黃變是光、熱、氧、水和化學物質等因素的單一作用或綜合作用下導致材料表面變黃的現象.黃變現象普遍存在于淺色紡織品的生產、儲運和使用過程中,其中酚類物質引起的黃變在錦綸等化纖產品中較為常見,引起這一現象的主要原因為化纖面料或包裝材料在生產加工中使用了含有空間位阻的酚類化合物作為抗氧劑.酚類抗氧劑中丁基苯酚(簡稱BHT)價格便宜,應用最廣泛.BHT可與氮氧化合物發生復雜的化學反應形成黃色醌甲基類化合物.[1]1因此,使用含有BHT的包裝材料,或織物含有BHT時,易導致紡織品發生酚黃變現象.紡織品的酚黃變測試最早為Courtaulds、Marks&Spencer等公司的內部測試方法,隨后被各大國際檢測機構和公司采用,成為貿易驗貨的重要檢測項目.在這些測試方法基礎上,2007年形成了國際標準

ISO 105 X18:2007 Textiles-Tests for color fastness-Part染整助劑 X18:Assessment of the Potential to Phenolic Yellowing of Materials,并指定James H.Heal公司和SDL Atlas公司生產的黃變試紙和控制布為測試標物.[2]該方法僅適用測試由酚類化合物引起的紡織品黃變色牢度,其測試結果并不能反映紡織品由其他原因導致的黃變程度.該方法是以含硝基酚類化合物的試紙提供氮氧基團與織物中的抗氧劑反應,加速模擬織物黃變的過程.目前我國還沒有同類標準出臺.本研究對紡織品酚黃變測試方法ISO 105-X18:2007的內容和影響因素進行了解析.

1試驗

1.1材料及儀器

織物:取具有代表性的部位剪成(100±2)mm×(30±2)mm試樣,紗線或纖維需編織成相同大小的試樣;玻璃片(100±1)mm×(40±1)mm×(3±0.5)mm;烘箱溫度(50±3)℃;耐汗漬色牢度儀,壓力(5±0.1)kg;測試紙(100±2)mm×(75±2)mm,密度(88±7)g/m2,纖維素含量>98%,用<0.1%的2,6-二叔丁基-4-硝基苯酚溶液浸泡,可使控制布黃變≤3級;控制布:(100±2)mm×(30±2)mm白色錦綸,黃變色牢度≤3級;薄膜:不含BHT的聚乙烯薄膜,厚63μm,尺寸≥(400±5)mm×(200±5)mm;評級使用符合ISO 105 A03的沾色灰卡.

1.2操作步驟

每個測試包內用7片玻璃片夾住6片試紙,5塊試樣和1塊控制樣(如圖1).并用不含BHT的聚乙烯薄膜把玻璃片和測試樣密封.

將試紙對折,把每個樣品單獨放在試紙中間,然后用玻璃片夾住.如試樣少于5塊仍要用7片玻璃片;把測試包放在耐汗漬色牢度儀(每個耐汗漬色牢度儀上最多可放3個測試包)上,施加(5±0.1)kg的壓力,放在(50±3)℃的烘箱中保溫16 h±15 min.取出測試包冷卻.

1.3評級

在打開測試包后30 min內評級,染整助劑否則樣品暴露于空氣中可能會褪色;檢查控制布變黃至少達到3級,如果沒達到3級需重新測試;將試驗后試樣和原試樣比較,用ISO 105 A03沾色灰卡評價試樣的酚黃變色牢度等級,也可采用ISO 105 A04方法進行儀器評級.

1.4報告

報告應包括標準號、環境條件和酚黃變色牢度等級及其他必要信息.

2測試方法研究

對該方法研究的主要內容為測試時間、溫度、壓力等.為提高測試結果的精密度,未采用沾色灰卡評級,而是采用儀器測試黃變程度,結果以測試樣與原樣間的CIELAB色差表示.試驗采用了James H.Heal測試標物、SDL Atlas耐汗漬色牢度儀、X-Rite 528/LP型分光密度計D65光源、上海躍進隔水恒溫培養箱,并以James H.Heal控制布為測試樣.

2.1黃變反應過程研究

由圖2可以看出,染整助劑60℃保溫8 h與50℃保溫16h的黃變程度接近,50℃保溫6 h與40℃保溫16 h的黃變程度接近.根據阿累尼烏斯方程,溫度每升高10 K,化學反應速率加快1倍.可見,酚黃變過程符合一般化學反應的時溫關系,酚黃變過程的實質是酚類化合物與氮氧化合物的化學反應過程.酚黃變試驗可通過升高溫度來縮短時間,達到快速測試的目的.

該反應在最初1 h內反應物濃度較高,黃變速度快;反應物濃度降低后,時間與黃變程度逐漸成線性關系.可在圖中線性部分合理選擇試驗時間,不但可以縮短試驗時間,而且更能夠反應真實條件下的黃變程度.但是,實際環境中氮氧化合物極少能夠達到該標準方法中的濃度,因此,在實際的生產、儲運和使用過程中紡織品的黃變程度可能會相對較低.

2.2試驗影響因素分析

標準方法中對壓力和密封作出了明確規定,但通過表1可看出,加壓的主要目的是保證測試紙與樣品緊密接觸,壓力大小對試驗結果影響微小,其色差遠低于人眼誤差.而密封對試驗結果影響顯著,且試驗中還發現無密封試樣呈現出中間顏色深,邊緣顏色淺的不均勻現象.可見無密封條件下反應物揮發,導致反應程度降低,因此密封程度對測試有顯著影響.

標準方法中規定評級要在打開測試包0.5 h內完成,從表1可以看出,測試后試樣在室內環境放置一段時間的確會導致黃變程度褪變,這說明黃變反應在一定程度上可逆,評級應盡量避免這種影響.但是,在通常條件下可逆變化速度較慢,短時間內影響較小,24 h內變化程度低于人眼評級誤差,72 h內褪色程度不大,60 d后樣品有不均勻褪色現象.

2.3酚黃變原因分析

有研究認為,黃變反應物中氮氧化合物可能來源于空氣中的NO2[1]1,而該標準方法中反應物是緊密接觸的.為研究空氣中NO2與試樣的反應,將試樣與測試紙分開放于空氣流通的室內,90d未發生黃變現象;另一試驗將試樣與測試紙放在充氣的密封袋中且相隔10cm,經觀察,60d未發生黃變現象.可見,酚黃變現象并非由自然空氣中極微量的NO2引起,而是源于生產、儲運或使用過程中遇到了含氮氧化合物的試染整助劑劑或材料.

3結論

(1)酚黃變現象不是由自然環境引起,而是由于材料加工中廣泛使用了相關化學物質.

(2)酚黃變過程具有時溫等效性,可通過試驗條件的掌握控制試驗時間和黃變程度.壓力對結果影響微弱,密封程度對結果影響明顯,測試后試樣短時間放置對評級影響較小.因此,在使用相同標物的前提下,該標準方法試驗準確程度的把握主要是溫度、保溫時間和密封性.