基于磁流体材料的织物染料基础应用研究

李芷钰，马雪晋，刘一芳，高沛琪，关佳敏，崔艺铭

（北京服装学院，北京 100029）

磁流体作为一种新型的功能材料，具有液体的流动性和固体磁性材料的磁性两大特点。静态时无磁性吸引力，而有外界磁场作用时，则表现出磁性。

磁性织物作为新型的功能纺织品，电磁屏蔽、磁保健功能被人们熟知[1-2]。磁性织物制备方式为磁性纤维纺织[3]与浸渍法（将织物浸渍在磁流体中）[4]。然而，对磁性织物的功能讨论仍旧局限于理疗保健的功能[5]。孟云等[4]对磁性织物的制备进行研究，主要探索浸渍法制备磁性织物的方法。实验使用的药剂较多，对实验器材要求高，磁性织物的制作难度相对较大。

本实验设计了一种磁性染料制备方法，简化磁流体制作工艺、探索磁性布料的磁性吸附功能并进行织物实验、吸附实验与清洗实验，为探索更加简化的浸渍法试剂、磁性布料的更多功能性运用提供了重要的参考依据。

1 适用磁流体制备实验

本实验探索了一种简化的浸渍法制备磁性织物的磁流体试剂。选用的8组实验以自来水与实验室化验蒸馏水为固定变量，医用甘油和食用大豆油、75%酒精和99%酒精为对照组进行效果对比。8组试剂分别为：（1）4N1微米四氧化三铁铁粉+CC388A碳粉+医用甘油+自来水（A-1）；（2）4N1微米四氧化三铁铁粉+CC388A碳粉+医用甘油+蒸馏水（A-2）；（3）4N1微米四氧化三铁铁粉+ CC388A碳粉+食用大豆油+自来水（B-1）；（4）4N1微米四氧化三铁铁粉+CC388A碳粉+食用大豆油+蒸馏水（B-2）；（5）4N1微米四氧化三铁铁粉+CC388A碳粉+75%酒精+自来水（C-1）；（6）4N1微米四氧化三铁铁粉+CC388A碳粉+75%酒精+蒸馏水（C-2）；（7）4N1微米四氧化三铁铁粉+CC388A碳粉+99%酒精+自来水（D-1）；（8）4N1微米四氧化三铁铁粉+CC388A碳粉+99%酒精+蒸馏水（D-2）。所有对照组计量均为3.0 g+0.5 g+15 mL+30 mL。如表1所示，将8组在试管中的实验样品进行磁铁吸附实验，对溶液流通性、吸附性、溶液特性与pH进行比较，根据效果对比，选择含有蒸馏水、99%酒精的4个实验组进行织物浸渍效果实验。实验表明，运用以医用甘油和食用大豆油为介质制作的磁流体对布料染色后，布料无法烘干或风干，所以不作为染料制备中的磁流体样组；而以75%酒精和99%酒精为介质制作的磁流体在对布料染色后，布料不论是在风干或是烘干后，磁铁吸附性效果依旧良好。

表1 磁流体制备实验对比数据

实验表明，在4组对比实验中，蒸馏水作为调和介质的实验组染布之后的磁铁吸附性均优于自来水作为调和介质的实验组；同样，在4组对比实验中，99%酒精作为介质的实验组染布之后的磁铁吸附性均优于75%酒精作为介质的实验组。在8组染色实验中，以4N1微米四氧化三铁、99%酒精、实验室化验蒸馏水、CC388A碳粉作为磁流体制备材料的实验效果最好。

2 布料染色实验

市面上的面料种类繁多，根据纺织纤维、织法的不同，面料的柔软程度、孔洞的细密程度也不同。在磁流体制备实验的基础上，选用浸渍法进行布料染色实验。实验选择了纯棉布、精梳棉布、涤棉布、网眼棉布等14种市面上常见面料，在浸染后进行磁铁吸附效果、布料特性比较（柔软程度）测试。

实验表明，在对14种布料用磁流体所制作的染料进行染色后，对比发现，纯棉布、麻布纺织结构细密且纺线本身吸附性好的布料在染色以后，布料被磁铁吸引效果明显且吸附性较强；精梳棉布、涤棉布、呢绒布、氨纶弹力布、天鹅针织面料等内部有化学纤维纺织的面料，在染色后被磁铁吸附性较强；粗孔雪纺因本身孔洞较大，纺织线对磁流体染料的吸附有限，磁铁吸附性差。棉布、麻布等天然纤维纺织细密的布料效果最好，而粗孔雪纺等编织相对稀疏的布料效果较差。将14种染色布料与原布料对比后，柔软度无明显差别，磁流体染料对布料特性影响不大。

3 清洗极值实验

在使用过程中，清洗纺织物是必不可少的环节，在磁流体制备实验、布料染色实验的基础上，对14种布样进行清洗实验。实验中以水温和洗衣剂为变量进行对比实验并记录。如图1所示，在水温与清洗剂的5种条件变量下，对清洗后效果（5次清洗）与清洗极值进行实验记录。本次实验均采用手洗。

图1 14种布料冷水洗涤实验对比数据

实验中，根据水温不同分为冷水、温水、热水，根据清洗剂不同分为洗衣粉、洗衣液（在冷水情况下进行）。将14组布样分为5组进行5次清洗实验可以发现，布匹染色后的磁铁吸附性与清洗折旧程度呈负相关，即染色后磁铁吸附效果好的布样，在清洗5次后依旧表现良好。在同一布样的5次清洗折旧程度对比下可以发现，冷水清洗折旧程度低，温水次之，热水折旧程度高，且会有轻微掉色。根据清洗剂的不同，在同一布样的5次清洗折旧程度对比下可以发现，洗衣液折旧程度低，洗衣粉折旧程度高，实验结果或与洗衣液中的保色剂有关。通过14种布样在5种情况下进行清洗极值的实验可以发现，清洗极值受布料染色后的磁铁吸附效果、水温、清洗剂3种情况的影响较大。纯棉布作为磁铁吸附效果好的布料，在冷水中不加任何清洗剂的情况下，清洗极值可达39次，而乔其纱作为磁铁吸附性效果差的布料，在冷水中用洗衣粉清洗的情况下，清洗极值只有5次。

4 结论

本实验设计了更加简化的磁性织物浸渍法中用到的磁流体溶液，并将其制备成染剂，通过磁流体制备实验选择效果较好的4种磁流体溶液；通过布料染色实验选择效果最好的磁流体溶液，并分析了不同布料在浸渍染色后对吸引效果的影响和磁流体溶液对不同布料特性的影响；通过清洗极值实验分析了水温、清洗剂、布料种类对清洗极值的影响，结果如下。

（1）以4N1微米四氧化三铁、99%酒精、实验室化验蒸馏水、CC388A碳粉作为磁流体制备染料的实验效果最好。

（2）染色后布料的磁铁吸附性与其纺织纤维、纺织细密程度有较大关联。其中，纯棉布、麻布表现良好，粗孔雪纺表现较差。

（3）清洗折旧程度与染色后布料的磁铁吸附性、水温、清洗剂相关。当清洗水温为冷水时，对布料的折旧程度影响较小，在冷水中用洗衣液清洗对布料的折旧程度影响较小；当清洗水温为热水时，对布料的折旧程度影响较大，在冷水中用洗衣粉清洗对布料的折旧程度影响较大。

（4）清洗极值与染色后布料的磁铁吸附性、水温、清洗剂相关。纯棉布在冷水中不加任何清洗剂的情况下，清洗极值可达39次，而乔其纱在冷水中用洗衣粉清洗的情况下，清洗极值只有5次。在同一布料不同水温的对比实验中，清洗极值差别较大；在同一布料不同清洗剂的对比实验中，清洗极值差别较小。

根据以上3次实验的分析与验证，本实验所制备的磁流体染剂在纺织品浸染后，磁铁吸附效果达到预期，浸染后的纺织品具有磁铁吸附性，在吸附过程中，纺织品发生形变。现今，对磁性纺织品的开发领域主要集中在保健品、理疗产品等方面[5]，在本实验设计的磁流体染料的探索与分析下，可尝试将浸染后的磁性纺织品运用于家居领域、农业领域、交互装置领域等，例如智能开合窗帘、可（被磁性墙面）吸附钥匙链、磁性墙纸布、布艺飞镖盘、布艺便签板、手包磁布（代替磁扣）、磁性大棚布（用磁铁吸引方式，代替铁丝捆绑）开合灯饰、可穿戴布艺装饰（配饰），以进一步探索磁流体纺织品更多的应用可能性。