光致變色織物光照變色疲勞性的研究

黃俊宇，陳麗華

(北京服裝學院 材料設計與工程學院, 北京 100029)

近年來，科技發展迅速，紡織行業大力推廣智能化織物。光致變色纖維織物可在日光紫外線的作用下由白色轉變為其他顏色，除去光照后，織物可快速回復至無色[1]，因其顏色變化的可逆性、無需二次染色的環保性等，受到研究學者和消費者的廣泛關注。近年來學者們研究合成了多種有機和無機光致變色微膠囊以及光致變色物質與纖維或織物的結合[2]，但是光致變色化合物易受到外界環境的影響發生氧化裂解導致耐疲勞性降低[3]。本文設計織造了一種光致變色斜紋織物，測試光照時間以及光照次數對光致變色纖維織物變色疲勞性的影響，研究結果對光致變色纖維織物與服裝的使用及保養具有一定的參考價值。

1 試驗部分

1.1 原料選擇與織造

選擇線密度為16.67 tex的光致變色粘膠長絲(光變紅色)為原料，設計織物組織為1/3右斜紋，經向密度為260根/(10 cm)，緯向密度為290根/(10 cm)，采用SL7900小樣織機(臺灣碩奇公司)織造[4]。

1.2 光致變色疲勞性測試

1.2.1 試驗設備

1.2.2 試驗方法

采用紫外光源和戶外太陽光源對光致變色織物進行不同時間和循環次數的照射，每組試驗準備3塊試樣，尺寸為30 cm×30 cm，織物折疊4層，平整不透光。

照射試驗后立即對織物進行測色，每塊試樣取5個不同的點測試其變色效果，取其平均值。

每隔5 s對織物進行測色，直至色彩指標不再變化，即認定織物變色回復(即變白)完全或喪失變色性能，記錄每塊試樣變色回復時間并取其平均值。

1.2.3 光照時間對光致變色疲勞性測試

設置光照時間為1、10、50、100、500 min，采用365 nm紫外光源對光致變色織物進行單次照射，并測試其色彩指標與變色回復時間。

1.2.4 光照次數對光致變色疲勞性測試

采用紫外光源和戶外日光分別連續照射光致變色織物及光致變色紗線8 h，間隔時間10 h，每次照射后測試其色彩指標與變色回復時間[5-6]。

判斷走棋規則是否合法。如果非法，輸出結果；如果合法，則判斷落點是否有子。如果落點沒有棋子，更新棋盤。如果落點有子，首先判斷是否為本方棋子，如果是本方棋子，輸出結果；否則，更新棋盤。如果吃掉的棋子為敵方將帥，則輸出結果勝利。執行步驟4行棋結束后，判斷兩帥是否相對，如果相對執行步驟4。

1.2.5 光致變色纖維外觀形態測試

將未處理的光致變色纖維、紫外光源連續照射后的光致變色纖維和戶外日光連續照射后的光變纖維在2 000倍電子顯微鏡下進行觀察，對比其纖維形態。

1.2.6 試驗指標

明度L*值為100時表示織物亮度最亮。色相：+a*為紅色色調(值越大顏色越紅)，-a*為綠色色調(值越小顏色越綠)；+b*為黃色色調(值越大顏色越黃)，-b*為藍色色調(值越小顏色越藍)。變色回復時間：光致變色織物經照射后由有色回復至無色的時間，即明度與色相值不再變化的時間。

1.3 顯著性及相關性分析

方差分析：采用一元方差分析法，討論光照時間、光照循環次數對明度和色相影響的顯著性。給定顯著性水平為0.05和0.01，每個因素由5個因子組成。

相關性分析：采用線性相關系數分析光照時間和光照循環次數對試驗指標影響的相關性，進一步衡量光對光致變色織物變色疲勞性的影響。

2 結果與分析

2.1 光照時間對織物變色疲勞性的影響

對光致變色纖維織物進行不同時間的紫外光源單次照射，照射后立即測色。照射時間對光致變色纖維織物變色效果及變色回復時間的影響見表1。

表1 照射時間對光致變色纖維織物變色效果的影響

由表1可以看出，隨著照射時間的增加，光致變色纖維織物明度呈遞增的趨勢，a*值呈遞減的趨勢。可以得出隨著照射時間的增加，光致變色織物變色靈敏度降低，光致變色性能逐漸變差。隨著照射時間增加，其變色回復時間呈先增后減趨勢。照射1 min時，織物變色回復的時間最長，而后隨著照射時間的增加，其變色回復時間迅速縮短，光致變色織物在超過100 min的照射過程中已出現一定程度的變色回復。

2.2 照射次數對織物變色疲勞性的影響

采用2種不同光源對光致變色纖維織物進行循環照射，并測試其顏色指標。循環照射次數對光致變色纖維織物變色效果的影響見表2。可以看出，隨著不同光源反復照射次數的增加，明度L*值和黃藍色調b*值均呈增大的趨勢，而紅綠色調a*值呈快速降低趨勢，循環照射4次后，趨于未照射時的色相，說明其光致變色性能基本喪失；日光照射時色相變化的速度比紫外光源照射時緩慢，這是由于紫外光源的輻射強度比日光更高、更均勻，戶外日光紫外線強度中午12∶30至下午14∶30最強；同時，戶外環境溫濕度存在一定的變化，對光致變色纖維織物的變色效果有一定影響[7-8]。

表2 循環照射次數對光致變色纖維織物變色效果的影響

2.3 光照對光致變色纖維外觀形態的影響

光致變色纖維織物經紫外光源及日光分別連續照射后，利用電子顯微鏡對其纖維表面形態進行觀察。不同光源照射后光致變色纖維表面形態見圖1。

圖1 不同光源照射后光致變色纖維表面形態

由圖1可以看出，未處理過的光致變色粘膠纖維類似普通粘膠纖維，縱向表面平直有溝槽，而反復照射后的纖維表面均出現鼓包或細小孔洞，這是由于長時間暴曬導致光致變色微膠囊出現凹陷、破裂,造成芯材流失[9]；同時光致變色粘膠纖維在有氧環境下，經長時間短波高能量的紫外線輻射，會導致光致變色纖維氧化裂解[10-11]，最終導致其纖維織物喪失光致變色性能。

2.4 顯著性及相關性分析

對光照時間和光照循環次數對光致變色纖維織物變色疲勞性的影響進行方差分析和相關性分析。光對光致變色疲勞性影響的顯著性與相關性見表3。

表3 光對光致變色疲勞性影響的顯著性及相關性

注：F為樣本顯著性檢驗的統計檢定值。

查表可得F0.05(5，24)=2.62，F0.01(5，24)=2.10，表3中，除紫外線光源照射時間對黃藍色調的影響不顯著外F=1.94

表3中，紫外線照射時間、2種光源循環照射次數對紅綠色調的線性相關系數分別為-0.98、-0.98、-0.96，均小于0，與a*值呈負相關；紫外線照射時間、2種光源循環照射次數對L*的線性相關系數分別為0.96、0.85、0.88，均大于0，與明度呈正相關。由此可得，隨著照射時間、循環照射次數的增加明度增加，而色相降低。

3 結 論

通過研究光對光致變色纖維織物變色疲勞性的影響，可以得到如下結論：

①隨著紫外光線照射時間的延長，光致變色纖維織物變色靈敏度降低，變色回復時間延長；紫外光線照射時間超過100 min后，織物在照射過程中會出現變色回復的現象。

②循環照射40 h左右，光致變色微膠囊出現凹陷、破裂，導致光致變色纖維織物喪失光致變色性能。

③光致變色纖維在紡絲過程中可適當添加光穩定劑或光降解抑制劑，對光致變色微膠囊形成保護，延長其光致變色壽命。

④光致變色纖維織物在日常穿著或維護過程中應盡量避免長時間暴曬，注意遮光。