基于環境模擬的光致變色紡織品變色性能及其色牢度

趙博研，姚惠龍，曾文敏

（上海市質量監督檢驗技術研究院纖維檢驗所，上海 200040）

隨著人們對紡織品新穎性和功能性要求的增多，對紡織品顏色的需求也由實用型轉向兼具特殊功能的時尚前衛型方向發展，具有高附加值和高效益的光致變色紡織品正好迎合了人們的消費心理，具有廣闊的發展和應用前景［1］。但是光致變色材料的穩定性和耐疲勞性比較差，容易受到溫度、光照、pH等環境因素的影響而使分子結構發生改變，失去可逆性變色能力［2-3］。同時由于目前尚缺乏準確有效的檢測方法，無法對光致變色紡織品開展耐候性評價，嚴重影響其研發和改良。

本文以商品化的光致變色紡織品為研究對象，通過模擬光致激發環境，采用手持式分光測色儀測量樣品的顏色變化（ΔEF），測定實驗前后樣品的色牢度等級及變色性能，以期為相關企業和研究人員開發和設計新產品提供參考。

1 實驗

1.1 材料

5 種商品化的光致變色紡織品樣品（編號為1#～5#，均為市購）見圖1。

圖1 光致變色紡織品樣品

1.2 儀器

YS3060 型手持式分光測色儀（深圳市三恩時科技有限公司），CEL-S500 型氙燈光源系統（北京中教金源科技有限公司）。

1.3 測試

1.3.1 光致變色性能的測試方法

取3 塊光致變色紡織品樣品（50 mm×100 mm），樣品中變色部位不小于4 mm，且變色效果一致。實驗前在GB/T 6529—2008《紡織品調濕和試驗用標準大氣》規定的標準大氣下調濕至少4 h。手持式分光測色儀參數：4 mm 口徑，D65標準光源，10°視角，UV off（紫外關閉）；調節氙燈光源的工作電流和工作距離至1 sun（AM1.5，1 000 W/m2）。

將樣品放置在一塊中性灰色卡上，在模擬標準太陽光的氙燈光源下照射5 min，撤掉激發光源后，用手持式分光測色儀測定樣品與標準樣品之間的顏色變化ΔEF，并參照GB/T 32616—2016《紡織品 色牢度試驗試樣變色的儀器評級方法》計算對應變色灰卡級數GSC作為變色色差。樣品遮光保存30 min，用手持式分光測色儀測定樣品與標準樣品之間的顏色變化ΔEF，并計算對應變色灰卡級數GSC作為恢復色差。取3塊樣品數據的平均值。

1.3.2 光致變色性能的評價指標

色彩是光的物理特性和人的視覺特性的綜合反應，不同波長的光線作用于視神經上引起人腦出現不同顏色。個體差異和主觀因素將直接影響對樣品色彩的判斷。為了直觀評價人眼觀看變色紡織品的正常狀況，要求參與測試者仔細觀察原圖（圖2）2 s，在后續5個對比圖（圖3）中選出與原圖有明顯色差的全部圖像，原圖與對比圖分別對應5 級色差。考慮到人眼不具有記憶性，設計原圖與對比圖不在同一頁面上，充分模擬人眼看到紡織品變色前后的狀況。

圖2 原圖

圖3 對比圖

共收到有效調查問卷55 份，具體數據統計結果見表1。

表1 人眼辨別色差測試結果統計表

由表1 可知，81.82%的參與測試者可以明顯看出3 級色差，看出2 級色差的比例也為81.82%，考慮到使用的是灰色樣卡，實際變色紡織品還包含色彩變化，更容易分辨，確定變色色差在2 級及以下可評定該服裝樣品在相應測試參數下具有光致變色性能。前期測試中發現樣品恢復性能均較好，故確定恢復色差在4 級及以上可評定該服裝樣品在相應測試參數下具有光致變色恢復性。

1.3.3 色牢度測試與評價標準

1.3.3.1 耐皂洗色牢度

按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》A（1）測試。

1.3.3.2 耐汗漬色牢度

按照GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗 耐汗漬色牢度》測試。

1.3.3.3 耐光色牢度

按照GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度：氙弧》曬至3級后測試。

考慮到目前市售的光致變色紡織品大多為針織T 恤，貼身穿著，因此耐汗漬色牢度按照GB 18401—2010《國家紡織產品基本安全技術規范》B 類紡織品安全技術要求進行評價；耐皂洗色牢度和耐光色牢度按照FZ/T 73020—2012《針織休閑服裝》合格品的質量要求進行評價。

2 結果與討論

2.1 耐皂洗色牢度對光致變色紡織品變色性能的影響

由表2 可知，2#樣品經過耐皂洗色牢度實驗后變色級數達到2 級，按照FZ/T 73020—2012 評價為不合格產品；其他樣品變色級數均高于3～4 級，符合標準要求。這是因為樣品均為正光色性物質，被光激活轉變為激發的亞穩態為有色，穩態為淺色或無色，故耐皂洗色牢度實驗后變色不明顯。

表2 耐皂洗實驗前后樣品的變色性能

分別將耐皂洗實驗前后的樣品進行變色性能測定，5 個樣品的顏色變化ΔEF隨時間變化趨勢圖如圖4所示，顏色變化ΔEF及模擬色如表3所示。

圖4 樣品的顏色變化ΔEF隨時間變化趨勢圖

由圖4 和表3 可知，經過耐皂洗色牢度實驗的樣品變色性能均有所下降，其中4#和5#樣品變色性能下降幅度較大，變色級數從原樣的1 級降為2 級，但是仍滿足評價指標。但是4#樣品的恢復性能較差，僅為3 級，不符合評價指標，說明經過耐皂洗色牢度實驗，4#樣品已經不再具有光致變色性能。但是從圖中的曲線趨勢和拐點可以看出，經過耐皂洗色牢度實驗，樣品的變色和恢復速率沒有發生改變。

表3 耐皂洗實驗前后光致變色紡織品的變色性能

2.2 耐汗漬色牢度對光致變色紡織品變色性能的影響

耐汗漬實驗前后樣品的顏色變化ΔEF及模擬色如表4所示。

表4 耐汗漬實驗前后樣品的顏色變化ΔEF及模擬色

由表4 可以看出，經過耐汗漬色牢度實驗后樣品的變色級數均高于3 級，按照GB 18401—2010 B 類紡織品的安全技術要求均符合國家強制性標準要求。分別將經過耐汗漬色牢度實驗后的樣品進行變色性能測定，5 個樣品的顏色變化ΔEF隨時間變化趨勢圖如圖5 所示，顏色變化ΔEF及模擬色結果如表5 所示。由圖5 和表5 可以看出，樣品經過耐汗漬色牢度實驗，變色性能普遍下降，尤其是5#樣品，變色級數降為2～3 級，雖然仍具有變色恢復能力，但是因為大于2 級，已經不具有光致變色性能。4#樣品的變色級數從1 級降為2 級、1～2 級，恰好符合變色的指標數值，但恢復級數低于評價指標，因此不具有光致變色恢復能力。4#樣品的耐堿能力高于耐酸能力，其他樣品的耐酸汗漬實驗和耐堿汗漬實驗結果一致，說明對酸堿的耐受程度一致。經過耐汗漬色牢度實驗，樣品的變色和恢復速率也沒有發生改變。

表5 耐汗漬實驗前后樣品的變色性能

圖5 樣品的顏色變化ΔEF隨時間變化趨勢圖

2.3 耐光色牢度對光致變色紡織品變色性能的影響

在一定強度和波長的紫外-可見光照射條件下，光致變色材料A 吸收激發光源的能量，發生結構方式或電子能級變化，形成另一種材料B，當特定波長的光照消失，材料B 又會回到材料A。因此光致變色材料對太陽光尤其是紫外線敏感，經過長時間的光照之后，材料在不穩定的狀態B 停留過久，結構發生不可逆變化。由表6 可知，樣品向亞穩態顏色變化，且變色最高達到1 級，最低也有2～3 級，按照FZ/T 73020—2012進行評價，耐光色牢度結果均不合格。

表6 耐光實驗前后樣品的變色性能

測試經過耐光2 個階段實驗后樣品的變色性能。由表7 可知，除了3#樣品仍具有變色效果外，其他樣品均不具備光致變色性能。

表7 耐光實驗前后樣品的變色性能

3 結論

（1）光致變色紡織品因穩態為淺色系，經過耐皂洗色牢度和耐汗漬色牢度實驗后顏色變化小，除個別樣品外均符合GB 18401—2010 的B 類紡織品或常用普通紡織品FZ/T 73020—2012合格品的質量要求。

（2）光致變色紡織品對紫外-可見光敏感，經過耐光色牢度實驗后發生不可逆改變，變色級數最高為1級，最低為2～3級，均不符合常用普通紡織品FZ/T 73020—2012合格品的質量要求。

（3）經過耐皂洗色牢度和耐汗漬色牢度實驗后，樣品的變色和恢復速率沒有發生改變。

（4）經過耐皂洗色牢度實驗，1 個樣品失去光致變色性能；經過耐汗漬色牢度實驗，2 個樣品失去光致變色性能，說明樣品對皂洗和汗漬一般敏感；但經過耐光色牢度實驗后，4 個樣品失去光致變色性能，說明樣品對光照極度敏感。