具有防红外性能还原染料的探讨

摘要：通过染色织物的近红外反射光谱分析其反射率曲线，筛选具有防红外性能的染料；分析该类染料的结构特点；初步测试影响棉织物染色的因素。

由于红外技术的发展．掌握红外探测优势的一方具有单向透明的优点．使常规的树丛及夜色越来越不起作用．因此红外伪装技术受到世界各国高度重视红外伪装的方法很多，主要有迷彩隐身、隐身烟幕、红外诱饵、热红外隐身网和红外涂层。

近红外侦察是指利用波长为0．76～1．5um近红外辐射的各种特性进行侦察的方法当前军事上通常采用的三种红外传感器有红外摄影(敏感范围0．80．85m)、红外夜视仪(敏感范围0．9～1m)和红外观测眼镜(敏感范围0．7～0．73m)。不难看出，红外伪装重要波段是从0．7m到1．5m，一些资料所称的红外线低反射率就是针对这个波段而言的。

近红外伪装主要是为了消除或减小目标和背景之间近红外反射特性差别，差别越小。伪装性能越好现在发展较好的是涂料伪装，其由于不用过多地考虑被伪装物表面的材质。且工艺较为简单．被广泛地应用到飞机、坦克、舰船等各种军事装备上．可是，对士兵来说，他们的伪装主要靠穿着的服装．这样伪装后的服用性能就成为关键的评价指标对于纺织面料而言，通过涂料实现伪装是比较经济、方便、有效的，这方面国内外研究较多、技术也相对较成熟，但该方法的缺点是由于涂层厚。密度大，涂层后面料的吸湿性、透气性、耐水洗性等都有所下降，所以尝试用染料实现军事目标的迷彩伪装．这方面的研究工作正在展开中．由于涉及军事科技问题．鲜有文献报导

本文选用上海华元实业总公司的还原染料对棉织物进行染色．利用紫外可见近红外分光光度计测试棉织物染色前后的反射光谱．及其摩擦色牢度、耐洗色牢度等性能，并对防伪机理进行分析。

1实验部分

1．1实验材料及仪器

实验材料：85％保险粉、氢氧化钠、氯化钠、平平加O、H0、碳酸钠、中性皂片；市购纯棉府绸(40x40)。

实验仪器：U一4100型紫外可见光近红外分光光度仪(日立公司)：SW一12AII型耐洗色牢度试验机(温州大荣纺织标准仪器厂)；CM一5型AATCCcmckmeter(ATLAS公司)：UV一33l0型紫外可见光光度计(日立公司)；NH一2型电热数显恒温水浴锅(国华电器有限公司)。

染料：还原橄榄绿MW、还原橄榄绿B、还原咔叽2G等．由上海华元实业总公司生产经销，具体名称和结构见表1。

1．2染色方法及工艺

采用隐色体染色法，分甲法(热染法)与乙法(温染法)两种其中除还原蓝RSN用全浴还原法外，均采用干缸还原。具体染色工艺见图1和图2。

染色配方：①甲法：染料X％(0wf)、30％NaOH2 4mL／L、85％保险粉7g／L、太古油4～5滴、浴比1：50。②乙法：染料X％(0．W．f)、30％NaOH1  3mL／L、85％保险粉6g／L、NaC1 18g／L、太古油4～5滴、浴比1：50。

氧化工艺：30％H2O24mL／L，温度55，时间20min。

皂煮工艺：皂片2g／L，Na2CO2g／L，浴比1：30，温度95℃．时间10min。

1．3测试方法

(1)织物反射光谱：采用U-4100紫外可见光近红外分光光度仪测试，波长扫描范围240～2600nm。

(2)耐摩擦色牢度测试：按AATCC8—2001(2004)《耐摩擦色牢度标准》测定。

(3)耐洗色牢度：GB／T39213—1997(相当于ISO105一C03：1989)：纺织品色牢度试验耐洗色牢度试验3。

2结果与讨论

2．1树叶近红外反射光谱

近红外伪装的目的是使目标融合到背景中去．即使目标的近红外反射光谱与背景相一致。而背景非常复杂，通常可分绿色(植物)，黄褐色(沙漠和岩石)和白色(雪)。一般情况下，近红外伪装是指用叶绿素进行伪装．也就是使目标的近红外反射光谱与叶绿素相似为此本文仅对绿色背景进行分析选择测试了12种不同的树叶．这里仅给出梧桐树叶(阔叶林)、松树叶(针叶林)、竹叶、广玉兰叶和芭蕉叶的反射光谱(见图3)，其它树叶的反射光谱与此相似。

由图3可见，植物绿色调的反射率范围很宽：在550～650nm之间反射值骤降，称为叶绿素吸收带：在波长较长的红光与近红外波段，天然植物的光谱反射率上升很快，但不同树叶的反射值大小各有不同为了较好地与背景融合，染色棉布的反射光谱曲线必须最大限度地与绿色植物的反射曲线相符合。

2．2染色添加剂对防红外性能的影响

由于还原染料染色比较复杂．不同的染料所用的染色方法也不同。本文首先考察甲法、乙法对防红外效果的影响，这里的甲法和乙法是指除了不加染料以外，其它的条件，如添加剂(如烧碱、保险粉)和工艺过程等，与常规的染色一样。甲法、乙法处理的布样和未处理的布样经紫外可见近红外分光光度计测试，其结果如图4。

从图4可知．三条曲线基本重合．说明未处理的白棉布与经甲法和乙法处理的布样的反射率曲线基本一致。表明染色添加剂的加入，反射率曲线没有变化．其反射率都比较高．也就是说未加染料的织物是否经过甲法、乙方中添加剂的处理对防红外性能都没有影响。

2．3染料结构对防红外性能的影响

染料结构对红外线的吸收具有很重要的影响．经不同结构染料染色棉织物的反射峰所在位置也不同．以下对不同结构的蒽醌还原染料进行分析，以绿色树叶为参照物。由于染料结构比较复杂，可分靛类和蒽醌两大类，其中蒽醌类还可分为葸酮和蒽醌类现通过咔唑蒽醌类、蒽酮蒽醌类和其他一些蒽醌类三方面来分析。

2.3.1咔唑蒽醌类染料

图5是四种咔唑蒽醌类染料染色棉织物的反射光谱曲线图。由图5可见，经染料还原橄榄R和还原灰M染色．棉织物的反射特性与树叶的反射特性相似．在650~700nm波段反射值陡增，具有树叶相似的反射特性．说明该染色织物具有较好的防红外伪装性能而还原橄榄绿B和还原咔叽2G的反射曲线在600-700nm之间存在与树叶相似的反射谷，且整体反射值较低，对近红外光具有较好的吸收，表明绿B和咔叽2G也具有一定的防红外伪装性能。这是由于这类蒽醌染料特别具有蒽醌一苯并蒽酮一吖啶多环系的骨架结构．对红外线具有很好的吸收性能。

2．3．2蒽酮蒽醌类染料

蒽酮蒽醌类染料结构复杂，有黄蒽酮类、芘蒽酮类、蓝蒽酮类和紫蒽酮类等．现选取上述四类结构中染料各一种．测试其染色棉织物的反射光谱曲线，结果见图6。由图可知，经黄蒽酮类的还原黄G和芘蒽酮类的还原金橙G染色后．棉织物的反射光谱曲线比较相似，但与两树叶的反射特性并不一致．说明该两种染料并不具备防红外伪装性能而紫蒽酮类染料还原艳绿FFB和蓝蒽酮类染料还原蓝RSN在560～800nm波段出现反射谷．与树叶的反射特性相似，具有一定的防红外伪装效果。

2.3．3其他蒽醌类染料

除上述所述染料以外，蒽醌类染料还有很多，现选取其中四种进行分析。图7是其他蒽醌类染料染色棉织物的反射光谱。由图7可见，4B蓝和蓝CLF的曲线相似．基本一致，说明这两种染料属同类结构．且与树叶曲线在680～710nm基本重合，整体曲线较为相似．表明这两种蓝色的染料具备很好的防红外伪装性能而还原橄榄绿MW和还原直接黑RB曲线的反射率在近红外波段较低，虽与树叶有一定的差距．但其对红外线有较好的吸收，这是由于分子中具有含氮、含氧和硫的五元杂环结构，可应用于拼色来获得理想的反射曲线。

2．4染料用量对防红外性能的影响

染料的用量对染色后织物的防红外伪装性能也有一定的影响．现选用不同浓度的还原橄榄MW对棉织物进行染色．结果见图8。

由图8可知．染色棉织物与原布相比．随着染料用量的增加，反射光谱曲线逐渐向右、向下移动，发生红移．且红移量随着用量的增加而逐渐减小．特别是当染料用量大于3％以后．红移量越来越小：当用量为0．5％～2％时下降得较明显．而从3％～6％范罔内．棉织物的反射光谱曲线基本相似。只随染料用量的增加而略微有所下降：6％和7％的两条曲线则基本重合．表明织物的反射光谱会随着染料用量的增加而向下移动．但在一定程度后不再有明显的下降因此．为节约染料．染色时染料用量可选择2％～4％．并不一定非要染及深浓色泽。

2．5染色牢度

测试了经表1所列的21种还原染料染色的棉织物摩擦色牢度(干摩、湿摩)、耐洗色牢度，其结果见表2

由表2可见，除个别染料外，干、湿摩擦色牢度和耐洗色牢度都在4级以上．符合服用需求。

3结论

(1)还原染料染色工艺中添加剂对织物的防红外伪装性能没有影响。

(2)还原染料结构是影响防红外伪装性能的关键，其中具有蒽醌一苯并蒽酮一吖啶多环系的骨架结构；分子中具有含氮、含氧和硫的五元杂环结构的苯蒽酮衍生物：蒽醌衍生物和苯系衍生物．对红外线有很好的吸收，具有防红外性能．且染色牢度佳，符合服用需求。

(3)棉织物经还原染料染色后反射光谱曲线值随着染料浓度的提高而降低．但在一定程度后不再有明显的下降，染色时染料用量可选择2％～4％。