智能變色紡織材料助衣服實(shí)現(xiàn)七十二變

紡織材料之所以能像“變色龍”一樣善變，其奧秘主要來(lái)自于機(jī)敏變色材料。外界環(huán)境因素的變化，誘導(dǎo)變色材料的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重排、開環(huán)閉環(huán)、互變異構(gòu)等作用，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)中的共軛體系發(fā)生變化，從而在表觀上使材料的顏色發(fā)生改變。

在自然界中，有很多可根據(jù)環(huán)境而改變顏色的動(dòng)植物“偽裝高手”。人們?cè)隗@嘆世界真奇妙的同時(shí)，也積極在自然界中汲取靈感，努力開發(fā)具有“變色”功能的材料。

與大多數(shù)處于研發(fā)階段的變色材料不同，智能變色紡織材料目前應(yīng)用前景最為廣泛，且部分材料已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化并出現(xiàn)在日常生活中。天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院教授馬曉光表示，智能變色紡織材料具有獨(dú)特的智能可逆變色特性，在保持紡織制品基礎(chǔ)功能的同時(shí)，將功能、時(shí)尚等融為一體，深受市場(chǎng)青睞。

機(jī)敏變色材料是紡織品“善變”的奧秘

“顧名思義，智能變色紡織材料（變色纖維/織物）是一種能對(duì)外界環(huán)境因素的變化作出響應(yīng)的智能紡織品。”馬曉光介紹，將變色材料添加到紡織材料上，紡織材料的顏色會(huì)在受到光源、溫度等外界環(huán)境因素的刺激后，發(fā)生可逆性變化，從而營(yíng)造出絢麗多彩的視覺效果。

智能變色紡織材料之所以能像“變色龍”一樣善變，其奧秘主要來(lái)自于機(jī)敏變色材料。外界環(huán)境因素的變化，誘導(dǎo)變色材料的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重排、開環(huán)閉環(huán)、互變異構(gòu)等變化，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)中的共軛體系發(fā)生改變，從而在表觀上使材料變換顏色。因機(jī)敏變色材料不同，智能變色紡織材料主要可分為光致變色紡織材料和熱致變色紡織材料。

不過，研發(fā)制備智能變色紡織材料并不是把機(jī)敏變色材料和紡織材料做個(gè)簡(jiǎn)單的1+1=2的加法，將機(jī)敏變色材料與紡織材料結(jié)合的方法，有夾層法、浸漬法、涂層法、交聯(lián)法、微膠囊法、填充纖維法、纖維接枝法、成纖法等多種技術(shù)路線及相應(yīng)的加工工藝。

“紡織品的可逆變色特性取決于機(jī)敏變色材料的變色性能。而機(jī)敏變色材料的性能又與技術(shù)路線的選擇和加工工藝的水平有關(guān)。”馬曉光表示，目前這幾種結(jié)合方式各有利弊。比如浸漬法是將織物浸漬在由機(jī)敏材料制成的分散液中，使機(jī)敏材料吸附在織物上。這種方法雖然簡(jiǎn)單易操作，但產(chǎn)品牢度較差、不耐洗，一般僅供一次性使用；填充纖維法是將機(jī)敏材料填充到中空纖維之中，再紡織制成智能織物。這種制備方法可保持較高的智能變色效果，但填充工藝復(fù)雜、成本高，給實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)一定困難。

可在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域“一展身手”

早在Alexander Wang 2014秋冬系列中，設(shè)計(jì)師王大仁就將熱致變色油墨應(yīng)用到面料上，結(jié)合多種油墨拼色的方法使得面料呈現(xiàn)出由黑色向彩色轉(zhuǎn)變的可逆效果，同時(shí)再結(jié)合激光切割、編織等手法，使作品成功吸引了觀眾們的目光。

“目前智能變色紡織品的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊。比如在時(shí)裝界，特別是近些年，越來(lái)越多的國(guó)際時(shí)裝品牌開始嘗試將熱致變色材料應(yīng)用于成衣設(shè)計(jì)中，將智能變色與服裝設(shè)計(jì)相結(jié)合。”馬曉光介紹。

“在一般的民用服裝領(lǐng)域，我們將智能變色服裝同傳感器件相結(jié)合還能達(dá)到情感表達(dá)、健康監(jiān)測(cè)等目的。”馬曉光舉例說，比如設(shè)計(jì)成可監(jiān)測(cè)耐力及運(yùn)動(dòng)員皮膚溫度的運(yùn)動(dòng)衣，就可以通過衣服顏色的變化實(shí)時(shí)掌握運(yùn)動(dòng)員的身體疲勞程度。

此外，變色材料在疾病診斷等方面的應(yīng)用也引起了人們極大的興趣。比如人體各部位溫度是疾病診斷的重要依據(jù)，科學(xué)家采用液晶類熱致變色材料，設(shè)計(jì)出可對(duì)人體溫度進(jìn)行靈敏監(jiān)測(cè)的紡織貼片，用于感染和血液循環(huán)變化等的早期檢測(cè)。

“進(jìn)入21世紀(jì)，具有熱致變色功能的紡織材料還越來(lái)越多地應(yīng)用于航空航天、軍工等領(lǐng)域。同時(shí)在開發(fā)相關(guān)變色產(chǎn)業(yè)用布、裝飾面料、防護(hù)服裝等方面也取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。”馬曉光十分看好智能變色紡織品的應(yīng)用前景。

大范圍產(chǎn)業(yè)化尚面臨掣肘

“隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，成本低、性能優(yōu)異的機(jī)敏變色材料相繼被研發(fā)出來(lái)，有些已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)了機(jī)敏變色材料產(chǎn)業(yè)鏈的形成，這對(duì)變色智能紡織材料的研發(fā)有著極大的推動(dòng)作用。”馬曉光介紹，目前我國(guó)已逐步完善相關(guān)加工技術(shù)，和英國(guó)、美國(guó)以及日本一起成為少數(shù)幾個(gè)能夠生產(chǎn)變色智能紡織材料的國(guó)家。

“總體來(lái)看，智能變色紡織品在國(guó)內(nèi)外還處于研發(fā)推廣之中。由于機(jī)敏變色材料種類及應(yīng)用技術(shù)的限制，大范圍產(chǎn)業(yè)化還需時(shí)日。”馬曉光解釋，可以產(chǎn)生變色效果的材料有很多種，但適用于紡織基體材料、并可用于制備智能可逆變色紡織品的機(jī)敏變色材料，需要變色色譜寬、反應(yīng)靈敏、具有可逆的快速響應(yīng)速率；變色體系穩(wěn)定且不損傷紡織基體；環(huán)保、成本低等，因此可供選擇的余地很小。

另外，目前的變色材料普遍存在顏色變化范圍窄的缺陷，大多在同一冷暖色調(diào)內(nèi)變化，例如從草綠（冷色調(diào)）到紫藍(lán)色（冷色調(diào)）；或僅是在同類色區(qū)域內(nèi)顏色深度發(fā)生變化，例如從深藍(lán)色到淺藍(lán)色等。

“變色色譜能夠跨越色調(diào)、超出同類色的變色材料很少，而性能優(yōu)良最終可實(shí)際應(yīng)用的更是罕見。”馬曉光認(rèn)為，顏色變化單一、色譜短缺，極大限制了機(jī)敏變色材料的應(yīng)用及智能變色紡織品的發(fā)展。

因此對(duì)于新型變色材料的研發(fā)，獲得一個(gè)全面擴(kuò)展的變色色譜是非常重要的課題，也是研發(fā)廣域色譜可逆智能變色紡織品所亟待解決的關(guān)鍵性問題。

科研工作者對(duì)此也在進(jìn)行積極探索，比如馬曉光課題組，將優(yōu)化的專用染料與基礎(chǔ)變色體系結(jié)合，設(shè)計(jì)、構(gòu)架了一種熱致變色材料與專用染料的復(fù)合體系。通過互補(bǔ)原理，這種新型熱致變色材料的顏色可以在不同冷、暖色調(diào)之間可逆變化，表現(xiàn)出更寬的顏色變化范圍和豐富的熱致變色色譜。

在上述工作基礎(chǔ)上，課題組又研發(fā)出一種能連續(xù)變換幾種顏色的熱致變色體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱致變色紡織品變色溫度和變色色澤的控制，開發(fā)出變色色譜廣、色差明顯、精度高的新型熱致變色紡織品。

未來(lái)發(fā)展需精準(zhǔn)設(shè)計(jì)變色性能

“隨著對(duì)各類智能紡織材料不斷深入的研究，多功能融合的智能變色紡織材料必然是未來(lái)的發(fā)展方向。”馬曉光舉例說，通過將導(dǎo)電織物的電阻加熱性能和熱致變色材料的變色性能相結(jié)合，可解決熱致變色織物顏色被動(dòng)變化的問題，還可通過對(duì)發(fā)熱織物溫度的精確控制，結(jié)合熱致變色材料的色彩疊加，實(shí)現(xiàn)熱致變色織物多種顏色的變化；而光熱變色織物，則是利用日光響應(yīng)型加熱層在太陽(yáng)光照射下的光熱轉(zhuǎn)換性能，來(lái)實(shí)現(xiàn)顏色的調(diào)節(jié)。

在不同應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)品對(duì)變色性能的需求不同。為了進(jìn)一步開發(fā)智能變色紡織材料，需要有針對(duì)性地對(duì)變色紡織材料的變色性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，研發(fā)出多樣變色效果的服裝，將其與人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N服飾相結(jié)合，這樣的產(chǎn)品不僅能夠滿足大眾的需求，還具有廣闊的市場(chǎng)前景。

“智能變色紡織品作為高附加值產(chǎn)品，它的發(fā)展符合《紡織工業(yè)‘十四五’發(fā)展規(guī)劃》中‘加快高功能紡織消費(fèi)產(chǎn)品、智能纖維及制品等先進(jìn)紡織制品關(guān)鍵技術(shù)的突破’的要求。”馬曉光認(rèn)為，雖然市場(chǎng)前景很好，但是只有在把握好紡織品的安全性、環(huán)保性和耐用性的前提下，兼顧款式設(shè)計(jì)、色彩變換、面料選擇以及舒適性和衛(wèi)生性等，才能更好地提高智能變色紡織品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。