变色纤维与纺织品的开发与应用

1、变色纤维与纺织品的开发与应用1概念1.1何谓变色纤维？所谓变色纤维是一种具有特殊组成或结构的、在受到光、热、水分或辐射等外界条件刺激后可以自动改变颜色的纤维。变色纤维目前主要品种有光致变色和温致变色两种。前者指某些物质在一定波长的光线照射下可以产生变色现象，而在另外一种波长的光线照射下（或热的作用），又会发生可逆变化回到原来的颜色；后者则是指通过在织物表面粘附特殊微胶囊，利用这种微胶囊可以随温度变化而颜色变化的功能，而使纤维产生相应的色彩变化，并且这种变化也是可逆的。变色纤维品种主要集中在光致变色上。其实早在1989年，W.MARCKWALD就首次发现了某些固体或液体化合物具有光致变色的性质，

2、具有光敏变色特性的物质通常是一些具有异构体的有机物，如萘吡喃、螺呃嗪和降冰片烯衍生物等。这些化学物质因光的作用发生与两种化合物相对应的键合方式或电子状态的变化，可逆地出现吸收光谱不同的两种状态即可逆的显色、退色和变色。最早的应用实例是在越南战争时期，美国的CYANAMIDE公司为满足美军对作战服装的要求而开发的一种可以吸收光线后颜色改变的织物。而我国的东华大学采用淡黄绿色的三甲基螺呃嗪为光敏剂，与聚丙烯切片共混后制成切片经高温熔融纺丝形成的光敏纤维也具有良好的性能。这种纤维经过紫外线的照射后能迅速地由无色变为蓝色，光照停止后又可以迅速变为无色，并且具有良好的耐洗性能和一定的光照耐久性。相应的产

3、品还有日本KANEBO公司的光敏变色织物，而由这种织物制成的T恤衫早在1989年就供应市场了。美国的CLEMSON大学和GEORGIA理工学院等几所大学最近已经开始研究改变光敏纤维的表面涂层材料，而使纤维的颜色能够实现自动控制。在民用领域，光敏变色纤维主要运用于娱乐服装、安全服和装饰品以及防伪标识上。还有像一般的变色材料是指具有光、热、电等致变色性能的材料。特别是闪光变色纤维蝴蝶的翅膀和孔雀的羽毛在光的反射下更加美丽，这是因为光的参与可使颜色效果更佳。基于这一原理，例如像日本的一位教授发明了闪光变色纤维。用这种纤维制成的织物色彩变化多端，令人神往.这种织物可用来制作服装和室内装饰等等。1.2变

4、色纤维的类型变色纤维的类型大致分为光致变色纤维材料、热敏变色纤维材料和电致变色纤维材料和其他变色材料。1.2.1光致变色纤维材料光致变色材料分有机类和无机类两种。有机类有螺吡喃衍生物、偶氮苯类衍生物等。该类变色材料的优点是：光发色和消色块，但热稳定性及抗氧化性差，耐疲劳性低，且受环境影响大。无机类有掺杂单晶的SrTiO3,能光致变色，它克服了有机光致变色材料热稳定抗氧性差，耐疲劳性低的缺点,且不受环境影响。但无机光致变色材料发色和消色较慢、粒径较大。光致变色纤维是将光致变色材料和高聚物共混通过溶液纺丝、共混纺丝或复合纺丝技术制得的纤维。而光致变色纤维是在太阳光或紫外光等的照射下颜色会发生变化的

5、纤维，当光线消失之后又会可逆地变回原来的颜色。自从1899年发现某些固体和液体的化合物有光敏性能以来，各种光敏材料的研究就引起了人们极大的兴趣。日本首先开发出光致变色复合纤维，并以此为基础制得了各种光敏纤维制品，如绣花丝绒、针织纱、机织纱等，用于装饰皮革、运动鞋、毛衣等，受到人们的广泛喜爱。光致变色纤维材料这方面有不少例子，比如腈纶织物采用带有变色分子的阳离子染料进行染整加工后，其在不同的光源下发生变色,故称变色针织物。匀染剂、酸剂对变色效果有一定的影响。实验结果表明：采用1227匀染剂和冰醋酸,织物的变色效果最佳。变色腈纶针织物烘干前必须进行开幅整理,烘干温度应在98C100C。由这种方法制

6、备的纤维、织物在不同的光的波长下有不同的色调，都属于光致变色纤维织物。还有就是日本某公司将吸收350nm400nm波长紫外线后由无色变为浅蓝色或深蓝色的螺呋喃类光敏物质包裹在微胶囊中，用于印花工艺制成光敏变色织物。微胶囊化可以提高光敏剂的抗氧化能力，从而延长使用寿命。采用这种技术生产的光敏变色T恤已经于1989年供应市场，近年来，国内也有类似的产品销售。1.2.2热敏变色纤维热敏变色纤维是指随温度变化颜色发生变化的纤维。获得热敏变色纤维的方法除了将热敏变色剂充填到纤维内部外，还可将含热敏变色微胶囊的氯乙烯聚合物溶液涂于纤维表面，并经热处理使溶液成凝胶状来获得可逆的热敏变色功效。例如，1988年

7、东丽公司开发了一种温度敏感织物Sway,这种织物是将热敏染料密封在直径34m的胶囊内，然后涂层在织物表面。这种玻璃基材的微胶囊内包含了三种主要成分：热敏变色性色素；与色素结合能显现另一种颜色的显色剂；在某一温度下能使相结合的色素和显色剂分离并能溶解色素或显色剂的醇类消色剂。调整3者组成比例就可以得到颜色随温度变化的微胶囊，而且这种变化是可逆的。它的基色有4种，但可以组合成64种不同的颜色，在温差超过5C时发生颜色变化，温度变化范围是-4085C，针对不同的用途可以有不同的变色温度，例如滑雪服装的变色温度为II19C，妇女服装的变色温度为I322C，灯罩布的变色温度为2432C等。英国默克化学公

8、司将热敏化合物掺到染料中去，再印染到织物上。染料由粘合剂树脂的微小胶囊组成，每个胶囊都有液晶，液晶能随温度的变化而呈现不同的折射率，使服装变幻出多种色彩。通常在温度较低时服装呈黑色，在28C时呈红色，到33C时则会变成蓝色，介于2833C会产生出其他各种色彩。目前，默克公司已掌握了精细地调整热敏变色材料的技术，使这种面料能在常温范围内显示出缤纷色彩。2变色纤维的制造方法与印花和染色技术相比，变色纤维技术开发稍晚。但随着功能织物的兴起，这种技术吸引了日本诸多大公司的关注，开发专利不断出现。纤维技术有着明显的优点，它制成的织物具有手感好、耐洗涤性好，且变色效果较持久等特点。据文献介绍，变色纤维的制

9、造技术主要包括溶液纺丝法、熔融纺丝法和后整理以及接枝聚合法。2.1溶液纺丝法溶液纺丝法，即将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。例如日本松井色素化学工业公司就此技术申请了专利。由丙烯睛/苯乙烯/氯乙烯共聚物、变色类化合物组成的溶液纺入水浴中，经水洗得到光致变色纤维。该纤维在无阳光条件下不显色，在阳光或紫外线照射下显深绿色，可用于制作服装、窗帘、地毯和玩具等方面。2.2熔融纺丝法熔融纺丝法又分为聚合法、共混纺丝法、皮芯复合纺丝法；采用后整理聚合技术也可使纤维具有变色性能。例如，将纤维或织物用含毗喃衍生物的单体浸渍，单体一般为苯乙烯或醋酸乙烯酯，单体在纤维内进行聚合，使纤维具有

10、光致变色性。如丝织物在60C下于上述组分的溶液中聚合lh可保持光致变色性半年以上，用于制作服装、伞、衣饰等时显出特殊的迷人效果。2.2.1聚合法将变色基团引入聚合物中，再将聚合物纺成纤维。如合成含硫衍生物的聚合体，然后纺成纤维。它能在可见光下发生氧化还原反应，在光照和湿度变化时颜色由青色变为无色。2.2.2共混纺丝法将变色聚合物与聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物熔融共混纺丝。或把变色化合物分散在能和抽丝高聚物混融的树脂载体中制成色母粒，再混入聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物中熔融纺丝。例如，原中国纺织大学采用该法制得两种性能较佳的光敏变色聚丙烯纤维。一种为光敏剂和聚丙烯切片共混纺丝，所得纤维经阳光照射

11、后会由白色变为蓝色；另一种由光敏剂、聚丙烯切片和黄色色母粒共混纺丝，所得纤维阳光照射后由黄色变为绿色。该法虽然简便易行，但对光致变色化合物的要求很高（如耐高温等），因此其应用受到一定限制。2.2.3皮芯复合纺丝法皮芯复合纺丝法是生产变色纤维的主要技术。它以含有光敏剂的组分为芯，以普通纤维为皮组分，共熔纺丝得到光敏变色皮芯复合纤维。芯组分一般为熔点不高于230C,含1%-40%变色剂的热塑性树脂。变色粒子的尺寸为150pm,耐光性200C（30min后无颜色变化）。皮组分为熔点280C的热塑性树脂，起维持纤维力学性能的作用。日本的可乐丽和帝人公司就此项技术申请了多项专利。由这种光致变色复合纤维制

12、成的布料无论是在手感、耐洗性方面，还是在耐光性、发色效果等方面都得到了很大提高。2.3后整理以及接枝聚合法采用后整理聚合技术也可使纤维具有变色性能。例如，将纤维或织物用含螺吡喃衍生物的单体浸渍，单体一般为苯乙烯或醋酸乙烯，单体在纤维内进行聚合，使纤维具有光致变色性。如丝织物在60C下于上述组分的溶液中聚合1h,可保持光致变色性6个月以上，用于制作服装、伞、衣饰等时显出特殊的迷人效果。后整理聚合技术对变色材料的要求较低。它不经过纺丝过程，变色材料的分解温度可低于纺丝温度。由于在纺丝后引入变色化合物，故对纺丝工艺没有影响，也不会影响纤维的力学性能。该法操作简单，应用范围广，是一种较易推广的变色纤维

13、生产技术。另外，将光敏变色材料与织物结合，最早和最简便的方法是印花和染色技术。由于多种原因，处理前变色材料常需制成微胶囊的形式。涂料印花法将光敏变色染料粉末混合于树脂液等粘合剂中，再使用此色浆对织物进行印花处理，获得光敏变色织物。印花工艺可采用常用的筛网、辊筒印花设备操作，也可采用喷墨和转移印花，且基本过程为:织物前处理一印花一烘干一焙烘。烘干温度为8090C,温度过高对微胶囊中的溶剂和添加剂的稳定性不利。焙烘温度主要取决于印花色浆中的粘合剂和增稠剂的性质，一般为140150C，时间多控制在310min.用于纺织品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;适于印花加工。这些要

14、求可通过选用合适的粘合剂、交联剂、柔软剂和微胶囊技术达到。光敏变色染料染色一般不需改变常规的染色工艺及染色设备，关键在于变色染料的选择，从而得到满意的染色效果和变色效果。我们应用这种技术先后开发了变色腈纶、变色涤纶及混纺织物。变色涤纶项目得到了东华大学纤维改性国家重点实验室资助。3变色纤维与纺织品等的开发与应用3.1战场上的变色服装变色龙又名石龙子，属于晰蜴类动物，栖息于树上，为防止被其他动物伤害和便于猎食，它能随环境的变化而自动变色来隐蔽自己。这是因为变色龙的多层皮肤的细胞内含有在细胞内可以移动的绿色素，有时聚成一点，有时散开，这样便改变了体色。如今，人们利用动物这种特性并以仿生学的原理与高

15、新技术研制成功一种能自动变色的化学纤维，称为光敏变色纤维。它是采用纤维中引入具有光敏变色性化合物，或合成能变色的聚合物纺丝的方法。如将能在可见光下发生氧化一还原反应物的、色泽变化可逆的硫堇衍生物导入聚合物，然后纺成纤维。该纤维制品不仅对光线十分敏感，而且湿度变化也能够引起颜色变化。如果把这种变色纤维采用光色性染料进行染色后，便能随着周围环境的光色变化而改变颜色。另外，还有一种热敏变色纤维，它能随温度的升高而显示出与常温下不同的颜色。所谓变色服，就是指能够随着周围环境的变化而自动变色的军服，它是由变色纤维制造的，或是织物采用变色染料印染而成的作训服，深受部队官兵的钟爱。自动变色的新技术研究成功，

16、将为部队的伪装和隐蔽提供了极大的方便。采用变色纤维制做的伪装服，可随地貌环境的变化而交替变换不同的颜色。如将这种光学纤维用于民用服装，也将会大放异彩，可获得更为奇特的效果。国外有的科学家根据变色军服的原理，研制出一种新的化学纤维，它并不是随着环境的变化马上改变颜色，而是有一定时间的稳定性和变色的滞后性。这种变色纤维在受到一定光照改变颜色后，可保持24小时不变。这样，当你每天外出前可按照自己喜爱的色彩改变一下服装的颜色，每天换一次颜色犹如每天穿一件新衣服，对那些爱美、爱时髦的俊男少女来说，买上一件这样的衣服，能顶上好几件衣服，确实很不错。例如，美国Clemson大学和Georgia理工学院等几所

17、大学近年来正在探索在光纤中掺入变色染料或改变光纤的表面涂层材料，使纤维的颜色能够实现自动控制，其中噻吩衍生物聚合后特有的电和溶剂敏感性受到格外重视。美国军方研究人员认为，采用光导纤维与变色染料相结合，可以最终实现服装颜色的自动变化。光敏变色纺织品主要用于娱乐服装、安全服和装饰品以及防伪制品等。3.2温控变色纺织品据日本纤维新闻报道，温控变色纺织品在日本市场引起关注，利用温度来改变颜色的产品在日本国内还不是很普遍，但在美国，近数年来，变色的T恤大放异彩。过去纺织印染界最重要的课题就要能够精确地调出颜色，而且所调出的颜色不会起变化，为了达到这一目的，无数人进行了长期的研究，但是利用温度变色的纤维是

18、一种180度转变的新构想。温控变色纤维不是纤维本身的颜色会改变，而是使封入液晶的微胶囊附在纤维上使颜色起变化的。胶囊中含有特殊色素和发色剂，在一定的温度下，反覆进行结合而发色，切断而清除色。现在被商品化的是以T恤为主的服装，变化的标准温度一般设定在27C,除了气温超过27C的盛夏的白天以外，在平时面料颜色也很易起变化，而且所产生的变化在意料之外。这和人本身的体温有关系，T恤直接与肌肤接触，所接触的部分有30C左右的热，这种变化是否会到达T恤的表面，则看接触时间而定。透过外界温度、衣服内温度以及体温三者的综合作用，T恤的表面有时也会出现意想不到的花纹。而且花纹还会因身体的活动，就如同活的东西一样

19、地起变化。因此，温控变色纤维可以制造出前所未有的趣味性极高的商品。活用该技术的T恤的开发于美国,进而在欧洲普及起来。在欧洲增添了新风格的商品，现在也将在日本大行其道。3.3TAMSA集团变色服饰TAMSA集团正在销售新开发的变色服饰，TAMSA集团为确保变色服饰成功并快速登陆中国，以连锁经营的模式向中国投资创业者隆重推出TAMSA变色服饰加盟连锁，设立四个不同投资等级七种选择，并由公司总部统一指导、统一品牌、和店面形象，统一商标、统一VI设计，统一超低价一站式供货。不管投资者选择何种投资级别，TAMSA集团总部均肩负让投资者迅速创业致富的使命，同时为各小级别的加盟商提供全面升级指导服务。3.4

20、变色时装近几年来，国外已经研制出一些新型的衣料提供给许多专业人士享用。例如，英国伦敦的一家时装公司曾举办过一次别开生面的时装表演，台上女模特的各种时装不断改变色彩，有如彩虹飞舞。原来这些时装都是用一种含液晶的感温变色纺织面料制造的，在28C时，面料是红色；到33C时，又变成黄色；28C33C之间，还可以变出其他各种色彩。另外，日本的一些人造纤维公司还研制出一种变色游泳衣。游泳衣在岸上是一种颜色，到了水中会变出红、蓝、绿等色彩。这种衣料是由感温变色纤维制成的。这种面料可随陆地、水中、野外、室内或海边沙滩等地温度变化变幻出不同色彩。再者就是美国的几所大学正在探索光纤中掺入变色染料或改变光纤的表面涂

21、层材料，使纤维的颜色能够实现自动控制。美国军方人士认为有用光导纤维与变色染料相结合，可以实现服装颜色的自动变化。3.5日本Kanebo公司开发的光敏变色织物日本Kanebo公司将吸收350nm400nm波长紫外线后由无色变为浅蓝色或深蓝色的螺吡喃类光敏物质包敷在微胶囊中，用于印花工艺制成光敏变色织物。微胶囊化可以提高光敏剂的抗氧化能力，从而延长使用寿命。采用这种技术生产的光敏变色T恤衫早就于1989年首次供应市场了，而近年来，国内也有类似的产品销售。3.6中国北京服装学院研制出变色纤维近年来，流行的各种服装商标，容易仿制，因而起不到防伪作用。而北京服装学院新近研制的变色纤维，可用于绣制各种服装

22、商标或暗记，它在不同光源下颜色将产生变化，从而达到防伪功能。因此，变色纤维是服装行业假冒伪劣产品的克星。该技术产品除用于服装商标防伪外。还可用于服装、泳装、伞具等高档新产品的制造。本技术产品和一般由染料染色导致的变色有本质上的区别，填补国内空白，居国内领先地位。3.7日本松井色素化学工业公司开发的光敏纤维所谓光敏纤维，就是在光的作用下，某些性能如颜色、力学等发生可逆变化的纤维。在光敏纤维中，研究的热点是光致变色纤维。它是通过在纤维中引入光致变色体而制得。对于有机化合物而言，光致变色往往与分子结构的变化联系在一起。目前，光致变色纤维的研究已在日本等发达国家取得较大进展，如松井色素化学工业公司制成

23、的光致变色纤维，在无阳光的条件下不变色，在阳光或UV照射下显深绿色。3.8日本东丽公司开发出温致变色纤维与织物某些性能随温度改变而发生可逆变化的纤维称为温敏纤维。它是通过在纤维中引入温敏化合物而制得。目前，研究最多的温敏纤维是温敏变色纤维。以往多采用涂层法，近年为改善其耐洗涤性及耐光性，开始趋向于采用聚合物添加温致变色显色剂的方法。温敏纤维的研究已在一些国家取得较大进展。温敏纤维的加工主要是将温敏变色染料通过共聚、共混、交联及涂层等方法引入到纤维中或纤维表面。根据相关资料报道称，如日本的东丽公司所制成的温致变色纤维能够在在-4080摄氏度能改变8种色彩，该纤维很受业界欢迎。另外，日本东丽公司开

24、发的Sway织物，是将热敏染料密封在微胶囊内，然后涂层整理在织物表面。胶囊内包含三种成分：(1)热敏变色性色素；(2)显色剂；(3)消色剂。调整三者比例就得到可逆的温敏变色纤维。在温差超过5C时发生颜色变化，温度变化范围是-40C-85C,针对不同用途可有64种不同的变化。温敏变色织物可作儿童服装、旅游用品及某些人体不宜接触的设备、仪器、管道的外包材料。3.9日本旭化成公司开发出的感温变色纤维日本旭化成公司saran纤维就是以鲜艳的色彩为特长的原丝，在saran纤维里，加入了一种特殊的感温微型胶囊，使纤维一加温就变成透明的，成为感温变色纤维SaranArtTC。在此情况下感温纤维会变，用吹风机

25、加温，用冰水冷却后对体温和呼吸等的温度起反应即便是从室内到户外时的温差也不退色，保持鲜艳色彩保持防水性和不易燃的特性象涂层过的丝一样不会脆化。感温变色的温度如下：20度型16度20度之间变色25度型22度31度之间变色另外，也可根据要求在045度之间进行设定。LJSeppialiltes公司开发出特种变色系列染料根据国际印染杂志报道，LJSeppialiltes公司生产出特种变色系列染料,其中备受市场关注的有随温度变化的热变色染料、通过吸收紫外线而变色的光致变色微胶囊染料、对湿敏感的水致变色染料和对PH值敏感的酸碱度变色染料。根据市场调研获悉，这些新型的染料可以在服装、面料上产生特殊的效果，预

26、计将成为吸引时尚消费者的热点。北京百泉化纤厂生产的变色纤维北京百泉化纤厂生产的变色纤维其规格如下：100D/40F；120D/40F,该纤维的颜色一般呈现出白色及浅色。北京百泉化纤厂生产的变色纤维主要用途是制造外衣、背心等等，这些外衣、背心产品遇阳光后将变成紫色和其他深色。4变色纺织品的概念所谓变色纺织品是指随外界环境条件（如光、温度、压力等）的变化而可以显示不同色泽的纺织品。生产变色纺织品主要有纤维技术、染色技术和印花技术三种方法。纤维技术主要有溶液纺丝型、熔融纺丝型（包括聚合法、共混纺丝和皮芯纺丝）和后整理型三种；染色技术是采用变色染料染色；印花技术是采用变色涂料进行印花。4.1光敏变色纺

27、织品光敏变色纺织品是指具有光致变色性能的纺织品。光致变色是指某些物质在紫外光或可见光的照射下会发生变色，而当光线消失之后又会可逆地变回原来颜色的现象。4.2热敏变色纺织品随温度的变化，颜色发生可逆变化的纺织品称为热敏变色纺织品。日本东丽株式会社采用内含热敏可逆变色色素的微胶囊与树脂一起涂布在基布上，制成了在低温下显色，高温下消色的织物。其变色原理是：上述微胶囊中存在着色彩成分以及显色剂（电子接受体）和溶剂（在低温下呈固体，如醇三类），在低温下，显色剂通过溶剂与色彩成分相触就能使基布显色；温度升高，溶剂释出，显色剂与色彩成分分离而消色。温度在零至零下时，织物变黑，从而能大量吸收阳光的能量起到保暖

28、作用；当温度升高到5C以上时，织物变白，从而可抑制对阳光直射能量的吸收。目前该织物已用来制作滑雪衫之类的体育用品。5光敏变色纺织品的制造方法将光敏变色材料与织物结合，最早和最简便的方法是印花和染色技术。由于多种原因，处理前变色材料常需制成微胶囊的形式。例如部分材料对纤维无亲和力，只有加工成微胶囊后靠粘合剂固着在纤维上；部分材料需防止外界因素的作用，或只有封闭在微胶囊中才能维持变色的条件产生变色效应。所谓微胶囊化，就是将变色化合物或与其他助剂（溶剂，光稳定剂等）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

29、与其他助剂的接触。5.1涂料印花涂料印花法将光敏变色染料粉末混合于树脂液等粘合剂中，再使用此色浆对织物进行印花处理，获得光敏变色织物。如大阪合同的PhotochroinkNC商品等。这种方法对纤维无选择性，适用于棉织物和针织物。印花工艺可采用常用的筛网、辊筒印花设备操作，也可采用喷墨和转移印花，且基本过程为：织物前处理印花烘干焙烘。烘干温度为8090C，温度过高对微胶囊中的溶剂和添加剂的稳定性不利。焙烘温度主要取决于印花色浆中的粘合剂和增稠剂的性质，一般为140150C，时间多控制在310min。用于纺织品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；适于印花加工。这些要求可通过选用合适的粘合剂、交联剂、柔软剂和微胶囊技术达到。5.2染色技术光敏变色染