光致变色织物研究进展变色织物

光致变色织物研究进展变色织物 介绍了光致变色织物的发展历史、变色机理，详述了光致变色织物的生产方法和国内外研究进展，简述了光致变色织物的应用前景，并指出利用无机光致变色材料开发光致变色织物是值得研究的一个方向。 The historical and mechanism of photochromic fabrics were introduced, as the production methods and research progress in photochromic fabrics. The application of photochromic fabrics was described. It was pointed out that inorganic photochromic materials using in photochromic fabrics should be reserched in the future. 光致变色织物就是具有光致变色功能的织物，它的出现最初是为了满足军事作战的需要，目的是实现军事伪装。 1光致变色织物的变色机理 目前光致变色织物都是通过某种处理手段使有机光致变色化合物附着在织物表面或者纤维里面，使其具有光致变色功能。虽然机理复杂，但是光致变色的主要原因是由于分子结构的改变而发生变色。 鉴于绝大部分有机光致变色体系，其光致变色都是基于单分子的反应。我们可以通过光致变色反应公式和紫外可见光吸收光谱图来讨论其变色过程。 光致变色指一种化合物A受波长为1光的照射，进行特定化学反应生成产物B，其吸收光谱发生明显的变化，而在另一波长为2的光照射下或热的作用下，又恢复到原来的形式。即在光诱导下物质A向其异构体B转化而发生变色。物种A和B具有不同的吸收光谱和能级结构。通常光照使物种A吸收能量转化为能量较高的物种B，一般情况下B可自发或在另一波长的光照下再转化为A。 光致变色是一种可逆的化学反应。如果某物质在光作用下发生不可逆反应而导致的颜色变化，则其属于一般的光化学范畴，而不属于光致变色范畴。 光致变色反应原理可用图 1 来定性描述，在图 1 中，A，B分别代表化合物A和化合物B的最大吸收波长。当使用A波长的光照射化合物A时，化合物A会发生一定的反应生成化合物B，表现在紫外可见光谱上，就会出现A的吸收逐渐减弱，而B的吸收逐渐增强。这个过程在外观上一般都会伴有颜色的加深，一般称为光呈色过程。反过来，当使用B波长的光照射化合物B时，会出现相反的过程，这个过程一般称为光消色或光褪色过程。 2光致变色织物的生产方法 光致变色化合物应用在纺织品上就可制得具有光致变色功能的光致变色纺织品，目前光致变色纺织品的制备途径主要是以下 4 种。 2.1涂料印花法 涂料印花法是将光致变色染料粉末混合于树脂液等粘合剂中，而后用色浆对织物进行印花，经过固着、水洗、干燥等程序，获得光致变色织物。该方法对纤维和织物无选择性，对机织物和针织物都适用。用于印花加工的变色涂料应满足手感柔软、耐洗涤性好、摩擦牢度好等要求。 2.2原液着色法 原液着色指通过将光致变色化合物均匀地分散在各类化学纤维的纺丝液中来制取光致变色纤维的方法。根据纺丝液的不同，又可分为 2 类。 （1）熔融纺丝 将光致变色化合物与聚酯、聚丙烯等聚合物熔融共混纺丝，或把光致变色化合物分散在能和抽丝高聚物混熔的树脂载体中制成色母粒，再混入聚酯、聚丙烯等聚合中熔融纺丝，制得光致变色纤维。 （2）溶液纺丝 与常规溶液纺丝法相近，但要在成纤的纺丝液中加入具有可逆变色功能的染料和防止染料转移的试剂，即将光致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。 2.3接枝聚合法 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毗喃衍生物的单体浸渍，单体（一般为苯乙烯或醋酸乙烯）在纤维内进行接枝，使纤维具有光致变色性能。 2.4油墨印刷法 这是建立在微胶囊技术基础上的一种应用方法。所谓微胶囊，就是将光致变色化合物与其他助剂（溶剂、光稳定剂等）放在一起，用天然或合成的聚合物或微生物皮膜，经过相分离、界面反应法、物理法等包裹成几微米到几十微米的小球，以避免高温及其他杂质的影响，并加强与其他助剂的接触。然后采用油墨印刷的方法，将这种变色微胶囊固着于织物表面上，得到光致变色织物。 3光致变色织物的研究进展 3.1国外研究进展 目前国际上研究开发光致变色织物的国家主要有日本、美国、英国和韩国等，其中又以日本的研究最为成熟，并且已申请了很多专利。美国等一些欧美国家在光致变色服装的研究方面也取得许多进展，早在20世纪70年代初，美国就将光致变色化合物应用到衣物中，以达到军事伪装的目的。美国太阳活性公司销售的太阳活性线在室内没有紫外线照射时呈白色，当放到室外时，则紫外线活化了光致变色化合物，使线变化而产生出特定的色泽。当将线离开紫外线约 1 1.5 min时，它又能回复到白色。澳大利亚的Tong Cheng、Tong Lin等人研究出了变色快、耐水洗次数达 1 000 次的光致变色织物。当前海外市场上销售的主要是日本钟纺和东丽生产的光致变色服装，取得了很好的市场效应。 3.2国内研究进展 我国光致变色纺织品的研究则相对滞后。涂赞润等合成了一种具有良好性能的螺环类光致变色染料，该产品变色灵敏、色泽鲜艳、耐水、耐酸碱，可用于各种纤维织物印花。姜惠娣等采用绿色环保型螺环类微胶囊变色染料及低温型粘合剂配制了一种能够用于真丝绸印花的印花浆。孟继本等采用螺环类光致变色化合物和元明粉、黄源胶、山梨醇及增稠剂等助剂制成光致变色染料，适合于生产各种纤维面料、毛线以及服装。东华大学采用共混熔融纺丝法制得了两种具有较好光致变色能力的光敏变色聚丙烯纤维，一种经阳光照射后会由白色变为蓝色，另一种纤维经阳光照射后由黄色变为绿色。蒋莹莹利用印花涂层技术将螺嗪光致变色化合物处理在织物上，使其具有光致变色功能。 4光致变色织物的应用前景 目前国内外对光致变色材料的研究主要是有机光致变色材料，其变色机理还有待深入研究。有机光致变色材料具有变色灵敏、色泽鲜艳的特点，但织物容易氧化劣变、耐疲劳性差，同时价格也较高。而且大部分染料对纤维的亲和力不够，很难通过常规的染色和印花工艺进行加工，限制了光致变色织物的应用推广。克服有机光致变色材料的这些缺点，应是下一步研究的重点方向。同时也应该注意到无机光致变色材料虽然变色较为缓慢，但是不易受环境影响，耐光性、耐疲劳性也较好。所以利用无机光致变色物质开发光致变色织物是值得研究的方向。 _ 1 蔡弘华，罗仲宽. 光致变色材料的发展现状及其在建筑上的应用前景J. 广东建材，xx（7）：22 ? 23. 2 曹晖，杜海燕，孙家跃. 有机光致变色化合物及其应用J. 材料导报，xx（5）：331 ? 334. 3 孙宾宾，傅正生，陈洁. 光致变色材料在军事领域上的应用J. 陕西国防工业职业技术学院学报，xx，17（1）：38 ? 40. 4 冯长根，王建营. 螺嗪光致变色反应机理研究进展J. 有机化学，xx，26（7）：1012 ? 1023. 5 沈庆月，陆春华，许仲梓. 光致变色材料的研究与应用J. 材料导报，xx，19（10）：31 ? 35. 6 杨松杰，田禾. 有机光致变色材料最新研究进展J. 化工学报，xx，54（4）：497 ? 507. 7 张长瑞. 有机光致变色材料J. 化学教育，xx（4）：6 ? 7. 8 蒋莹莹. 光致变色化合物的制备及其在纺织品上的应用D. 青岛：青岛大学，xx. 9 周秀会. 变色织物生产技术J. 产业用纺织品，1999，17（8）：1 ? 4. 10 葛婧媛，杨文芳. 变色材料在纺织品上的应用J. 染整技术，xx，29（10）：5 ? 9. 11 冯社永，顾利霞. 光敏变色纤维材料J. 合成纤维工业，1997，20（3）：36 ? 40. 12 Maslowski E.Fibers and Textiles from Janpan J. Tekstil & Teknik，1988，4（46）：22. 13 张晓颖，邓新华，边栋材，等. 光致变色材料在纺织中的应用发展A. 中国纺织科学研究院. 第七届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集C. 杭州：409 ? 412. 14 Tong Cheng，Tong Lin，Rex Brady