温敏变色纱窗印制的工艺改进研究

张海涛，高 灿，周步光，崔 凯，郭建生

（1.东华大学 纺织学院，上海 201620；2.河北省津武玻璃纤维有限公司，河北 武强 053300）

普通纱窗颜色单调、形式单一。温敏变色材料是一种可以随着温度的变化而改变颜色的材料，在印刷、防伪、医药、涂料、军服、日用品等领域都有广泛的应用[1-6]。温敏变色微胶囊是以温敏变色材料为芯材，以透明性较好的酯类化合物为壳材，通过一定工艺制得的。将其加入调配的印花色浆中印制温敏变色纱窗，可以制得颜色变化可逆的温敏变色纱窗，赋予普通纱窗多彩且可以变化的颜色。

本试验采用丝网印花工艺，利用正交试验探究粘合剂用量、增稠剂用量、烘燥时间和烘燥温度对温敏变色材料印制的图案的得色深浅、干摩擦色牢度、湿摩擦色牢度和耐水洗色牢度的影响。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

材料：F0402/1926 水性聚氨酯粘合剂（深圳市吉田化工有限公司）；增稠剂（淮安永裕化工有限公司）；32℃红色、24℃蓝色温敏变色微胶囊（金华市利进科技有限公司）；白色纱窗（河北省津武玻璃纤维有限公司）。

仪器：电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；Datacolor 850 测色配色仪（德塔颜色商贸有限公司）；染色摩擦牢度仪（南通宏大仪器公司）；耐水洗牢度测试仪（南通宏大仪器公司）；印花丝网板、丝印刮刀（温州灏瑞印刷材料有限公司）；智能数显温控型硅橡胶加热板（江苏晓创新热能科技有限公司）；S-4800 型扫描电子显微镜（日本HITACHI）。

1.2 工艺流程

采用正交试验方法，确定最佳的粘合剂用量、增稠剂用量、烘燥时间和烘燥温度。在最佳的试验条件下制成印花色浆，再通过丝网印花工艺，按所需的图案印在纱窗上，经烘干后，测试印花图案的印制质量和变色特征。

1.3 测试方法

显微结构：用扫描电子显微镜观察温敏变色微胶囊和纱窗的显微结构。

K/S 值：采用测色配色仪，在20℃室温下对温敏变色纱窗进行K/S 测量。

色牢度：参照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》和GB/T 5713—2013《纺织品 色牢度试验 耐水色牢度》进行测定。

变色性能：在D65 光源下，利用智能数显温控型硅橡胶加热板控温加热，每隔1℃拍照记录温敏变色纱窗的变色过程，并利用Photoshop 软件读取HSB 值[7]。

1.4 试验计划

本试验采用100 目丝网版对纱窗进行温敏变色花纹图案的印制。由于纱窗存在较大的网眼，在印花的过程中需利用丝印刮刀在丝网版表面反复刮涂，从而达到双面印花的效果。但要让印花图案双面都能达到良好的上色效果和质量，同时又不能堵塞温敏变色花纹图案处的窗纱网眼，则对印花色浆的质量有较高要求。考虑到影响印花色浆印花质量的因素主要有粘合剂用量、增稠剂用量、烘燥时间和烘燥温度，因此拟采用正交试验的方法对这四种影响因素进行四因素四水平的正交试验，再分别探究不同条件下印花图案的各种性能，分析得出最佳的试验条件，再在最佳试验条件下印制温敏变色花纹图案，并进行温敏变色性能的探究。四因素四水平正交试验表如表1 所示。

表1 四水平四因素正交试验表

2 结果与讨论

2.1 温敏变色微胶囊的显微结构

温敏变色微胶囊的显微结构见图1。

图1 温敏变色微胶囊的扫描电镜照片

由图1 可知，温敏变色微胶囊大都呈现为规则的球体，直径在十几微米到几十微米之间，这种形状和大小的温敏变色微胶囊满足丝网印花的需要。

2.2 正反面K/S 值

烘燥时间分别为7min、8min、9min、10min；烘燥温度分别为70℃、80℃、90℃、100℃；粘合剂用量分别为20%、40%、60%、80%；增稠剂用量分别为4%、5%、6%、7%。进行四因素四水平正交试验后，测试这16 组试验印花图案的印花质量，结果如表2 所示。

表2 十六组正交试验印花图案的印花质量

由于试验中的干摩擦色牢度、湿摩擦色牢度和水洗色牢度均为定性的评级，只有正反面K/S 值为定量的大小比较，所以本正交试验不适合采用方差分析法进行分析讨论。采用极差分析法和观察法分析比较后可知第四组试验组的综合性能最优，其正面K/S 值为11.9760，反面K/S 值为6.1274，干摩擦色牢度可达5级，湿摩擦、水洗色牢度可达4～5 级。

2.3 温敏变色纱窗上的显微结构

温敏变色纱窗上的显微结构如图2 所示。

图2 温敏变色纱窗的扫描电镜照片

由图2 可知，大量的温敏变色微胶囊被粘合剂包覆在内部，只有少数的温敏变色微胶囊裸露在粘合剂的表面。包覆在内部的温敏变色微胶囊由于不与外界直接接触，在实际使用过程中损耗较小，这也是在本试验中所有试验组的耐干、湿摩擦色牢度和耐水洗色牢度等级总体较高的主要原因。

2.4 温敏变色纱窗的变色性能

饱和度S 代表颜色组分在色相中的比率，其测量值为0～100%（充分饱和）[2]，按照前述优选正交试验的最佳试验组第四组的烘燥时间、烘燥温度、粘合剂用量和增稠剂用量，印制32℃红色和24℃蓝色温敏变色纱窗进行变色特征试验。

32℃红色温敏变色纱窗随温度变化过程如图3 所示，饱和度随温度升高的变化情况如图4 所示。

图3 32℃红色温敏变色纱窗温度变化连拍图

图4 32℃红色温敏变色纱窗S 值随温度变化折线图

由图4 可知，32℃红色温敏变色纱窗的S 值在30℃时处于较高水平，为54.4%；当温度升高到31℃时S 值急剧降低，为25.8%；当温度升高至32℃时，S 值再次经历了一次较为显著的下降，为17.6%；随着温度升高到33℃、34℃，S 值仍会降低但趋势明显放缓，分别为13.8%和9%；最后再升高温度至35℃时S 值略有下降，但差值较小，颜色饱和度基本不变，为7.6%。这和图3 所示的32℃红色温敏变色纱窗颜色随温度变化而变化的过程一致，说明32℃红色温敏变色微胶囊的褪色温度在30℃到34℃之间。

24℃蓝色温敏变色纱窗随温度变化过程如图5 所示，饱和度随温度升高的变化情况如图6 所示。

图5 24℃蓝色温敏变色纱窗温度变化连拍图

图6 24℃蓝色温敏变色纱窗S 值随温度变化折线图

由图5 可知，其与32℃红色温敏变色窗纱颜色变化趋势基本一致，都经历了先整体颜色变浅，再局部褪色，最后完全消色的过程。由图6 可知，24℃温敏变色纱窗的S 值在22℃时处于较高水平，为57.4%；当温度升至23℃时S 值略有下降，为46%；当温度升至24℃时S 值急剧降低，为19%；随着温度升高到25℃、26℃，S 值仍会降低但趋势明显放缓，分别为12.8%和5.2%；最后再升高温度至27℃时S 值略有下降，但差值较小，颜色饱和度基本不变，为3.4%。这和图5 所示的颜色变化过程一致，说明24℃蓝色温敏变色微胶囊的褪色温度在22℃到26℃之间。

3 结语

利用扫描电镜观察选用的温敏变色微胶囊的外观形貌，发现温敏变色微胶囊大都呈现为规则的球体状，直径在十几微米到几十微米之间，这种形状和大小的温敏变色微胶囊满足丝网印花的需要；分析得出最佳的试验条件为粘合剂用量80%、增稠剂用量7%、烘燥时间7min、烘燥温度100℃，此时印花图案的各方面综合性能最优：正面K/S 值为11.9760，反面K/S 值为6.1274，耐干摩擦色牢度为5 级，耐湿摩擦色牢度为4～5 级，耐水洗色牢度为4～5 级；包覆在内部的温敏变色微胶囊由于不与外界直接接触，在实际使用过程中损耗较小，这也是在本试验中所有试验组的耐干、湿摩擦色牢度和耐水洗色牢度等级总体较高的主要原因；32℃红色和24℃蓝色温敏变色纱窗随着温度升高都经历了先整体颜色变浅，再局部完全褪色最后整体全部消色的过程，饱和度S 值随温度变化曲线变化趋势基本一致。