光致變色材料及其在紡織品中的應(yīng)用

林 敢 賈濟(jì)如

（常熟理工學(xué)院紡織服裝與設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

1 光致變色材料的定義及分類

變色材料是一種可以根據(jù)外部環(huán)境的條件而改變顏色的物質(zhì)，其中，光敏性變色材料可以因紫外線、近紅外線或電場(chǎng)等外部條件而改變顏色。比如，智能窗戶上的光敏涂層可以根據(jù)陽(yáng)光強(qiáng)度調(diào)整自己的顏色，以減少室內(nèi)溫度和陽(yáng)光的輻射。不僅如此，變色材料在許多領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，包括溫度指示器、智能玻璃、可穿戴設(shè)備等，它們?yōu)閯?chuàng)新提供了無(wú)限可能。

光致變色材料（Photochromic Materials）是指能夠在受到光照或其他激發(fā)條件下發(fā)生顏色變化的特殊材料，通常被用于光學(xué)、傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域。根據(jù)其基本機(jī)理和性質(zhì)，光致變色材料可以分為以下幾種類型：（1）光致自旋轉(zhuǎn)移材料：這種材料中的電子自旋可在不同能級(jí)之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而影響材料的顏色。（2）光致化學(xué)反應(yīng)材料：這種材料的顏色變化與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。當(dāng)受到外界光照或其他激發(fā)條件時(shí)，材料中的化學(xué)物質(zhì)會(huì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致顏色的改變。（3）光致相變材料：這種材料的顏色變化與其晶體結(jié)構(gòu)的相變有關(guān)。當(dāng)受到外界光照或其他激發(fā)條件時(shí)，材料的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致顏色的變化。（4）光致液晶材料：這種材料的顏色變化與液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)或排列有關(guān)。當(dāng)受到外界光照或其他激發(fā)條件時(shí)，液晶分子的排列或轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致顏色的變化。

光致變色材料能夠隨著光照強(qiáng)度或波長(zhǎng)的變化而改變顏色。在紡織品制造中，光致變色材料通常被包裹在纖維或紗線中，并且可以根據(jù)需要控制其濃度，以獲得不同的顏色效果。當(dāng)這些紡織品暴露在紫外線或可見(jiàn)光下時(shí)，光敏染料會(huì)吸收光子并在分子結(jié)構(gòu)中引起一定程度的變化，從而使整個(gè)紡織品的顏色發(fā)生變化。這種技術(shù)在許多應(yīng)用中得到了廣泛使用，例如服裝、家居紡織品和運(yùn)動(dòng)衣服等。它們可以用于設(shè)計(jì)具有獨(dú)特圖案和顏色的產(chǎn)品，或者用于制造溫度指示器和其他先進(jìn)的功能性材料。總之，光致變色紡織品的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)光敏染料的使用，這些材料可通過(guò)吸收光子來(lái)改變其分子結(jié)構(gòu)并改變顏色。

2 光致變色紡織品制備方法

光致變色紡織品的制備過(guò)程主要包括染色、印花及后整理等方法。

（1）染色工藝制備光致變色紡織品

選擇具有光致變色性能的染料，如紫外線光敏染料對(duì)棉、麻、絲、毛等紡織品進(jìn)行染色，具體過(guò)程如下：將光致變色染料按照一定比例加入到染料助劑中，攪拌均勻以備染色。對(duì)紡織品進(jìn)行預(yù)處理，包括洗滌、漂白、酸洗等，以去除雜質(zhì)和提高染色效果。加入染料溶液，按照一定的時(shí)間和溫度進(jìn)行染色，然后再把染色完成的紡織品進(jìn)行后處理，包括漂洗、烘干等，以去除多余染料和提高光致變色效果。最后，對(duì)染色后的紡織品進(jìn)行檢驗(yàn)，包括顏色、光致變色效果等方面的檢測(cè)。然而上染后直接暴露在外界環(huán)境中的光致變色染料極易受到其他外部因素的干擾而造成不可修復(fù)的損傷。不僅如此，油性的光致變色染料無(wú)法采用染色法進(jìn)行上染，所以并不適用于所有光致變色紡織品的制備。

（2）印花法制備光致變色紡織品

與傳統(tǒng)印花工藝無(wú)異，其對(duì)于棉織物的印花效果最佳。在進(jìn)行染色印花前需要對(duì)織物進(jìn)行預(yù)處理，以便提高其光致變色效果。常用的預(yù)處理方法包括堿煮、酸洗等。將制備好的染料與粘合劑及增稠劑以一定比例調(diào)配后通過(guò)篩網(wǎng)印花的方式在預(yù)處理后的織物上進(jìn)行印花，得到所需要的圖案和顏色效果。在完成印花后，需要對(duì)織物進(jìn)行熱烘處理，將染料牢固地與纖維結(jié)合在一起，以保持染色的穩(wěn)定性。最后，將經(jīng)過(guò)熱固定處理的織物暴露在特定波長(zhǎng)的紫外燈光源下，即可觀察到顏色發(fā)生變化的現(xiàn)象。

（3）微膠囊法制備光致變色紡織品

無(wú)論是染色還是印花，光致變色的染料分子都容易受到環(huán)境因素影響進(jìn)而導(dǎo)致其光化學(xué)耐疲勞度差。微膠囊化的光致變色材料通過(guò)致密的外殼來(lái)保護(hù)其中的染料不受影響。因此，選擇微膠囊法可以提高光致變色紡織品的耐疲勞性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。光致變色微膠囊內(nèi)部包含兩種或以上的化學(xué)物質(zhì)：一個(gè)是光敏染料，另一個(gè)則是開(kāi)關(guān)分子。光敏染料能夠吸收特定波長(zhǎng)的光并轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)，而開(kāi)關(guān)分子則具有可以被光激發(fā)的群基。當(dāng)這些分子在膠囊中充分混合并封裝起來(lái)時(shí)，就形成了一種光敏感的系統(tǒng)。當(dāng)特定波長(zhǎng)的光照射到光致變色微膠囊上時(shí)，被吸收的光子會(huì)導(dǎo)致光敏染料分子躍遷到激發(fā)態(tài)，同時(shí)激活開(kāi)關(guān)分子發(fā)生位置改變，使得光敏染料分子發(fā)生構(gòu)象變化，從而導(dǎo)致顏色的變化。不同種類的光敏染料分子所對(duì)應(yīng)的激發(fā)態(tài)和構(gòu)象變化也不盡相同，因此其顏色的變化也各具特點(diǎn)。總之，光致變色微膠囊的變色機(jī)理是通過(guò)光照射激發(fā)光敏染料和開(kāi)關(guān)分子的互作用，使得分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致顏色的變化。

3 光致變色紡織品的應(yīng)用

光致變色紡織品具有以下特點(diǎn)：在普通室內(nèi)光照下，其顏色表現(xiàn)為淡色或無(wú)色；而在太陽(yáng)光或紫外線下照射后，會(huì)發(fā)生可逆的顏色變化。這一特性為紡織品注入了更多的設(shè)計(jì)元素，也使得光致變色紡織品具有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。光致變色的材料主要分為兩類：紫外線敏感型和可見(jiàn)光敏感型。其中，紫外線敏感型光致變色材料在紫外線作用下會(huì)發(fā)生原子結(jié)構(gòu)的改變，使得其顏色發(fā)生變化；而可見(jiàn)光敏感型光致變色材料在可見(jiàn)光照射下則會(huì)發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的改變，從而實(shí)現(xiàn)顏色變化。光致變色紡織品可應(yīng)用于服裝、家居紡織品、戶外用品等多個(gè)領(lǐng)域。例如，在戶外用品中，光致變色紡織品可以制作防曬衣、帳篷等；在服裝領(lǐng)域，光致變色紡織品則可以應(yīng)用于服飾表演等場(chǎng)合，增強(qiáng)視覺(jué)效果。總之，光致變色紡織品作為一種新興材料，具有良好的應(yīng)用前景。通過(guò)對(duì)光致變色紡織品進(jìn)行深入的研究和開(kāi)發(fā)，將有望實(shí)現(xiàn)其在更多領(lǐng)域中的應(yīng)用。

4 總結(jié)

綜上所述，研究光致變色紡織品是一個(gè)具有重要學(xué)術(shù)和實(shí)際意義的課題。將對(duì)推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展，推動(dòng)學(xué)科交叉融合，提高紡織品的附加值，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方面發(fā)揮重要的作用。