變色材料的技術(shù)普及文章

1、變色材料的技術(shù)普及文章2009-3-17什么是變色材料？很多人都發(fā)出這樣的疑問(wèn)，變色材料就是會(huì)變色嗎？天??！太不可思意了，怎么變色的？這些驚訝和疑問(wèn)沒(méi)天都在發(fā)生。那么下面我們就來(lái)整理和歸納下什么是變色材料，變色材料都有那些種類和特點(diǎn)：變色材料是指隨著外界環(huán)境條件變化而發(fā)生顏色變化的物質(zhì)。變色材料的應(yīng)用非常廣泛，如儀器的熱敏記錄材料、示溫材料、自顯照相材料等。變色材料在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也很多，如在光信息存儲(chǔ)、非線性光學(xué)材料、軍事偽裝等方面扮演著越來(lái)越重要的角色。近年來(lái)，為了滿足現(xiàn)代人們追求新、奇、特的審美觀念，騰達(dá)印花涂料開(kāi)始將變色材料用于日常生活的服裝、服飾紡織品中，使服裝、服飾在不同的條件

2、下產(chǎn)生特殊的色彩變化，讓人耳目一新；軍事上利用這種色彩變化制造“變色龍”作訓(xùn)服，使之與環(huán)境背景色彩相吻合，達(dá)到偽裝的目的。變色材料的分類1） 光（敏）變色材料、2） 熱（敏）變色材料、3） 電變色材料、4） 濕（敏）變色材料，5） 壓敏變色材料、6） 溶劑致變色材料等， 光（敏）變色材料 早在世紀(jì)年代，人們就發(fā)現(xiàn)了某些固體和液體化合物具有光致變色的性能。光變色（）指在不同的光波誘導(dǎo)下，物種向其異構(gòu)體轉(zhuǎn)化而出現(xiàn)的變色的過(guò)程。物種和具有不同的吸收光譜和能級(jí)結(jié)構(gòu)。撤去光源或者改換另一種光源，再轉(zhuǎn)化成，顏色又回到初始色澤。這是因?yàn)?，化合物在外部光源的刺激下，分子結(jié)構(gòu)或電子能級(jí)發(fā)生變化，形成了吸收光譜不

3、同于的化合物，發(fā)生顏色的改變；而在另一種光源或熱作用下，又返回化合物，顏色又回到初始色澤。由于兩種物質(zhì)間的吸收光譜發(fā)生了變化，當(dāng)該變化處于可見(jiàn)光區(qū)域時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生發(fā)色與消色或一種顏色轉(zhuǎn)變成另一種顏色的可逆變化，即光變色現(xiàn)象。有機(jī)光變色材料種類繁多，反應(yīng)機(jī)理也不盡相同，主要包括： 鍵的斷裂，如螺吡喃、螺噁嗪等； 鍵的均裂，如六苯基雙咪唑等； 電子轉(zhuǎn)移互變異構(gòu)，如水楊醛縮苯胺類化合物等； 順?lè)串悩?gòu)，如偶氮化合物等； 氧化還原反應(yīng)，如稠環(huán)芳香化合物、噻嗪類等； 稠環(huán)化反應(yīng)，如俘精酸酐類、芳基乙烯類等。下面介紹幾種主要的有機(jī)類光致變色化合物。螺吡喃類螺吡喃結(jié)構(gòu)是一類研究得比較多的有機(jī)光變色材料，在紡織品

4、上應(yīng)用的變色染料（顏料）很多屬于這種結(jié)構(gòu)。通常螺吡喃結(jié)構(gòu)上的螺碳原子，在紫外光（）的照射或加熱下，由雜化轉(zhuǎn)變?yōu)殡s化，形成平面開(kāi)環(huán)體，顯示顏色。其變色機(jī)理如下：在紫外光照射下，無(wú)色螺吡喃結(jié)構(gòu)中的鍵斷裂開(kāi)環(huán)，分子局部發(fā)生旋轉(zhuǎn)且與吲哚形成一個(gè)共平面的部花青結(jié)構(gòu)，吸收光譜相應(yīng)紅移而顯色。在可見(jiàn)光或熱的作用下，開(kāi)環(huán)體又能回復(fù)到螺環(huán)結(jié)構(gòu)而消色。螺吡喃類化合物具有優(yōu)良的光變色特性，但也具有耐疲勞性差、信息的保存性不太好、室溫壽命短等缺點(diǎn)，其性能有待進(jìn)一步提高。偶氮苯類偶氮苯類化合物光變色性能良好，并具有超高存儲(chǔ)密度和非破壞性信息讀出等特點(diǎn)。由于含有，形成順?lè)串悩?gòu)結(jié)構(gòu)而引起光變色。光或熱的作用可使順式和反式偶

5、氮苯之間發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而發(fā)生顏色的轉(zhuǎn)化。反式結(jié)構(gòu)一般比順式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。俘精酸酐類俘精酸酐類是芳取代的二亞甲基丁二酸酐類化合物的統(tǒng)稱。其變色機(jī)理為：整個(gè)分子由不共平面的酸酐部分和芳雜環(huán)部分構(gòu)成，雜環(huán)上富含電子，可作為電子給體，對(duì)應(yīng)的酸酐部分為電子受體，分子內(nèi)部形成體系。當(dāng)俘精酸酐受到一定波長(zhǎng)的紫外光照射后，發(fā)生稠環(huán)化反應(yīng)：，成為共軛的有色體，其在可見(jiàn)光的照射下又發(fā)生逆反應(yīng)而順式旋轉(zhuǎn)開(kāi)環(huán)，重新生成無(wú)色體。俘精酸酐具有良好的熱穩(wěn)定性和抗疲勞性，室溫下能循環(huán)萬(wàn)次。光敏變色紡織品主要用于娛樂(lè)服裝、安全服和裝飾品以及防偽制品等。如：騰達(dá)印花涂料將螺呋喃類光敏染料包覆于微膠囊中，用于恤衫的印花。在室內(nèi)或暗處是無(wú)

6、色的，視覺(jué)上沒(méi)有圖案，而在陽(yáng)光下便呈現(xiàn)出五彩繽紛的色彩。熱（敏）變色材料熱致變色（）指物質(zhì)在不同溫度下發(fā)生顏色改變的現(xiàn)象。引起熱致變色的原因有多種，如物質(zhì)在不同溫度下的晶型轉(zhuǎn)變、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變等。熱變色性質(zhì)可分為可逆性和不可逆性兩類。11） 可逆性變色就是當(dāng)材料溫度達(dá)到或超過(guò)變色溫度時(shí)，顏色即發(fā)生變化，而當(dāng)溫度降到變色溫度以下時(shí)，又回復(fù)到原來(lái)的顏色。紡織用變色材料主要是可逆性變色的。2） 不可逆變色則是當(dāng)材料受熱到變色溫度時(shí)，顏色發(fā)生變化后不再隨溫度下降而回復(fù)到原來(lái)的顏色。防偽上主要應(yīng)用不可逆變色材料。液晶類液晶是介于固體和液體之間的一種物質(zhì)形態(tài)。膽甾型液晶的熱敏效應(yīng)特別強(qiáng)，溫度變色靈敏度可達(dá)

7、77;，溫度稍一變化，液晶顏色就作出相應(yīng)的改變。其機(jī)理為：膽甾型液晶具有層狀分子結(jié)構(gòu)，層內(nèi)分子長(zhǎng)軸相互平行，各層分子軸向與鄰層分子軸向都略有偏移，使得液晶分子呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，因而表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)。它對(duì)白光發(fā)生選擇性吸收并反射某些波長(zhǎng)的偏振光，表面反射和透過(guò)兩種不同顏色的光，且顏色會(huì)隨螺旋結(jié)構(gòu)的伸長(zhǎng)或縮短而變化。螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)外界因素（如溫度）非常敏感，它的伸縮隨溫度而變化。因此，膽甾型液晶可在某一溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的變化，在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)進(jìn)行可逆顯色，即：（低溫）紅#黃#綠#紫（高溫）。這種特性可用于紡織品熱變色印花。例如應(yīng)用膽甾型液晶于紡織品或服裝上，隨外界溫度或穿著部位的不同，體溫的變化

8、引起服裝顏色多變，產(chǎn)生了新穎的視覺(jué)效果.另?yè)?jù)報(bào)道，國(guó)外已開(kāi)發(fā)出專用于紡織品印花或染色的熱變色液晶，變色溫度在，變色的溫度寬度可任意調(diào)節(jié)，顏色可連續(xù)變化，反應(yīng)靈敏。用于紡織品印花的液晶主要是膽甾型的酯類化合物，如膽甾醇壬酸酯和膽甾醇油酸酯等。應(yīng)用時(shí)可單用膽甾型液晶，也可將液晶與結(jié)構(gòu)類似的非液晶的化合物混用。液晶類熱敏變色材料的缺點(diǎn)主要在于價(jià)格昂貴。此外，它對(duì)化學(xué)物質(zhì)非常敏感，對(duì)纖維沒(méi)有親和力，容易降低變色效果。這些將使其在紡織品上的應(yīng)用受到一定程度的限制。有機(jī)類熱敏變色材料具有熱致變色性能的三芳甲烷類、螢烷類、螺吡喃類等有機(jī)化合物，這種新型可逆熱變色機(jī)理主要為：組成物中導(dǎo)致變化的可熔性化合物隨著

9、溫度變化而熔化或凝固的同時(shí)，由于介質(zhì)的酸堿變化或受熱引起分子結(jié)構(gòu)變化，從而產(chǎn)生物質(zhì)可逆而迅速的變色，變色的關(guān)鍵是體系中的一個(gè)碳原子由雜化態(tài)轉(zhuǎn)為雜化態(tài)，使原先被隔開(kāi)的體系轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾拇篌w系使化合物從無(wú)色變?yōu)橛猩?。有機(jī)類熱敏變色材料也有缺點(diǎn)，如有些變色不明顯，有些牢度不夠理想。此外，它們的變色靈敏性也不如液晶，變色的溫度寬度一般不大。但其最大優(yōu)點(diǎn)是材料易得，加工難度相對(duì)較小，所以用于一些要求不高的熱變色印花。2006年，東莞騰達(dá)印花涂料公司開(kāi)發(fā)了一種感溫變色竹纖維。根據(jù)不同的用途可以選擇不同的溫度變化范圍，如襯衫溫度為208、變色織物在防護(hù)服裝方面也有自己的獨(dú)到之處，膽甾型液晶有根據(jù)氣體的成分不同

10、及濃度高低而改變其顏色的性質(zhì)，而且變色反應(yīng)極靈敏，用這種液晶處理的織物制成的防護(hù)服可以從顏色的變化上判斷作業(yè)環(huán)境中有害氣體的成分及濃度，保證作業(yè)人員的安全。電致變色材料電致變色（）是指物質(zhì)在電化學(xué)的作用下發(fā)生顏色改變的現(xiàn)象。電致變色材料一般是由多層的原電池膜組成，這些膜在不變色的狀態(tài)下應(yīng)是透明的，并且變色是可逆的。當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，電致變色膜產(chǎn)生顏色，變色的深度可由通過(guò)的電流大小來(lái)控制，而且在切斷電流后仍保持原來(lái)的顏色不變。要想使之褪色，只要加上反向電流即可。聚吡咯（O）可從乙腈溶液中電化學(xué)聚合而得，雙極化子是其穩(wěn)定的載流子，其變色反應(yīng)由無(wú)摻雜時(shí)的黃綠色轉(zhuǎn)變?yōu)閾诫s時(shí)的藍(lán)紫色。濕敏變色材料顏色因水

11、的潤(rùn)濕而變化的材料稱為濕敏變色材料。由鈷鹽制成的無(wú)機(jī)涂料含六結(jié)晶水的氯化鈷配合物，加熱失去部分水分后變?yōu)槎Y(jié)晶水氯化鈷，配合物的幾何形狀和配位體數(shù)目發(fā)生變化，引起吸收光譜（顏色）變化，這種無(wú)機(jī)涂料的使用方法和普通涂料一樣，與膠粘劑混合后用于紡織品的印花加工。騰達(dá)印花涂料的遇水變色漿在干燥時(shí)為白色，潤(rùn)濕后則顯透明感而花形消失。如果用于毛巾、浴巾、手帕、泳裝沙灘服等的印花，干燥時(shí)為白色，潤(rùn)濕后顯示各種顏色，獲得別致的印花圖案。變色材料在紡織品中的應(yīng)用變色材料在紡織品中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在變色纖維、變色染料兩個(gè)方面。變色纖維所謂變色纖維是一種具有特殊組成或結(jié)構(gòu)的、在受到光、熱、水分或輻射等外界條件刺激

12、后可以自動(dòng)改變顏色的纖維。變色纖維目前主要品種有光變色和溫變色兩種。按生產(chǎn)工藝不同，變色纖維的制造技術(shù)主要包括溶液紡絲法、熔融紡絲法、后整理法以及接枝聚合法。溶液紡絲法與常規(guī)溶液紡絲法相近，但要在成纖的紡絲液中加入具有可逆變色功能的染料和防止染料轉(zhuǎn)移的試劑即將變色化合物和防止其轉(zhuǎn)移的試劑直接添加到紡絲液中進(jìn)行紡絲。如由丙烯睛苯乙烯氯乙烯共聚物和變色類化合物組成的紡絲液在水浴中凝固成纖，經(jīng)水洗得到光致變色纖維。該纖維在無(wú)陽(yáng)光條件下不顯色，在陽(yáng)光或紫外線照射下顯深綠色，可用于制作服裝、窗簾、地毯和玩具等。熔融紡絲法熔融紡絲法又分為聚合法、共混紡絲法、皮芯復(fù)合紡絲法三種。聚合法將變色基團(tuán)引入聚合物中

13、，再將聚合物紡成纖維。如合成含硫衍生物的聚合體，然后紡成纖維，它能在可見(jiàn)光下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在光照和濕度變化時(shí)顏色由青色變?yōu)闊o(wú)色。共混紡絲法將變色聚合物與聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物熔融共混紡絲?；虬炎兩衔锓稚⒃谀芎统榻z高聚物混融的樹脂載體中制成色母粒，再混入聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物中熔融紡絲。例如，原中國(guó)紡織大學(xué)采用該法制得兩種性能較佳的光敏變色聚丙烯纖維。一種為光敏劑和聚丙烯切片共混紡絲，所得纖維經(jīng)陽(yáng)光照射后會(huì)由白色變?yōu)樗{(lán)色；另一種由光敏劑、聚丙烯切片和黃色色母粒共混紡絲，所得纖維陽(yáng)光照射后由黃色變?yōu)榫G色。該法雖然簡(jiǎn)便易行，但對(duì)光致變色化合物的要求很高（如耐高溫等），因此其應(yīng)用受

14、到一定限制。皮芯復(fù)合紡絲法皮芯復(fù)合紡絲法是生產(chǎn)變色纖維的主要技術(shù)。它以含有光敏劑的組分為芯，以普通纖維為皮組分，共熔紡絲得到光敏變色皮芯復(fù)合纖維。芯組分一般為熔點(diǎn)不高于、含變色劑的熱塑性樹脂。變色粒子的尺寸為，耐熱性（后無(wú)顏色變化）；皮組分為熔點(diǎn)的熱塑性樹脂，起到維持纖維力學(xué)性能的作用。日本的可樂(lè)麗和帝人公司就此項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了多項(xiàng)專利.由這種光致變色復(fù)合纖維制成的布料無(wú)論是在手感、耐洗性方面，還是在耐光性、發(fā)色效果等方面都得到了很大提高。后整理法以及接枝聚合法后整理法是在纖維表面進(jìn)行涂層或聚合的方法。日本三井公司將熱敏變色的微膠囊的氯乙烯聚合物溶液涂于合成纖維表面，烘干，溶液轉(zhuǎn)為凝膠狀，制成熱致

15、變色纖維。后整理技術(shù)既可以用于纖維，也可以用于紗線或織物。它的做法是用有螺吡喃的苯乙烯或乙酸乙烯酯單體的溶液浸漬紡織材料，然后單體在纖維內(nèi)聚合，得到光致變色纖維。接枝聚合法主要采用接枝聚合技術(shù)使纖維具有變色性能。例如，將纖維或織物用含螺吡喃衍生物的單體浸漬，單體（一般為苯乙烯或醋酸乙烯）在纖維內(nèi)進(jìn)行聚合，使纖維具有光致變色性。如絲織物在下于上述的溶液中聚合，可保持光致變色性個(gè)月以上，用于制作服裝、傘、衣飾等會(huì)顯出特殊的迷人效果。接枝聚合技術(shù)對(duì)變色材料的要求較低。它不經(jīng)過(guò)紡絲過(guò)程，而且變色材料的分解溫度可低于紡絲溫度。由于在紡絲后引入變色化合物，故對(duì)紡絲工藝沒(méi)有影響，也不影響纖維的力學(xué)性能。該法

16、操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，是一種較易推廣的變色纖維生產(chǎn)技術(shù)。由變色纖維直接編織的變色紡織品具有手感好、耐洗滌、耐磨性好、變色效果持久等特點(diǎn)。織制的紡織品可以是成件制品，也可以是匹布。變色染料（顏料）在光、熱及其他物理或化學(xué)因素作用下，能可逆地改變顏色的染料（顏料）稱為變色染料（顏料）。變色染料的品種多樣，但并非所有變色染料都可應(yīng)用于紡織品，只有騰達(dá)印花涂料的具有一定牢度的變色染料才能用于紡織品的染色或印花。應(yīng)用于紡織品的變色染料，主要是熱致變色染料、光致變色染料和濕敏變色染料中的一部分，其染色技術(shù)與普通染料基本相同。但由于這些染料本身的摩擦牢度和耐洗滌牢度不夠理想，上個(gè)世紀(jì)年代，人們將微膠囊技術(shù)引

17、入制備紡織品用變色染料，使得變色染料在紡織品中的應(yīng)用獲得質(zhì)的飛躍。所謂微膠囊包封就是將固體或液體的極小顆?；蛞旱?，用聚合物材料的連續(xù)化薄膜包覆的工藝過(guò)程。微膠囊分為核芯和壁膜兩部分。其制備方法大致分為五大類：噴涂方法，如氣懸涂覆蓋等；從溶液中的壁沉積，如共凝聚或相分離；界面反應(yīng)；物理過(guò)程，如環(huán)狀噴射包封；本體固態(tài)化，如噴霧干燥或冷凍。這幾類工藝方法制備的變色材料微膠囊，在紡織品上都有應(yīng)用。最有效的是本體固態(tài)化方法，它所制出的微膠囊直徑為，最低可到，符合公司關(guān)于微膠囊最佳尺寸顆粒的研究。但應(yīng)用報(bào)道最廣、成本也比較低廉的則屬共凝聚方法。共凝聚可分為簡(jiǎn)單共凝聚和復(fù)雜共凝聚。它是以加入其中一種或多種親

18、水性聚合物來(lái)確定的，后者的實(shí)用性較好。通常共凝聚反應(yīng)過(guò)程分為三步：乳化或分散過(guò)程；共凝聚過(guò)程；硬化或固化過(guò)程。所用的核芯材料、壁膜材料在第一步中就加入。核芯材料一般為可變色染料以及一些添加劑（如抗氧化劑）。對(duì)于熱敏染料來(lái)說(shuō)是酸發(fā)色物質(zhì)，如三苯基甲烷苯酞類、酞基無(wú)色亞甲藍(lán)類、二苯基或三苯基甲烷和螺吡喃化合物或（和）膽甾基液晶化合物（如醋酸、壬酸、丙酸和油酸的膽甾酯）等熱致變色化合物。熱致變色的金屬絡(luò)合物和硫代氨基甲酸衍生物因其具有毒性，故一般不用在紡織物上。可用做壁膜材料的是天然或合成聚合物，超過(guò)種，包括明膠、阿拉伯樹脂和藻朊酸鹽以及乙基纖維素類的合成聚合物。所用的硬化劑（固化劑）與壁膜材料有關(guān)

19、，一般包括醛、二酮、環(huán)氧化合劑、酸酐、胺和無(wú)機(jī)鹽，戊二醛是比較好的，在以它做硬化劑時(shí)，用量為，溫度為、攪拌時(shí)間為)，即可得到微膠囊。脫水干燥后，即得微膠囊粉末。微膠囊技術(shù)的應(yīng)用解決了可變色染料容易在空氣中變質(zhì)的困難，為其在變色紡織品上世紀(jì)年代后期的實(shí)用化鋪平了道路。由于變色染料的價(jià)格較高，對(duì)纖維的親和力較小，所以通常應(yīng)用在紡織品的印花產(chǎn)品上。印花加工可以縮小面積，降低成本。印花面積小，可以緩解印花手感偏硬的缺點(diǎn)。例如，騰達(dá)印花涂料的變色漿都可用于熱敏印花。各種變色涂料可單獨(dú)用于印花，也可與普通涂料或其他變色涂料組合應(yīng)用。變色紡織品加工工藝舉例：一般工藝流程：織物準(zhǔn)備印花烘干（690或者自然干燥

20、）（浸軋柔軟劑呢毯整理）檢驗(yàn)包裝。目前染色所用的變色染料還有光譜變色染料，較多的為陽(yáng)離子染料和酸性染料。例如，采用弱酸艷紫(主變色染料）和弱酸嫩黃、，弱酸嫩紅、，中性艷黃，弱酸艷紅、等進(jìn)行拼混，對(duì)純毛毛線進(jìn)行染色。測(cè)試其光譜反射曲線，在其紅波段和藍(lán)波段具有兩個(gè)大的反射峰，這兩個(gè)峰既強(qiáng)化了白熾燈對(duì)紅光的顯色特點(diǎn)，同時(shí)也強(qiáng)化了熒光燈或日光對(duì)藍(lán)綠色的顯色特點(diǎn)，因此產(chǎn)生了顯著的光譜變色效果，所染毛線在熒光燈或日光下為黃綠色，而在白熾燈下為玫瑰紅色。結(jié)束語(yǔ)變色材料在紡織品上的應(yīng)用，受到了紡織領(lǐng)域及相關(guān)的化工領(lǐng)域越來(lái)越多人士的重視，隨著變色染料或變色顏料制造技術(shù)的不斷改進(jìn)，應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，將開(kāi)發(fā)出更多更好滿足人們生活需要、產(chǎn)業(yè)需要、軍事偽裝需要的變色紡織品。因此變色紡織品具有廣闊的應(yīng)用前景。三大流行趨勢(shì)體現(xiàn)水性膠漿新元素神奇變色服裝，這種變色服裝與一般的服裝不同，一