荧光棉纱的制备工艺与性能研究

杨智超 王 迎 刘淑强 吴改红

（1.太原理工大学，山西太原，030600；2.大连工业大学，辽宁大连，116000）

荧光纱线可以大量吸收日光中的紫外光，从而在夜晚放出可见荧光［1］，该性能可以应用在诸多行业中以增加安全系数。相比较其他特种纱线，我国对于荧光纱线的开发与研究仍处于发展阶段［2-3］，很多学者将荧光技术作为增白剂应用于纺织行业。

本研究采用浸轧法将荧光素负载到棉纱上，探究了整理剂水性聚氨酯的用量对荧光棉纱荧光性能的影响。所制得的荧光棉纱荧光效果好、牢度高，对于荧光棉型纺织品的开发具有较大意义。

1 试验部分

1.1 试验材料

荧光素，又称荧光黄，分子式C20H12O5，分子量为332.31，溶于热乙醇。水性聚氨酯（PU），具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点［4］，在本研究中主要用作荧光棉纱的防水涂层，对荧光素的附着起到一定积极作用。PU含固量（35±1）%。36 tex棉纱，自制。

1.2 浸轧工艺

配置荧光整理液：取荧光素0.25 g，溶于150 mL去离子水和100 mL无水乙醇的混合溶液中，得到荧光素质量分数为0.1%的荧光整理液。

配置PU整理液：设置PU质量分数为变量。取60 mL、70 mL、80 mL、90 mL、100 mL的PU共5组，分别溶于200 mL去离子水中，搅拌，配制成5组质量分数为30%、35%、40%、45%、50%的PU整理液。

浸轧过程：应用ESS1000型单纱浆纱机进行浸轧，采用单浸单轧工艺，先利用荧光整理液对棉纱进行处理，再用DHG-9203A型电热恒温鼓风干燥箱在80℃下烘干。然后利用配置好的PU整理液对已经包覆荧光素的纱线进行二次单浸单轧处理，再次在80℃下烘干，最终得到5组不同PU质量分数的荧光棉纱。

1.3 性能测试

采用YG061F/PC型单纱强力测试仪测试纱线的力学性能。采用F-7000型荧光光谱仪测试荧光棉纱的荧光强度光谱，利用450 W氙灯在波长460 nm时激发样品。将荧光纱线分为等长的5段，将其浸泡在装有适量去离子水的5个烧杯内，用玻璃棒搅拌使纱线完全浸泡，分别设置水洗时 长 为5 min、15 min、20 min、25 min、30 min。待水洗完毕后，将其自然晾干，然后测试纱线的荧光强度。应用M-FL-CKX53型生物显微镜观察纤维外貌形态。

2 结果与讨论

2.1 荧光素涂层荧光棉纱荧光效果

分别将荧光素质量分数为0.1%，PU质量分数为30%、35%、40%、45%、50%制备的荧光棉纱依次按顺序分别用日光与紫外光照射，如图1所示。用肉眼观察，可以明显看到在紫外光照射下的纱线呈黄绿色荧光，荧光效果明显。

荧光素质量分数为0.1%，不同PU质量分数的荧光棉纱的荧光光谱分析如图2所示。PU质量分数为30%的纱线在529.4 nm出现峰值，荧光强度为295.9；PU质量分数为35%的纱线在532.2 nm出现峰值，荧光强度为305.4；PU质量分数为40%的纱线在532.8 nm出现峰值，荧光强度为322.5；PU质量分数为45%的纱线在531 nm出现峰值，荧光强度为363.1；PU质量分数为50%的纱线在531.6 nm出现峰值，荧光强度为392.5，该PU质量分数下的荧光强度较好。

图1 不同PU质量分数荧光棉纱的荧光效果

图2 不同PU质量分数下荧光棉纱的荧光光谱图

将PU质量分数为30%、35%、40%、45%、50%所对应的荧光光谱中的峰值进行拟合，拟合方程为y=5.138x+130.96（R2=0.965 37），拟合曲线如图3所示。

图3 荧光纱线荧光光谱峰值与PU质量分数的关系曲线

由图3可知，荧光光谱的峰值随着荧光素质量分数的增加而升高。这是由于PU的使用对荧光素的附着起到了一定的积极作用，使荧光素更好地固定在棉纱上，同时也不会影响荧光纱线的荧光效果。

2.2 荧光显微镜观察

荧光素质量分数为0.1%，PU质量分数为40%的荧光显微镜照片如图4所示，从照片中可以直观看到纤维上黄绿色荧光上染效果。

图4 PU质量分数为40%的荧光棉纱显微镜下图像

2.3 纱线力学性能分析

采用单纱强力测试仪分别测试荧光素质量分数为0.1%、PU质量分数为0、30%、35%、40%、45%、50%的断裂强度和断裂伸长率，结果如表1所示。由表1可知，经过PU浸渍后的纱线强度有明显的提升，已上染荧光素而未经PU处理的纱线强度为12.6 cN/tex，经质量分数50%PU处理后的纱线强度高达25.9 cN/tex。

表1 纱线强力测试结果

2.4 纱线耐水洗分析

由于水洗后，任何一组荧光纱线的荧光强度均会出现下降的趋势，所以在荧光素质量分数为0.1%，只选取PU质量分数为30%、40%、50%的荧光纱线，水洗时长设置为5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min，水洗后测试纱线荧光强度。

图5为水洗后纱线的最大荧光强度随水洗时长变化曲线。由图5可知，随着水洗时长的增加，不同PU质量分数的荧光棉纱荧光强度都有所下降，荧光素的含量有不同程度的损失，PU质量分数为50%的这组荧光棉纱在水洗30 min后，其荧光强度仍能保持在225左右，在使用范围内。

图5 不同PU质量分数荧光纱线经不同水洗时长后的荧光强度

3 结论

（1）PU的使用可以增强荧光棉纱的力学性能，随着PU质量分数的增大，荧光棉纱的断裂强度也逐渐增大。

（2）荧光棉纱经水洗后，荧光强度有一定的改变，随着水洗时长的增加，荧光性能有所下降，PU质量分数为50%的荧光纱线水洗后，其荧光强度保持在225左右，在使用范围内。

（3）由于本研究只选取了5组相对适中质量分数梯度的PU，用来探究适用于制备荧光棉纱的较优制备工艺，当PU质量分数50%以上时对荧光棉纱的负载效果以及相应性能的论证仍需进一步研究。而在本研究中，制备荧光棉纱的优化工艺为荧光素质量分数0.1%，PU质量分数50%，此工艺下荧光棉纱的力学性能和耐水洗性能较优。