新型功能材料-變色材料在紡織品中的應用

1、新型功能材料變色材料在紡織品中的應用新型功能材料變色材料在紡織品中的應用傳統紡織品的色澤是靜態(tài)的，即紡織品經印花或染色后，織物便呈現一種不變的色澤或者花型。變色纖維材料借助于現代高新技術，使紡織品的顏色或者花型隨著光照的變化、溫度的變化、干濕的變化而呈現出由常規(guī)的靜態(tài)變?yōu)榧僭O隱假設現的動態(tài)效果?？蓮V泛應用于T恤衫、褲子、游泳衣、休閑運動服、工作服、兒童服裝、窗簾、墻布、玩具等行業(yè)。在軍事上可作為軍事假裝和某些功能性測試；在防偽領域可作為防偽材料廣泛應用于票據、證件、商標等。1變色材料種類及變色機理變色材料按其受外界因素影響導致材料變色分類，主要分為：光敏變色材料，熱敏變色材料，電致變色材料，濕

2、敏變色材料，以及一些特殊的變色材料，如壓致變色材料、溶劑致變色材料等。目前在紡織品加工上應用最多、工藝最為成熟的是熱敏變色，其次是光敏變色，濕敏變色用于紡織品加工的報道不多，至于壓敏和導電變色材料那么一般不用于紡織品加工。1.1光敏變色材料物質顏色隨照射光而變化的性能稱為光敏變色性或光致變色性，簡稱光變色性。光敏變色材料是一種能在紫外線或者可見光的照射下發(fā)生變色、光線消失后又可以逆變到原來顏色的功能性染料。1876年，eer首先報道二硝基甲烷的鉀鹽溶液經光照后會發(fā)生顏色變化；1899年，arkald又觀察到1，4-二氫-2，3，4，4-四氯奈-1-酮具有類似現象，他把這種現象稱之為光敏變色性。

3、光敏變色材料主要有氯化銀、溴化銀、二苯乙烯類、螺環(huán)類、降冰片二烯類、俘精酸酐類、三苯甲烷類衍生物、水楊酸苯胺類化合物等。目前光敏變色材料已開展到有四個根本色：紫色、黃色、藍色、紅色，這四種光變材料其初始構造均為閉環(huán)型，即印在織物上沒有色澤，當在紫外線照射下才變成紫色、黃色、藍色、紅色。也可以和一般色染料拼混一起使用。例如用光敏染料紅與涂料藍拼混后印花，織物外表呈現藍色，在紫外線照射下那么變成藍紫色。但這種與色涂料拼混印花的變色印花必須事先經打樣試驗，因為有些極性較強的色涂料會把光變染料開環(huán)后的構造穩(wěn)定住，不再可逆。有機光致變色材料種類繁多，反響機理也不盡一樣，主要包括：1鍵的斷裂，如螺吡喃、螺

4、嗪等；2鍵的均裂，如六苯基雙咪唑等；3電子轉移互變異構，如水楊醛縮苯胺類化合物等；4順反異構，如偶氮化合物等；5氧化復原反響，如稠環(huán)芳香化合物、噻嗪類等；6稠環(huán)化反響，如俘精酸酐類、芳基乙烯類等。1.2熱敏變色材料熱敏變色材料是指具有熱致變色性能的材料。熱致變色性，即某些物質可在特定環(huán)境溫度下由于構造變化而發(fā)生顏色變化，也稱熱變色性或熱敏變色性。熱敏變色材料之所以可以變色是由于變色體能引起內部構造的變化，從而導致顏色的改變，當溫度降低時，顏色又復原。相對于光敏染料，國內外對熱敏染料的研究要多得多，尤其是在應用于紡織品印花方面，獲得了一定的成果，已有一系列的熱敏印花產品問世。如日本松井色素化學工

5、業(yè)株式會社消費的T系列以及我國消費的RT系列就屬于熱敏變色產品。據稱，用此種變色涂料印制織物，可使織物在服用過程中，隨季節(jié)不同、地區(qū)不同，早、中、晚，室內室外溫度不同而呈現多變的色彩，假如印上大自然的圖案，還有保護大自然的象征。因此被稱為是服裝的偉大變革。目前可以消費變色涂料并掌握加工技術的主要是英國、日本等以及我國的臺灣地區(qū)。熱敏變色染料種類有無機類、液晶類、有機類之分。1.2.1無機類熱敏變色材料無機類熱敏變色材料主要為過渡金屬化合物。具有代表性的化合物為碘化汞的復鹽，如u2HgI4和Ag2HgI4，分別在70.6從紅色變?yōu)楹谏?0.7從黃色變?yōu)榧t色，這是由于特殊溫度下它們發(fā)生相變引起的

6、。許多過渡金屬化合物的水溶液也發(fā)生熱變色，如l2溶液在25為粉紅色，加熱到75時變?yōu)榘邓{色，這是由于配位體幾何形狀變化或脫水引起的。無機類熱敏變色材料可以是單一的化合物，也可以是由多種組分組成的混合物，適當改變配比還能調節(jié)變色的溫度。1.2.2液晶類熱敏變色材料膽甾型液晶具有層狀分子構造，層內分子長軸互相平行，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構造，因此表現出獨特的光學性質。它對白光發(fā)生選擇性吸收并反射某些波長的偏振光，外表反射和透過兩種不同顏色的光，且顏色會隨螺旋構造的伸長或縮短而變化。螺旋構造對外界因素如溫度非常敏感，它的伸縮隨溫度而變化。因此，膽甾型可在某一溫度范

7、圍內，隨著溫度的變化，在整個可見光范圍內進展可逆顯色。1.2.3有機類熱敏變色材料具有熱敏變色性的有機化合物數量較多，可分為三芳甲烷類、熒烷類、螺吡喃類等。它們大多由于介質的酸堿變化而引起分子構造變化，從而產生顏色的變化。也有受熱產生構造變化的。該類材料的變色關鍵在于體系中一個碳原子由sp3雜化態(tài)轉為sp2雜化態(tài)，原先被隔開的體系轉變?yōu)橥旰玫拇篌w系，吸收光譜紅移，從而使化合物從無色變?yōu)橛猩?.3濕敏變色材料隨濕度的變化而變化的材料叫做濕敏變色材料。變色的主要原因是空氣中的濕度可以導致染料本身構造變化，從而對日光中可見光局部的吸收光譜發(fā)生改變，同時環(huán)境濕度對變色體的變色有一定的催化作用。濕敏變

8、色染料主要應用于紡織品的印花加工，該類變色印花漿主要成分是變色鈷復鹽，通常為一種無機變色涂料。應用時通過參加特定的與之相配的粘合劑及增稠劑，通過粘合劑將變色體結實地粘附于織物上。為了使變色靈敏，即變色體容易捕獲周圍的水分子，以及在外界條件變化如溫度升高時也很容易釋放其捕獲的水分子，因此需要參加一定的敏化劑以幫助變色體完成這一過程。同時還參加了一定的增色體，以進步變色織物色澤的鮮艷度。日本大日精化工業(yè)公司消費的SEilkaduellur在枯燥時為白色，潤濕后顯色并具有可逆性；日本御國色素公司消費的SAediu9208在枯燥時為白色，潤濕后那么顯透明感而花型消失。假如將印花色漿中變色涂料巧妙結合，

9、用于毛巾、浴巾、手帕泳裝、沙灘服等的印花，枯燥時為白色，潤濕后顯示各種顏色，獲得別致的印花圖案。2變色材料的制造技術在紡織品領域，變色材料的制造技術主要包括變色纖維和變色染料兩局部。2.1變色纖維的制造技術變色纖維是一種具有特殊組成或構造的，在受到光、熱、水分或輻射等外界條件刺激后可以自動改變顏色的纖維。與印花和染色技術相比，變色纖維技術開發(fā)稍晚。但隨著功能織物的興起，這種技術吸引了日本諸多大公司的關注，研發(fā)專利不斷出現。纖維技術有著明顯的優(yōu)點，它制成的織物具有手感好、耐洗滌性好，且變色效果較持久等特點。按消費工藝不同，變色纖維的制造技術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。

10、1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參加具有可逆變色功能的染料和防止染料轉移的試劑，即將變色化合物和防止其轉移的試劑直接添加到紡絲液中進展紡絲。由丙烯腈/苯乙烯/氯乙烯共聚物、變色類化合物組成的溶液紡絲后放入水浴中凝固成纖，經水洗得到光致變色纖維。該纖維在無陽光條件下不顯色，在陽光或紫外線照射下顯深綠色，可用于制作服裝、窗簾、地毯和玩具等方面。2熔融紡絲法又分為聚合法、共混紡絲法、皮芯復合紡絲法。聚合法是將變色基團引入聚合物中，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，它能在可見光下發(fā)生氧化復原反響，在光照和濕度變化時顏色由青色變?yōu)闊o色。共混紡絲法是將變色聚

11、合物與聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物熔融共混紡絲，或把變色化合物分散在能和抽絲高聚物混融的樹脂載體中制成色母粒，再混入聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物的熔融紡絲。此外，還可將變色材料封入微膠囊中，再分散到紡絲液中紡絲，制得熱變色纖維。皮芯復合紡絲法是消費變色纖維的主要技術，它以含有熱敏劑的組分為芯，以普通纖維為皮組分，共熔紡絲得到熱敏變色皮芯復合纖維。芯組分一般為熔點不高于230、含1%40%變色劑的熱塑性樹脂。變色粒子的尺寸為150，耐熱性20030in后無顏色變化。皮組分為熔點280的熱塑性樹脂，起維持纖維力學性能的作用。3后整理法以及接枝聚合法。后整理法是在纖維外表進展涂層或聚合的方法。日本三

12、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外表，烘干，溶液轉為凝膠狀，制成熱致變色纖維。后整理技術既可用于纖維，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酯單體的溶液浸漬紡織材料，然后單體在纖維內聚合，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聚合，使纖維具有光致變色性。如絲織物在60下于上述的溶液中聚合1h，可保持光致變色性6個月以上，用于制作服裝、散衣飾等會顯出特殊的迷人效果。接枝聚合技術對變色材料的要求較低，它不經過紡絲過程，而且變色材料的分解溫度可低于紡

13、絲溫度。由于在紡絲后引入變色化合物，故對紡絲工藝沒有影響，也不影響纖維的力學性能。該法操作簡單，應用范圍廣，是一種較易推廣的變色纖維消費技術。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?？椫频募徔椘房梢允浅杉破?，也可以是匹布。2.2變色染料的制造技術在光、熱及其他物理或化學因素的作用下，能可逆地改變顏色的染料稱為變色染料。應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的一局部，其染色技術與普通染料根本一樣。但由于這些染料本身的摩擦牢度和耐洗滌牢度不夠理想，上個世紀90年代，人們將微膠囊技術引入制備紡織品用變色染料，使得變色染料在紡織

14、品中的應用獲得質的飛躍。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程。微膠囊分為核芯和壁膜兩局部。其制備方法大致分為五大類：1噴涂方法，如arster氣懸涂覆蓋的工藝過程；2從溶液中的壁沉積，如共凝聚或相別離；3界面反響；4物理過程，如環(huán)狀噴射包封；5本體固態(tài)化，如噴霧枯燥或冷凍。這幾類工藝方法制備的變色材料微膠囊，在紡織品上都有應用。但應用報道最廣、本錢也比擬低廉的那么屬共凝聚方法。通常共凝聚反響過程分為三步：乳化或分散過程；共凝聚過程；硬化或固化過程。所用的核芯材料、壁膜材料在第一步中就參加。核芯材料一般為可變色染料以及一些添加劑如抗氧化劑。目前染

15、色所用的變色染料還有光譜變色染料，較多的為陽離子染料和酸性染料。這類染料在不同波段下反射峰大小不同，從而呈現出顯著的光譜變色效果，以到達紗線在不同燈光下呈現不同顏色的效果。3變色材料的開展趨勢在變色纖維方面，變色纖維材料是近些年來迅速開展、極富生命力的高技術功能纖維，它具有高附加值和高效益。隨著高新技術不斷引入該領域，變色纖維還會繼續(xù)開展并完善。隨著人們對服裝高檔化、個性化要求的日益增強和對功能性整理織物要求的進步，開發(fā)新型變色纖維材料、變色織物將有良好的開展前途和廣闊的應用前景。在變色染料方面，直接用于紡織品加工的變色染料還不多，主要因為染料價格較高，耐高溫、耐光牢度不理想，反復使用性和穩(wěn)定性較差，發(fā)色褪色速度緩慢等。因此人們迫切希望開發(fā)出多種新型耐光和耐高溫、色差明顯、耐久型等品質優(yōu)良的變色化合物。大多數變色染料對纖維親和力不高，較難通過常規(guī)的染色印花工藝加工；熔融紡絲中變色染料分散于聚合物中，其性能受聚合物分子和微構造的影響，