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变色材料在纺织品中的应用与发展


彭志忠

(佛山市敬展纺织材料有限企业  广东佛山  528223)


摘  要:变色材料在外界条件刺激与驱动下产生特异的色彩动态变化,变色材料在纺织品领域的应用,给纺织服装整体增添时尚感和新奇感;文中从变色材料的种类和变色机理,先容变色纺织品材料的种类和性能及生产工艺。

关键词:亲水性;白度;棉织物;涤纶织物;聚氨酯亲水整理剂


前  言

随着消费者对服饰美追求层次的提高,以及个性化服装面料的需求日趋增多,人们对纺织服装颜色的要求也正在由实用型向功能型及新奇型多元化转变。变色纤维材料借助于现代高新技术,使纺织品的颜色或花型随光照、温度、湿度等的变化而呈现出由常规的“静态”变为若隐若现的“动态”效果,产生特殊的色彩变化,令人耳目一新。

变色纺织品不但可以满足消费者的特殊视觉感观要求,同时也能应用在特殊场合发挥其变色功能,变色纺织品应用范围广,可用于服装/服饰、家装、玩具及工业和军用等领域,特别在军事领域发挥独特的作用,利用其变色性能应用于军事伪装领域和功能性检测产品,也可作为防伪材料广泛应用于票据、证件、商标等。在纺织领域得到了飞跃的发展及广泛的应用,给纺织面料整体增加了时尚感和新奇感以及艺术风格。

1.变色材料在纺织服装中的应用

1.1 变色服装

变色服装最早由美国国防部研制作为作战士兵的“隐形衣”,可以随着周围的环境气候变换而产生颜色转变。20世纪80年代以后,变色服装及变色材料在民用领域得到广泛应用。进入21世纪后,变色服装的研制取得更大的进展,如日本研制的光色性染料(光致敏变色材料),能使纺织纤维/织物“染”上周围景物的颜色,把人的服装“熔融”在自然景色中;英国科学家将液晶材料微胶囊加工成可印染的油墨及涂料,涂敷在一种黑色纤维表面,随人体身体部位不同以及体温变化(温感致敏变色)而瞬息万变显示出迷人的色彩;我国研制的见光变色腈纶线,编织成衣面料后能随光源变化转换出绚烂色彩等。

1.2 名牌服饰标识防伪技术

在商标特定部位采用“紫外隐形文字图案”、“温变识别”和“手感立体文字”技术可以通过验钞机或手摸识别真伪,必要时候还可以加入“红外检测”,大大增加了技术含量。

2.变色材料种类和变色机理

变色材料是指在外界条件作用下,受到热、光照、湿度或电及压力等环境变化刺激而产生颜色转变的功能性材料,变色材料按照其颜色变化所需要的条件分为:光敏型变色材料、热敏型变色材料、湿敏型变色材料和溶剂致敏变色材料以及电致敏变色材料等其他特殊致敏型材料。目前在纺织品加工上应用最多、工艺最为成熟的是热敏变色,其次是光敏变色。

2.1 热敏变色材料

热敏变色材料其变色机理,是受环境温度变化时其材料的晶型发生变化或化学结构变色体能引起内部结构的变化,从而导致颜色的改变;热敏型变色(也称热变色性)材料可分为可逆性和不可逆性两类,如果环境变回初始温度时,材料回复到原来的颜色,即为可逆性;如果环境温度回到原来的条件,材料结构并不能再回到初始状态,颜色也不再发生变化,这种称为不可逆性热敏型变色。

国内外对热敏染料/材料的研究要多些,尤其是在应用于纺织品印花方面,取得了一定的成果,有一系列的热敏印花产品问世,如我国生产的RT系列变色材料就属于热敏变色产品;纺织面料在服用过程中,随一年的季节、南北地区等不同,室内、室外温度不同,而呈现多变的色彩;热敏变色材料种类有无机类、液晶类、有机类之分。

2.1.1 无机类热敏变色材料

无机类热敏变色材料主要为过渡金属化合物,具有代表性的化合物为碘化汞的复盐,如Cu2HgI4和Ag2HgI4,分别在70.6℃从红色变为黑色和50.7℃从黄色变为红色,这是由于特殊温度下它们发生相变引起的;许多过渡金属化合物的水溶液也发生热变色,如CoCl2溶液在25℃为粉红色,加热到75℃时变为暗蓝色,这是由于配位体几何形状变化或脱水引起的。

无机类热敏变色材料可以是单一的化合物,也可以是由多种组分组成的混合物,适当改变相应的配比,还能调节变色的温度。

2.1.2 液晶类热敏变色材料

胆甾型液晶具有层状分子结构,层内分子长轴相互平行,各层分子轴向与邻层分子轴向都略有偏移,使得液晶分子呈螺旋状结构,因而表现出独特的光学性质。它对白光发生选择性吸取并反射某些波长的偏振光,表面反射和透过两种不同颜色的光,且颜色会随螺旋结构的伸长或缩短而变化。螺旋结构对外界因素(如温度)非常敏感,它的伸缩随温度而变化。因此,胆甾型可在某一温度范围内,随着温度的变化,在整个可见光范围内进行可逆显色。

2.1.3 有机类热敏变色材料

具有热敏变色性的有机化合物数量较多,可分为三芳甲烷类、荧烷类、螺吡喃类等;它们大多由于介质的酸碱变化而引起分子结构变化,从而产生颜色的变化,也有受热产生结构变化的。该类材料的变色关键在于体系中一个碳原子由sp3杂化态转为sp2杂化态,原先被隔开的π体系转变为完整的大π体系,吸取光谱红移,从而使化合物从无色变为有色等。

2.2 光敏变色材料

光敏变色材料是一种能在紫外线或者可见光的照射下产生电子跃迁等而发生颜色动态变化,光线消失后又可以逆变到原来颜色的功能性染料;是通过把化学光敏变色粉体和色料混合,再配以相应的化学催化剂进行加工处理,生成可用于印染的胶囊有机材料;此类化合物吸取光并通过电子激发变成另一种不稳定的结构,从而发生颜色的改变。

光敏变色材料主要有氯化银、溴化银、二苯乙烯类、螺环类、降冰片二烯类、俘精酸酐类、三苯甲烷类衍生物、水杨酸苯胺类化合物等,其具有感光变色和反复变色的特点,接触到日光被紫外线照射后会变幻出亮丽、丰富多彩的颜色,迅速由无色或浅色变幻成红、黄、橙、绿、蓝、紫等彩色,是常规印染工艺和其他化学材料都难以达到的视觉效果;光致变色材料的生产原料成本低、工序简单、效率高,具有无毒无味、绿色环保的特性,不影响人体健康。

光致变色材料逐渐在日常生活产品(如服装、家纺、玩具、商标防伪条码及产品包装)设计中普及,应用范围越来越广泛,给潮牌服装设计注入新的创作素材。

2.3 湿敏变色材料

湿敏变色材料变色的主要原因是环境中的湿度变化(如高湿态、遇水等)导致染料本身结构变化,从而对日光中可见光部分的吸取光谱发生改变,同时环境湿度对变色体的变色有一定的催化作用;湿敏变色染料变色印花色浆主要成分是变色钴复盐(即无机变色涂料),应用时可通过粘合剂将变色体牢固地粘附于纺织织物上。

为了使变色灵敏,需要加入一定的敏化剂以帮助变色体较好地完成这一过程,同时还需添加了一定的增色体,以提高变色织物色泽的鲜艳度。

如果将印花色浆中变色涂料巧妙结合,用于毛巾、浴巾、泳装、沙滩服和手帕及雨具产品等,可获得别致的印花色彩图案;干燥时为白/无色,润湿(如遇水)后则显透明感而花型色彩新颖,而获得别致的印花图案。

2.4 电致敏变色材料

变色材料的光学属性(反射率、透过率及吸取率等)在外加电场的作用下发生颜色的变化。

2.5 溶剂致敏变色材料

物质变色材料与特定的化学药剂(或溶剂)接触后发生颜色的变化。

3.变色纺织品的生产技术及应用

在纺织品领域,变色材料的制造技术主要包括变色纤维制造和变色染料及微胶囊变色材料的纺织品染色/印花或涂层后整理技术两部分。

3.1 变色纤维制造工艺

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。按生产工艺不同,变色纤维的制造技术主要包括溶液纺丝法、熔融纺丝法、后整理法以及接枝聚合法。

3.1.1 溶液(湿法)纺丝工艺

变色丝的湿法纺工艺中,需要在常规普通纺丝液中加入变色功能的材料(变色剂)和固着剂(防止染料转移的试剂),即将变色化合物和防止其转移的试剂直接添加到纺丝液中进行纺丝,从而达到生产出的变色丝中含有可以变色的化合物以及增加变色效果持久的化合物。

如由丙烯腈/苯乙烯/氯乙烯共聚物、变色类化合物组成的溶液纺丝后放入水浴中凝固成纤维,经水洗得到光致变色纤维。该纤维在无阳光/紫外线条件下不显色,而在阳光或紫外线照射下显深绿色,可用于制作服饰、窗帘、地毯和玩具等方面。

3.1.2 熔融纺丝法纺丝工艺

熔融纺丝法分有聚合法、共混纺丝法、皮芯复合纺丝法。

聚合法是将变色基团引入到聚合物的分子结构中去,或将变色聚合物与纺丝聚合物混合再熔融后进行抽丝最终获得长丝,使长丝中均匀分布着变色聚合物,从而具有变色功能。

共混纺丝法是将变色聚合物与聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物熔融共混纺丝,或把变色化合物分散在能和抽丝高聚物混融的树脂载体中制成色母粒,再混入聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物的熔融纺丝。此外,还可将变色材料封入微胶囊中,再分散到纺丝液中纺丝,制得热变色纤维。

3.1.3 皮芯复合纺丝法工艺

皮芯复合纺丝法是生产变色纤维(长丝)的主要技术,长丝可为分皮层和芯层,它以含有热敏剂的组分做为芯,以普通纤维为皮组分,共熔纺丝得到热敏变色皮芯复合纤维。若将变色聚合物或者共混物作为皮层,常规纺丝液做为芯,就使得纺出的长丝不但具有变色性能,同时拥有常规纤维的强度,其变色效果持续方面有很大的性能提升。

3.1.4 后整理法以及接枝聚合法

后整理法是在纤维表面进行涂层或采用聚合的方法,其既可用于纤维,也可以用于纱线或织物;它的做法是用有螺吡喃的苯乙烯或乙酸乙酯单体的溶液浸渍纺织材料,然后单体在纤维内聚合,得到光致变色纤维。日本三井企业将热敏变色的微胶囊的氯乙烯聚合物溶液涂于合成纤维表面,再烘干固着,溶液转为凝胶状,制成热致变色纤维。

接枝聚合法主要采用接枝聚合技术,使纤维具有变色性能;例如,将纤维或织物用含螺吡喃衍生物的单体浸渍,单体(一般为苯乙烯或醋酸乙烯)在纤维内聚合,使纤维具有光致变色性。接枝聚合技术对变色材料的要求较低,它不经过纺丝过程,而且变色材料的分解温度可低于纺丝温度。由于在纺丝后引入变色化合物,故对纺丝工艺没有影响,也不影响纤维的力学性能。

3.2 变色纺织品印染/整理工艺应用

在光、热及其他物理或化学因素的作用下,能可逆地改变颜色的染料称为变色染料,应用于纺织品的变色染料(主要有热致变色染料、光致变色染料和湿敏变色染料及电敏变色材料);但由于这些染料本身的摩擦牢度和耐洗涤色牢度不够理想。

上个世纪90年代末,人们将微胶囊技术引入变色染料的制备而制成变色微胶囊材料,即将变色材料包覆于微胶囊内,微胶囊其内部是变色物质,外部是不能溶解也不能融化的透明物质,从而保护了变色物质免受化学物质的侵蚀,同时提升变色材料对外界环境的抵抗性能和耐溶剂性,也提高变色材料对纤维的亲和力,更好地适应纺织品整理加工和使用要求,使得变色染料在纺织品中的应用获得质的飞跃与性能提升。

采用变色微胶囊材料,利用纺织染色、印花/涂层及后整理工艺对纺织品(纤维、纱线及面料或成衣服装等)进行加工处理,从而使其具有变色性能;变色微胶囊用于纺织面料/纱线染整加工,操作简单稳定,可适用涂料印花、涂层整理、浸渍以及浸轧加工工艺等,适用性广泛;同时也适用于塑料树脂、油墨以及陶瓷产业领域。

与变色微胶囊印花和染色技术相比,而微胶囊变色纤维技术具有明显优点:制成的变色织物手感好、耐洗涤性好,且变色效果较持久。

4.结语

4.1 变色纺织品(变色纤维材料/面料)是近些年来迅速发展、极富生命力的高技术功能纤维与织物,它具有高附加值和高艺术风格;随着人们对服装高档化、个性化要求的日益增强和对功能性整理织物要求的提高,开发新型变色纤维材料、变色染料及变色微胶囊等将具有优良的发展前景和广阔的应用空间。

4.2 随着各类变色材料的制造与加工技术进步和发展完善,以及高新技术不断引入该纺织品领域,变色纺织品已取得巨大的进步,变色材料还会继续发展提升,将有极广阔的发展前景。

  

编辑概况:

彭志忠,江西新余人,印染高级工程师,从事染整技术三十多年;致力于纺织染整、印花新技术研究及染化料应用技术管理等。

手  机:13922372675(微信同号)

E-mail:pengzhong7798@126.com



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