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JHGT 2016.01, Vol.23, No.1(60-66) Journal of the Hwa Gang Textile 華岡紡織期刊第二十三卷第一期 ISSN 1025-9678 http://www.jhgt.org.tw/manuscript/pdf/jhgt-23.1(60-66)(2016-01).pdf

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探討彩色精萘染色工藝及色彩品質評估和最佳化市場

需求之耐日光牢度染料 Analysis application on color mothball for dyeing process and color quality and fatness to light

for marketing

吳忠澤 1, 陳文昌 2, 梁添源 2, 廖盛焜 1 Chung-Tse Wu1, Wen-Chang Chen2, Tien-Yuan Liang2, Shen-Kung Liao1

逢甲大學纖維與複合材料研究所 1, 中國鋼鐵股份有限公司新材料研究發展處環工生技與分析技術組 2

Department of Fiber and Composite Materials, Feng Chia University1

Environmental Bioengineering & Chemical Analysis Section, China Steel Corporation 2

Shen-Kung Liao : [email protected]

摘要

彩色精萘(Color mothball) 為日常生活常用之物。近年來銷售據點擴及東南亞、南美等地；由於

這些地區民族習慣的影響，偏好色彩鮮豔、色相豐富，衍生了精萘染色工藝。精萘使用上隨著

光照時間影響，顏色有衰變退色現象，對於銷售市場是不利的。本研究致力於協助中國鋼鐵公

司(China Steel Corporation)精萘生產銷售中所遇到的染色衰變退色問題，探討其使用不同染料

染色，評估光照時間對於精萘色彩品質影響。實驗使用紫外光源測試精萘之色彩變退色，藉由

實驗找出適用於精萘的耐日光性、顏色變褪色差值小的染料；並利用 FT-IR 及 GC/MS分析討

論精萘之成分和探討精萘紫外光照實驗後的結構變化。從研究中確實可找出應用於精萘的日光

牢度佳的染料，其中黃色系以 Janie pigment 1T、紅色系以 C.I. 45430:1、綠色系以 Janie pigment

187 有滿足紡織市場各種應用需求。本研究效益確實使中國鋼鐵公司(China Steel Corporation)

改善精萘商品的色彩品質，使精萘更符合市場之需求並且實際進行生產和銷售。

關鍵詞：彩色精萘、樟腦、色彩品質分析

Abstract

Color mothball is a daily necessity in Southeast Asia and South America. It was used to resist insects,

mothproof and mildew with a special odor. In other words, the odor was thought unpleasant enough to

drive animals away in repellent products. Color mothball have color fastness in use. It is unfavorable

on market. This research analyzed color mothball which was manufactured by China Steel Corporation.

The experiment of color fastness with UV-light test is to determine how much the color will fade, when

it exposed to a known ultraviolet light source. In the last analysis, the experimental data from the

spectrum of FT-IR and GC/MS described all kinds of structure on color mothball after 80 hours

phototherapy treatment as shown in the content. This research reveals that color mothball can have

better appearance and greater performance, to meet the requirements for textile market and various

applications. This research have benefits of greater color quality for color mothball which was

manufactured by China Steel Corporation. In addition, color mothball have Production and sales.

Keyword：Color Mothball , Color Quality Analysis , Camphor

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Journal of the Hwa Gang Textile 2016.02, Vol.23, No.01

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前言

樟腦為無色透明或白色結晶塊狀或粉末狀物質，

從樟樹枝葉中提煉而出的芳香味有機化合物，稱之

為萘丸或樟腦丸又被稱為臭株，分子式 C10H16O，易

溶於氯仿、乙醚、乙醇、丙酮中，在常溫下昇華，點

火易燃燒產生大量黑煙及有光的火焰，十七、十八世

紀亦被大量用來作為炸藥使用。表 1 為樟腦之性質。

精萘(refined naphthalene)因會散發出一種特殊

氣味，蛀蟲害怕這種氣味，可用於防蟲、防蛀、防黴，

種子可榨油臘、樟腦油，有強心劑、解熱及殺蟲劑功

效。精萘作為日常生活中常見用品，消費對象主要為

歐美為主，多是工業發達、人口密集國家，但近年來

由於經濟等因素漸漸銷往亞洲東南亞如馬來西亞、

新加坡、印度尼西亞等國，然而精萘丸相對於其白色

球狀外觀我們雖已經習以為常，但對於這些國家因

其既有之人文傳統特色，消費傾向偏好彩色且同時

附有香味的萘丸能被當地所接受，而目前以日本製

造同時添加香精的染色精萘是品質最佳的。

本研究分別準備了由 C 公司及 N 公司製作的不

同精萘，分別以 8 種染料搭配 3 種香精，共 48 種配

方；實驗皆用紫外光照測試，判斷其顏色對於照光後

之變化，藉由實驗找出較佳的一支染料能夠同時適

用於 C 公司以 N 公司製作之精萘，且不會因為香精

不同而有差異化，以符合市場需求能夠量產。

實驗對於耐紫外光照測試，主要針對表觀濃度

值(K/S)、色彩品質評估(CIE Lab＆CIE Lch)分別去做

探討，並透過 GC/MS、FT-IR 分析，從中尋找一支染

料對於照光前後變褪色差異化最小者，透過此實驗

找出適合之染料來染色精萘，無論 C 或 N 公司製造

並外銷至日照充足且因多雨氣候使用精萘機會多的

東南亞國家是相對有利，進而使精萘染色工業化大

量製造或者商業化銷售期待心理都有效果[2,6-7]。

表 1 樟腦之各類性質

性質數據

相對分子量 152.24

溶點 179.8 oC

沸點 204 .2 oC

密度 0.990 g/cm3

折射率 1.546

理論

表觀濃度(K/S)值測定原理

可見光線之波長域(380-700 nm)，意指透過人類

肉眼即可辨別。當光照射不透明物體時，一部分從其

表面反射，一部分在物體內部擴散反射，其餘被物體

內部吸收，而眼睛接受到的則為反射光，其互補色波

長則全吸收，如圖 1。例如：吸收可見波長域之短波

長側之紫光線時，物質會呈黃色，而在吸收長波長域

之紅光線時，則呈現綠色。如果可見光線整個波長領

域完全被吸收，則物體呈黑色。反之，整個波長領域

如被均一的反射，則呈現白色。

當入射光照射於不透明有色物質時，除少量鏡

面反射外，大部分光線進入纖維內部，發生光的吸收

與散射，於織物的反射率測試中，吸收光的物質主要

是染料，染料濃度越高時，吸收強度越大，反射強度

越小[1,3-4]，如圖 2。染料濃度與反射率之間存在關

係式，此關係式為：

K

S =

(1−R)2

2R (1)

入射光線 I，對厚度為 dx 之物體產生部分散射

(I*S*dx)，部分被透射為[I*(1-S-K)*dx]，其中 S 為散

射係數，K 為吸收係數，R 為最大吸收波長之反射率。

圖 1 有色物質反射光譜曲線

圖 2 物理吸收和散色關係圖


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CIE 測色系統

此系統是根據理論與實驗認為所有色彩都可以

由色光三原色混合而成。色光三原色是紅、綠、藍，

為光的原刺激，及利用紅、綠、藍三色光可混合所想

要色彩的色光。CIE 系統色的刺激與色彩感覺是由光

源、物體、觀測者三要素合併而成。1931 年 CIE 推

薦標準光源為 A、B、C，由於螢光白劑使用，因此

需要特定照明體，所以在 1965 年推薦 300~800 nm

間的照明體，光譜能量分佈相似日光，來彌補光源 A、

B、C 之缺點。其中最重要的照明體是 D65，其色溫

度是 6500K。選用光波長 700 nm 的紅光(r)，546 nm

的綠光(g)，436 nm 的藍光(b)作為色光三原色，來與

任一種測試色光對色，調節三原色光的強度(光量)就

可以調出混合色光與測試色光照在白螢幕上是同等

色。因此三原色光的數量就是三個數據，表示測試色，

被稱為色的三刺激值。然而混合色光的光譜能量分

佈通常是不同於測試色光的光譜能量分佈，因此會

造成光源不同的色變現象，如圖 3[3,5]。

圖 3. CIE 1976-L*, a*, b*對等型空間

L*:明度(Lightness) (0 表示暗或黑；100 表示亮或白)

a*:紅綠度(正值為紅色，負值為綠色)

b*:黃藍度(正值為黃色，負值為藍色)

H:色相角(Hue)

C:彩度(Chroma)

氣相層析-質譜儀分析

氣相層析－質譜儀(GC/MS)其一為氣相層析儀

(GC)，是將混合物分離為純物質的設備。氣相層析的

原理是利用各種成分在一種固定的液相及一種流動

的氣相中，分配率的不同，而達到分離的效果。靜止

的液相通常是塗抹在固體的支持物上，將待測樣品

注射入氣體流，各成份以不同流速通過塗有液體的

支持物，由於各成分蒸汽壓不同，與液體產生的作也

不同，所以離開管柱的時間也不一樣，亦即樣品滯留

時間不同，而達到分離混和物之效果，應用上適合高

揮發性化合物、樣品沸點不宜太高、分子量小於 500

amu 且具熱穩定性之待側物，可對於液相、氣相之樣

品作定性即定量分析。

將氣相層析儀的裝置連接質譜儀(MS)，則分離

出的各成分便可測定出其分子量和結構。因為在質

譜儀的系統中，將層析出之成分再游離室中使離子

化形成帶電體後，樣品受電子照射，於是化合物即產

生裂訊、游離，帶正電荷的碎片或離子，再使其通過

校正過的電場或磁場轉彎，即根據其質量電荷比(m/z)

加以分離質譜，經偵測器將訊號擴大，由訊號處理彙

整可得其斷裂離子之質量即相對強對，其為質譜圖。

圖 4 氣相層析-質譜儀(GC/MS)流程圖

實驗

本研究準備了中碳公司及新日鐵公司製作的精

萘，皆以 8 種染料對精萘染色，同時搭配三種香精共

48 種組合，染料及香精的選擇皆是選用市場所需求

的。在標準測試下分別進行紫外光照射 80 小時，於

照光前後進行表觀濃度測試、色彩品質評估、氣相層

析質譜儀分析、傅立葉轉換紅外線光譜分析。

實驗材料

A. 精萘：中碳公司(以C公司表示)及新日鐵公司

精萘(以N公司表示)。

B. 香精：太陽花(sunflower)、野薑花(ginger

lily)、薰衣草(lavender)

三種香精使用廣用試紙測試酸鹼值，香精原液

經廣用試紙測試，顏色呈淡黃綠色，顯現酸鹼

值為弱酸性，經檢測得知太陽花香精pH值為

6.02、野薑花香精pH值為4.86、薰衣草香精pH

值為5.17。


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C. 染顏料：(黃色係4支、紅色係2支、綠色係2支

永光鋁麗基染料食用黃色4號(C16H9N4O9S3Na3,

Tartrazine Aliminum Lake, 實驗以C.I 19140:1註記)

永光鋁麗基染料食用黃色5號(C16H10N2O7S2Na2,

Sunset Yellow FCF Aluminum Lake, 實驗以C.I

15985:1註記)

永光鋁麗基染料食用紅色40號(C18H14N2O8S2Na2,

Allura Red AC Aluminum Lake, 實驗以C.I 16035:1

註記)

永光鋁麗基染料食用紅色7號(C20H5I4Na2O5,

Erythrosine Aluminum Lake, 實驗以C.I 45430:1註

記)

Janie Pigment Yellow BP-112-1T

Janie Pigment Yellow BP-1108

Janie Pigment Green BP-187

實驗儀器

A. 分光光度儀儀(Datacolor SF600X)

B. 紫外光照射測射機

C. 電子天平(A&D CO.LTD )

D. 氣相層析質譜儀(GC/MS)

E. 傅立葉轉換紅外線光譜儀(FT-IR)

實驗流程

1. 精萘製作工藝流程

2. 實驗測試討論流程

結果與討論

表觀濃度測試評估

表 2 及表 3 分別表示 C 公司及 N 公司之精萘經

紫外光照後之表觀濃度值(K/S)。C 公司及 N 公司皆

使用 8 種染料(黃色系四種、紅色系兩種、綠色系兩

種)及 3 種香精(太陽花、野薑花、薰衣草)。圖 3 表示

精萘光照前後 K/S。從實驗可發現精萘經光照實驗後

K/S 值會變大，代表顏色更暗沉，認為此現象的發生

是因為精萘經過照光實驗後，其主成分的萘

(naphthalene)的揮發導致染料其在整體單位中增加，

使顏色加深有更暗沉的現象。

從圖5△K/S實驗數據中可發現無論C公司或N

公司精萘之K/S值變化有存在著規律，精萘在黃色

系中使用Janie pigment 1T染料搭配太陽花香精、紅

色系中C.I 45430:1染料搭配野薑花香精、綠色系中

Janie pigment 187染料搭配薰衣草香精具有較好的變

褪色值。

表 2. C 公司精萘照光前後表觀濃度值(K/S)

表 3. N 公司精萘照光前後表觀濃度值(K/S)


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圖 5. C 及 N 公司之精萘經紫外光照前後△K/S (a)黃

色系 (b)紅色系 (c)綠色系

色彩品質評估

從上述表觀濃度測試評估中，選用黃色系 Janie

pigment 1T 染料、紅色系 C.I 45430:1 染料、綠色系

Janie pigment 187 染料為代表進行色彩品質評估(CIE

Lab＆CIE Lch)。圖 6 表示 C 公司及 N 公司使用上述

三種染料搭配不同香精得精萘經過紫外光照實驗前

後的△a*、△b*和△c*值。從實驗數據可發現無論 C

公司或 N 公司的 L*、b*和 c*值使用相同染料和香精

有相同的規律。例如使用 Janie pigment 1T 搭配太陽

花香精、C.I 45430:1 搭配野薑花香精、Janie pigment

187 搭配薰衣草香精有較好的變退色值，此特色與前

項表觀濃度測試評估相符合。

圖 6. C 及 N 公司之精萘經紫外光照前後△a*、△b*

和△c*值 (a) Janie pigment 1T 染料 (b) C.I

45430:1 染料 (c) Janie pigment 187 染料

香精 FT-IR 結構分析

圖 7 為本研究中 C 及 N 公司精萘所使用的三種

香精(太陽花、野薑花、薰衣草)的 FT-IR 分析光譜。

可以發現在三種香精在波長 3400~3200 cm-1 有 O-H

的伸縮振動、波長 1685~1660 cm-1 有 C=O 的剪切振

動、波長 1410~1310 cm-1 有 C-O 的伸縮振動、波長

1350~1140 cm-1 有 C-F 的特徵峰存在；表 4 表示各種

FT-IR 的特徵峰整理表。

圖 7. 精萘所使用三種香精之 FT-IR 光譜圖 (1)野薑

花 (2)薰衣草 (3)太陽花


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表 4 FT-IR 光譜圖分析上述三種香精之官能基整理表

精萘紫外光照實驗前後 GC/MS 分析

圖 8 表示未經紫外光照前 C 公司及 N 公司的精

萘的 GC/MS 圖。表 5 為從 GC/MS 圖中整理的精萘

成分表，由此可知，雖然 C 公司精萘純度優於 N 公

司，但其中所含 indene、quinoline 和 iso-quinoline 等

雜質較多，而這些成分是沒有出現在 N 公司中的，

這些成分大都含有氮(N)化學官能基，屬於鹼性(Base)

物質，證實上述物質經日曬後會促使 C 公司精萘明

顯變色；而 N 公司具有較高成分比例的 thianaphthene。

從圖 8 可以發現在滯留時間 7.438 min 有 indene 的成

份、在 8.841 min 有 indole 成份，且 C 公司的 color

mothball 有較多的 indene 和 indole。從分析以及後續

討論認為精萘的變退色性與萘(naphthalene)的純度

有相當的關係，當萘的純度越高其較能受到日光照

射而不褪色。

除此之外，精萘經過紫外光照實驗後，發現會在

表面產生黑色物質。圖 9 為將精萘表面黑色物質取

出，使用 GC/MS 分析，發現會有新的結構物質產生，

認為黑色物質產生的原因，是因為精萘於高能量紫

外光照下造成香精或染料結構成份改變所造成。表 6

為由 GC/MS 圖譜整理出黑色物質結構和特性，判斷

這些黑色物質揮發物有可能會造成環境污染以及不

利於人類健康，其產生原因也與萘(naphthalene)的純

度有相當關係，當萘(naphthalene)的純度越高其黑色

物質產生變較少。

圖 8 精萘未經紫外光照實驗前 GC/MS 分析 (a)C 公

司 (b)N 公司

表 5 C 及 N 公司精萘初始成份分析表

圖 9 紫外光照後精萘表面黑色物質之 GC/MS 分析表


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表 6 紫外光照實驗後精萘表面黑色物質成份表

結論

1. 從研究中發現精萘經過紫外光照實驗 80 hr後色

相會變為暗沉，這是因為精萘中揮發性氣體隨

時間揮發，進而導致染料其在整體精萘單位體

積中增加的緣故，因此 K/S 值上升。

2. 從 GC/MS 分析可以得到 C 和 N 公司精萘的成

份，發現 C 公司精萘含有 indole、iso-quinoline

和 quinoline 等副成份，萘(naphthalene)純度沒有

N 公司高，判斷其是造成精萘變褪色較為嚴重

原因。

3. 精萘經紫外光照實驗發現其表面有黑色物質，

我們推測是因為精萘中的染料和香精經過較高

能量紫外光照後所產生的變質。

4. 從 FT-IR 分析三種香精(太陽花、野薑花、薰衣

草)可以發現其皆含有羧基結構、長鏈烷基等官

能基團。

5. 經過表觀濃度分析以及色彩品質評估，認為精

萘針對黃色系使用 Janie pigment 1T 染料搭配太

陽花香精，紅色系使用 C.I 45430:1 染料搭配野

薑花香精，綠色系使用 Janie pigment 187 染料搭

配薰衣草香精有較佳的變褪色，能夠符合市場

需求。

6. 本研究確實使廠商改善精萘原有商品的色彩品

質，協助廠商順利切入彩色精萘市場，並且實際

進行生產和銷售。

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