变色纤维与纺织品的开发与应用

概念

1.1何谓变色纤维？

所谓变色纤维是一种具有特殊组成或结构的、在受到光、热、水分或辐射等外界条件刺激后可以自动改变颜色的纤维。变色纤维目前主要品种有光致变色和温致变色两种。前者指某些物质在一定波长的光线照射下可以产生变色现象，而在另外一种波长的光线照射下(或热的作用)，又会发生可逆变化回到原来的颜色；后者则是指通过在织物表面粘附特殊微胶囊，利用这种微胶囊可以随温度变化而颜色变化的功能，而使纤维产生相应的色彩变化，并且这种变化也是可逆的。

变色纤维品种主要集中在光致变色上。其实早在1989年，W.MARCKWALD就首次发现了某些固体或液体化合物具有光致变色的性质，具有光敏变色特性的物质通常是一些具有异构体的有机物，如萘吡喃、螺呃嗪和降冰片烯衍生物等。这些化学物质因光的作用发生与两种化合物相对应的键合方式或电子状态的变化，可逆地出现吸收光谱不同的两种状态即可逆的显色、退色和变色。

最早的应用实例是在越南战争时期，美国的CYANAMIDE公司为满足美军对作战服装的要求而开发的一种可以吸收光线后颜色改变的织物。而我国的东华大学采用淡黄绿色的三甲基螺呃嗪为光敏剂，与聚丙烯切片共混后制成切片经高温熔融纺丝形成的光敏纤维也具有良好的性能。这种纤维经过紫外线的照射后能迅速地由无色变为蓝色，光照停止后又可以迅速变为无色，并且具有良好的耐洗性能和一定的光照耐久性。相应的产品还有日本KANEBO公司的光敏变色织物，而由这种织物制成的T恤衫早在1989年就供应市场了。美国的CLEMSON大学和GEOR―GIA理工学院等几所大学最近已经开始研究改变光敏纤维的表面涂层材料，而使纤维的颜色能够实现自动控制。在民用领域，光敏变色纤维主要运用于娱乐服装、安全服和装饰品以及防伪标识上。

还有像一般的变色材料是指具有光、热、电等致变色性能的材料。特别是闪光变色纤维蝴蝶的翅膀和孔雀的羽毛在光的反射下更加美丽，这是因为光的参与可使颜色效果更佳。基于这一原理，例如像日本的一位教授发明了闪光变色纤维。用这种纤维制成的织物色彩变化多端，令人神往.这种织物可用来制作服装和室内装饰等等。

1.2变色纤维的类型

变色纤维的类型大致分为光致变色纤维材料、热敏变色纤维材料和电致变色纤维材料和其他变色材料。

1.2.1光致变色纤维材料

光致变色材料分有机类和无机类两种。有机类有螺吡喃衍生物、偶氮苯类衍生物等。该类变色材料的优点是：光发色和消色块，但热稳定性及抗氧化性差，耐疲劳性低，且受环境影响大。无机类有掺杂单晶的SrTiO3，能光致变色，它克服了有机光致变色材料热稳定抗氧性差，耐疲劳性低的缺点，且不受环境影响。但无机光致变色材料发色和消色较慢、粒径较大。光致变色纤维是将光致变色材料和高聚物共混通过溶液纺丝、共混纺丝或复合纺丝技术制得的纤维。

而光致变色纤维是在太阳光或紫外光等的照射下颜色会发生变化的纤维，当光线消失之后又会可逆地变回原来的颜色。自从1899年发现某些固体和液体的化合物有光敏性能以来，各种光敏材料的研究就引起了人们极大的兴趣。日本首先开发出光致变色复合纤维，并以此为基础制得了各种光敏纤维制品，如绣花丝绒、针织纱、机织纱等，用于装饰皮革、运动鞋、毛衣等，受到人们的广泛喜爱。

光致变色纤维材料这方面有不少例子，比如腈纶织物采用带有变色分子的阳离子染料进行染整加工后，其在不同的光源下发生变色,故称变色针织物。匀染剂、酸剂对变色效果有一定的影响。实验结果表明：采用1227匀染剂和冰醋酸,织物的变色效果最佳。变色腈纶针织物烘干前必须进行开幅整理,烘干温度应在98℃-100℃。由这种方法制备的纤维、织物在不同的光的波长下有不同的色调，都属于光致变色纤维织物。还有就是日本某公司将吸收350nm-400nm波长紫外线后由无色变为浅蓝色或深蓝色的螺呋喃类光敏物质包裹在微胶囊中，用于印花工艺制成光敏变色织物。微胶囊化可以提高光敏剂的抗氧化能力，从而延长使用寿命。采用这种技术生产的光敏变色T恤已经于1989年供应市场，近年来，国内也有类似的产品销售。

1.2.2热敏变色纤维

热敏变色纤维是指随温度变化颜色发生变化的纤维。获得热敏变色纤维的方法除了将热敏变色剂充填到纤维内部外，还可将含热敏变色微胶囊的氯乙烯聚合物溶液涂于纤维表面，并经热处理使溶液成凝胶状来获得可逆的热敏变色功效。

例如，1988年东丽公司开发了一种温度敏感织物Sway，这种织物是将热敏染料密封在直径3-4m的胶囊内，然后涂层在织物表面。这种玻璃基材的微胶囊内包含了三种主要成分：热敏变色性色素；与色素结合能显现另一种颜色的显色剂；在某一温度下能使相结合的色素和显色剂分离并能溶解色素或显色剂的醇类消色剂。调整3者组成比例就可以得到颜色随温度变化的微胶囊，而且这种变化是可逆的。它的基色有4种，但可以组合成64种不同的颜色，在温差超过5℃时发生颜色变化，温度变化范围是-40-85℃，针对不同的用途可以有不同的变色温度，例如滑雪服装的变色温度为ll-l9℃，妇女服装的变色温度为l3-22℃，灯罩布的变色温度为24-32℃等。

英国默克化学公司将热敏化合物掺到染料中去，再印染到织物上。染料由粘合剂树脂的微小胶囊组成，每个胶囊都有液晶，液晶能随温度的变化而呈现不同的折射率，使服装变幻出多种色彩。通常在温度较低时服装呈黑色，在28℃时呈红色，到33℃时则会变成蓝色，介于28-33℃会产生出其他各种色彩。目前，默克公司已掌握了精细地调整热敏变色材料的技术，使这种面料能在常温范围内显示出缤纷色彩。