谱分析

为了辨识三种样品的纤维组成，进一步采用红外光谱仪分析其特征基团，结果见图5。

图5 三种样品的红外光谱图

据文献报道，在红外光谱图上，3355cm-1处为-OH基伸缩振动峰[7]，2916cm-1处为饱和-CH2-的不对称伸缩振动，1717cm-1为-C ＝O 基的伸缩振动，1021 cm-1处为对位取代苯环＝CH 面内变形峰和—C-O-H-的弯曲振动，727 cm-1处为苯环-CH-面外变形[8]。 因此，结合DSC 分析测试结果，可以认为样品1 中含有乙丙纶、涤纶和粘胶纤维成分。考虑到电镜测试结果，认为样品由PE/PET 皮芯型双组分纤维和粘胶纤维组成。 在吸色布成形的烘燥工序中，PE/PET 皮芯型双组分纤维的皮层熔融，使得纤维间形成更好的粘合，赋予吸色布良好的防掉毛性。 同样的，猜测样品2 和样品3 也是由PE/PET 皮芯型双组分纤维和粘胶纤维组成，但其在1717cm-1为-C ＝O 基的伸缩振动峰强度较弱，因此PE/PET 皮芯型双组份纤维含量相对较少，粘胶纤维含量更多。 在DSC 测试曲线上，240℃的涤纶熔融峰也较小，与FTIR 测试结果一致。

2.4 三种样品吸色效果和吸色机理分析

分别测试了三种吸色布对酸性、碱性和活性染料的吸色效果，其吸色效率见图6、图7 和图8。

如图6 所示，在同浓度酸性染料下，1 号样品与2 号样品吸色能力大于3 号样品。 随着染料浓度的增加，1 号样品、2 号样品的吸色能力变化不大，3 号样品吸色能力明显下降，说明1 号样品、2号样品对酸性染料的吸色能力强，3 号样品只适合在很低的染料浓度下使用。 当浓度过高，吸色效果变差。

图7 三种样品对碱性染料的吸色效果

如图7 所示，对于碱性染料来说，只有在低浓度(0.01g/L)下，三种样品表现出较好的吸色效果。浓度稍高，吸色效果很差，说明三种吸色布对碱性染料染色衣物的防串色效果不好。

如图8 所示，对于活性染料来说，1 号样品在测试浓度范围内都显示出较好的吸色效果，但2 号和3 号样品在较低的染料浓度下表现出较好的吸色能力，而高浓度下的吸色能力下降。

总体来说，1 号样品的综合吸色能力强，对于酸性、活性染料在较宽的浓度范围内皆表现出优良的吸色能力，但对于高浓度碱性染料的吸色效果差。 3 号样品仅对低浓度的三种染料表现出较好的吸附效果，吸色能力不如1 号和2 号样品。

图8 三种样品对活性染料的吸色效果

这说明吸色布是通过离子吸附作用达到吸色效果的，存在选择性吸附。 对于酸性染料吸附能力强的，对碱性染料的吸附能力就差，一种吸色布并不满足所有的衣物洗涤。 腈纶纤维多采用碱性染料染色，而服装面料较少采用碱性染料染色，所以三种吸色布对碱性染料皆表现出较差的吸色效果。碱性染料溶于水即离解成染料阳离子和酸根阴离子，而阳离子染料也是染料阳离子，大量用于阳离子改性涤纶纤维的染色[9]。 因此，猜测上述三种吸色布对阳离子染料染色的衣物没有很好的吸色效果。

3 结论

为了探明吸色布的吸色效果和吸色机理，本文通过对市购三种吸色布的成形工艺和组成结构进行了分析，并通过模拟吸色实验来表征其吸色效果和吸色机理，得出如下结论：

(1)通过扫描电子显微镜(SEM)、差热分析、FTIR 红外光谱分析得出了市场上三种吸色布均为水刺加固工艺制成，原料为PE/PET 皮芯型双组分纤维和粘胶纤维，其中3 号样品中的粘胶纤维含量更高。

(2)1 号样品的综合吸色能力强，3 号样品仅对低浓度的三种染料表现出较好的吸附效果，三种样品对碱性染料的吸色效果都不理想。

(3)吸色布通过离子吸附作用达到吸色效果，存在选择性吸附，一种吸色布并不满足所有的衣物洗涤防串色功能。