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人工汗液在染料光褪色中所起的作用

2016-09-13 11:07 点击:

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纺织品耐光汗复合色牢度,即指纺织品的色泽对其在服用过程中所受人体汗液和日光共同作用影响而保持原有色泽的能力,是目前纺织生态学上的世界难题之一,也是我国近几年纺织品对外贸易中遇到的新壁垒。

染着在织物上的染料在汗液和日光共同作用下会发生不同程度的褪色,给消费者带来了一系列的问题。尤其是在炎热的夏季,人们进行户外运动时往往大量出汗,在日光和汗液的共同作用下染料褪色更为显著,具体表现就是衣物的领子和背部的颜色明显比其他部位浅很多。另外,脱离纺织品的染料及其光褪色反应的副产物会直接接触皮肤,对人体的服用安全性造成严重隐患[32,33]。
事实上,有关染料在光照及汗液复合条件下的褪色问题自上世纪七十年代末就引起了纺织工作者的关注。1978 年 Oe S[33]将汗液纳入染料光致褪色的研究环境,1980 年 Hida M 等人[34]系统的研究了染料的光致褪色情况,尤其是建立了染料在水溶液中褪色反应的动力学模型,同年,日本学者 Kuramoto N 和 Kitao T等人[35,36]开始研究单线态氧在染料光致褪色反应中的系列研究以及其他关于提高染料耐光牢度的后续研究。1986 年,Achwal WB 和 Habbu VG 等[37]系统的研究了酸/碱性汗液和光在涤/棉混纺织物上的活性染料及分散染料光致褪色反应中的作用,提出汗液和光在染料褪色方面由于汗液中组氨酸的催化作用具有协同增效作用,使染料色调显著变化而且随着织物中涤纶组分的增加褪色程度加剧。

1990 年,日本学者 Okada Y 和 Kato T 等[38]采用了日本工业标准 JISL0888 中关于耐光汗复合色牢度的测试方法研究了乙烯砜系列活性染料在纤维素纤维上的褪色情况。1993 年,美国学者 Mishra G 和 Norton M[39]采用顺磁共振光谱测定了光敏化了的染料分子产生的单线态氧的量与汗液酸碱性的关系,得出酸性汗液pH=4.2 时几乎没有单线态氧产生的重要结论。同年,日本学者 Okada Y 等人[40]在原有的基础上具体的讨论了乳酸在乙烯砜型活性染料染纤维素纤维中的作用。1994 年 Okada Y 等[41]采用多种测试方法评价了活性染料的耐光汗复合色牢度,通过比较得出了 ATTS 标准比 JISL0888 更准确的表征牢度的不同。同年,日本学者 Imada K[1]等系统的研究了偶氮类活性染料的耐光汗复合色牢度,指出此类染料在只有光照条件下为光氧化机理,而在光汗复合条件下为光致还原机理。

1996 年,德国学者 Vig A 等[42]采用 EPR 手段研究了活性染料光褪色反应中稳定自由基的形成,结果表明在光褪色反应中偶氮类染料均有稳定自由基生成,蒽醌类和酞菁类染料均没有自由基生成。2003 年,英国学者 Batchelor SN 等[25]通过对一系列棉用活性商品染料的光致褪色机理的研究,指出可见光与紫外光均为引起光褪色的原因,而且对于偶氮类染料可见光为主要影响因素,对酞菁类染料紫外光为主要因素,氧气对可见光反应至关重要,对紫外光则作用不大。2004年,日本学者 Hihara T 和 Okada Y 等[43]基于光化学性质如光氧化性能,光敏化能力以及光还原能力解释了棉纤维上染料在人工汗液中的光褪色反应。染料在光汗条件下的褪色情况之所以复杂,是因为该体系中增加了汗液组分的作用。目前,国际上测试耐光汗复合色牢度常用的标准有 ISO(国际标准化组织)标准、AATCC(美国纺织化学家和染色家协会)标准和 ATTS(纤维制品技术研究会)标准[44]。我国 GB/T14576-93 采用 ISO 标准。不同标准中人工汗液的组份有所差异,直接影响染料耐光汗试验结果。

1998年,日本学者Yasuyo Okada[45,46]发现:汗液逐渐蓄积浓缩后,由于日光等的作用波及到染料结构的特殊部分,与染料发生作用后导致衣料变色。在耐光汗试验中,对染料起作用主要是人体汗液中的有机组分。其中氨基酸组分会对金属络合染料中的金属离子作用,降低染料对光的抵抗力,进而降低其色牢度。因此,近年来棉染色印花产品上的金属络合染料的用量已大为减少。此外,人们还通过研究发现,人工汗液中单有氨基酸组分已不能反映实际情况。IS0(国际标准化组织)、AATCC(美国纺织化学家和染色家协会)和ATTS(日本国内标准)三种人工汗液中除都含有氨基酸外, AATCC和ATTS人工汗液中又都加入了乳酸。值得注意的是,乳酸在ATTS人工汗液中的含量要远远大于其在AATCC中的含量,而ATTS汗液中更独有葡萄糖组分。

到目前来看,人们普遍认为人工汗液在染料光褪色中所起的作用包括:
(1)汗液组成中的 L-组氨酸、DL-天冬酰氨酸等有机物在光照条件下会与铜络合染料中的铜离子作用,造成铜离子脱落,使染料对光的稳定性下降。因此金属络合染料的汗光牢度一般不高。
(2)汗液中的某些组分等具有还原性,在光照作用下,会与染料发生光致还原作用,导致染料的一些发色团破坏。
(3)汗液的预浸渍,使试样饱含水分,这对活性染料染棉的光照褪变色会产生明显的促进作用。据研究,活性染料染棉时,纤维的含湿率对染料的日晒牢度影响明显。若将空气相对湿度从45%提高到80%,活性染料染色织物的日晒褪变色速率可提高到原来的二到三倍。
(4)汗液的酸碱性,在光照条件下,一方面会促进上述反应的发生,另一方面还会造成染料-纤维键的断裂,生成新的浮色。浮色染料的增加,也会降低试样的耐日晒牢度。研究表明,浮色染料的耐日晒牢度低于键合固着的染料。

一般说来,改善染料耐光稳定性的方法主要有两种:一种是对染料结构进行改进,使其能够在消耗光能量的同时尽量降低染料发色体系受到的影响,从而保持原有色泽;第二种方法是在染色过程中或染色后添加合适的助剂,使其在受到光照时先于染料发生光反应,消耗光能量,以此起到保护染料分子的作用,主要的后整理剂有单线态氧捕捉剂和紫外线吸收剂[47-50],此外日本学者还研制出的最新的提高耐光牢度的紫外线吸收剂两性反离子[51]。而实际上,施加助剂对染色后织物进行后整理的方法仅对提高染料耐光牢度比较有效,对抑制染料耐光汗稳定性的效果并不显著。因此近年来,一些知名染料公司从开发新染料结构入手,陆续推出了一些耐光汗牢度好的不含金属络合的活性染料系列,如Zeneca于1998年推出的4只具有良好光汗牢度和耐氯牢度的Procion H-EXL系列染料,即:Emerald,Sappahire,Turquoise及Flavine。1998年住友公司推出的Sumifix Su-pra HF及NF系列,化药公司Kayacion E-LE系列染料,以及Clariant公司的DrimareneCL-C型,耐光汗复合色牢度都可以达到4~5级。


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