變色材料的技術普及文章

1、變色材料的技術普及文章2009-3-17什么是變色材料？很多人都發(fā)出這樣的疑問，變色材料就是會變色嗎？天?。√豢伤家饬?，怎么變色的？這些驚訝和疑問沒天都在發(fā)生。那么下面我們就來整理和歸納下什么是變色材料，變色材料都有那些種類和特點：變色材料是指隨著外界環(huán)境條件變化而發(fā)生顏色變化的物質。變色材料的應用非常廣泛，如儀器的熱敏記錄材料、示溫材料、自顯照相材料等。變色材料在高新技術領域的應用也很多，如在光信息存儲、非線性光學材料、軍事偽裝等方面扮演著越來越重要的角色。近年來，為了滿足現代人們追求新、奇、特的審美觀念，騰達印花涂料開始將變色材料用于日常生活的服裝、服飾紡織品中，使服裝、服飾在不同的條件

2、下產生特殊的色彩變化，讓人耳目一新；軍事上利用這種色彩變化制造“變色龍”作訓服，使之與環(huán)境背景色彩相吻合，達到偽裝的目的。變色材料的分類1） 光（敏）變色材料、2） 熱（敏）變色材料、3） 電變色材料、4） 濕（敏）變色材料，5） 壓敏變色材料、6） 溶劑致變色材料等， 光（敏）變色材料 早在世紀年代，人們就發(fā)現了某些固體和液體化合物具有光致變色的性能。光變色（）指在不同的光波誘導下，物種向其異構體轉化而出現的變色的過程。物種和具有不同的吸收光譜和能級結構。撤去光源或者改換另一種光源，再轉化成，顏色又回到初始色澤。這是因為，化合物在外部光源的刺激下，分子結構或電子能級發(fā)生變化，形成了吸收光譜不

3、同于的化合物，發(fā)生顏色的改變；而在另一種光源或熱作用下，又返回化合物，顏色又回到初始色澤。由于兩種物質間的吸收光譜發(fā)生了變化，當該變化處于可見光區(qū)域時，就會產生發(fā)色與消色或一種顏色轉變成另一種顏色的可逆變化，即光變色現象。有機光變色材料種類繁多，反應機理也不盡相同，主要包括： 鍵的斷裂，如螺吡喃、螺噁嗪等； 鍵的均裂，如六苯基雙咪唑等； 電子轉移互變異構，如水楊醛縮苯胺類化合物等； 順反異構，如偶氮化合物等； 氧化還原反應，如稠環(huán)芳香化合物、噻嗪類等； 稠環(huán)化反應，如俘精酸酐類、芳基乙烯類等。下面介紹幾種主要的有機類光致變色化合物。螺吡喃類螺吡喃結構是一類研究得比較多的有機光變色材料，在紡織品

4、上應用的變色染料（顏料）很多屬于這種結構。通常螺吡喃結構上的螺碳原子，在紫外光（）的照射或加熱下，由雜化轉變?yōu)殡s化，形成平面開環(huán)體，顯示顏色。其變色機理如下：在紫外光照射下，無色螺吡喃結構中的鍵斷裂開環(huán)，分子局部發(fā)生旋轉且與吲哚形成一個共平面的部花青結構，吸收光譜相應紅移而顯色。在可見光或熱的作用下，開環(huán)體又能回復到螺環(huán)結構而消色。螺吡喃類化合物具有優(yōu)良的光變色特性，但也具有耐疲勞性差、信息的保存性不太好、室溫壽命短等缺點，其性能有待進一步提高。偶氮苯類偶氮苯類化合物光變色性能良好，并具有超高存儲密度和非破壞性信息讀出等特點。由于含有，形成順反異構結構而引起光變色。光或熱的作用可使順式和反式偶

5、氮苯之間發(fā)生轉化，從而發(fā)生顏色的轉化。反式結構一般比順式結構穩(wěn)定。俘精酸酐類俘精酸酐類是芳取代的二亞甲基丁二酸酐類化合物的統(tǒng)稱。其變色機理為：整個分子由不共平面的酸酐部分和芳雜環(huán)部分構成，雜環(huán)上富含電子，可作為電子給體，對應的酸酐部分為電子受體，分子內部形成體系。當俘精酸酐受到一定波長的紫外光照射后，發(fā)生稠環(huán)化反應：，成為共軛的有色體，其在可見光的照射下又發(fā)生逆反應而順式旋轉開環(huán)，重新生成無色體。俘精酸酐具有良好的熱穩(wěn)定性和抗疲勞性，室溫下能循環(huán)萬次。光敏變色紡織品主要用于娛樂服裝、安全服和裝飾品以及防偽制品等。如：騰達印花涂料將螺呋喃類光敏染料包覆于微膠囊中，用于恤衫的印花。在室內或暗處是無

6、色的，視覺上沒有圖案，而在陽光下便呈現出五彩繽紛的色彩。熱（敏）變色材料熱致變色（）指物質在不同溫度下發(fā)生顏色改變的現象。引起熱致變色的原因有多種，如物質在不同溫度下的晶型轉變、結構轉變等。熱變色性質可分為可逆性和不可逆性兩類。11） 可逆性變色就是當材料溫度達到或超過變色溫度時，顏色即發(fā)生變化，而當溫度降到變色溫度以下時，又回復到原來的顏色。紡織用變色材料主要是可逆性變色的。2） 不可逆變色則是當材料受熱到變色溫度時，顏色發(fā)生變化后不再隨溫度下降而回復到原來的顏色。防偽上主要應用不可逆變色材料。液晶類液晶是介于固體和液體之間的一種物質形態(tài)。膽甾型液晶的熱敏效應特別強，溫度變色靈敏度可達

7、77;，溫度稍一變化，液晶顏色就作出相應的改變。其機理為：膽甾型液晶具有層狀分子結構，層內分子長軸相互平行，各層分子軸向與鄰層分子軸向都略有偏移，使得液晶分子呈螺旋狀結構，因而表現出獨特的光學性質。它對白光發(fā)生選擇性吸收并反射某些波長的偏振光，表面反射和透過兩種不同顏色的光，且顏色會隨螺旋結構的伸長或縮短而變化。螺旋結構對外界因素（如溫度）非常敏感，它的伸縮隨溫度而變化。因此，膽甾型液晶可在某一溫度范圍內，隨著溫度的變化，在整個可見光范圍內進行可逆顯色，即：（低溫）紅#黃#綠#紫（高溫）。這種特性可用于紡織品熱變色印花。例如應用膽甾型液晶于紡織品或服裝上，隨外界溫度或穿著部位的不同，體溫的變化

8、引起服裝顏色多變，產生了新穎的視覺效果.另據報道，國外已開發(fā)出專用于紡織品印花或染色的熱變色液晶，變色溫度在，變色的溫度寬度可任意調節(jié)，顏色可連續(xù)變化，反應靈敏。用于紡織品印花的液晶主要是膽甾型的酯類化合物，如膽甾醇壬酸酯和膽甾醇油酸酯等。應用時可單用膽甾型液晶，也可將液晶與結構類似的非液晶的化合物混用。液晶類熱敏變色材料的缺點主要在于價格昂貴。此外，它對化學物質非常敏感，對纖維沒有親和力，容易降低變色效果。這些將使其在紡織品上的應用受到一定程度的限制。有機類熱敏變色材料具有熱致變色性能的三芳甲烷類、螢烷類、螺吡喃類等有機化合物，這種新型可逆熱變色機理主要為：組成物中導致變化的可熔性化合物隨著

9、溫度變化而熔化或凝固的同時，由于介質的酸堿變化或受熱引起分子結構變化，從而產生物質可逆而迅速的變色，變色的關鍵是體系中的一個碳原子由雜化態(tài)轉為雜化態(tài)，使原先被隔開的體系轉變?yōu)橥暾拇篌w系使化合物從無色變?yōu)橛猩?。有機類熱敏變色材料也有缺點，如有些變色不明顯，有些牢度不夠理想。此外，它們的變色靈敏性也不如液晶，變色的溫度寬度一般不大。但其最大優(yōu)點是材料易得，加工難度相對較小，所以用于一些要求不高的熱變色印花。2006年，東莞騰達印花涂料公司開發(fā)了一種感溫變色竹纖維。根據不同的用途可以選擇不同的溫度變化范圍，如襯衫溫度為208、變色織物在防護服裝方面也有自己的獨到之處，膽甾型液晶有根據氣體的成分不同

10、及濃度高低而改變其顏色的性質，而且變色反應極靈敏，用這種液晶處理的織物制成的防護服可以從顏色的變化上判斷作業(yè)環(huán)境中有害氣體的成分及濃度，保證作業(yè)人員的安全。電致變色材料電致變色（）是指物質在電化學的作用下發(fā)生顏色改變的現象。電致變色材料一般是由多層的原電池膜組成，這些膜在不變色的狀態(tài)下應是透明的，并且變色是可逆的。當有電流通過時，電致變色膜產生顏色，變色的深度可由通過的電流大小來控制，而且在切斷電流后仍保持原來的顏色不變。要想使之褪色，只要加上反向電流即可。聚吡咯（O）可從乙腈溶液中電化學聚合而得，雙極化子是其穩(wěn)定的載流子，其變色反應由無摻雜時的黃綠色轉變?yōu)閾诫s時的藍紫色。濕敏變色材料顏色因水

11、的潤濕而變化的材料稱為濕敏變色材料。由鈷鹽制成的無機涂料含六結晶水的氯化鈷配合物，加熱失去部分水分后變?yōu)槎Y晶水氯化鈷，配合物的幾何形狀和配位體數目發(fā)生變化，引起吸收光譜（顏色）變化，這種無機涂料的使用方法和普通涂料一樣，與膠粘劑混合后用于紡織品的印花加工。騰達印花涂料的遇水變色漿在干燥時為白色，潤濕后則顯透明感而花形消失。如果用于毛巾、浴巾、手帕、泳裝沙灘服等的印花，干燥時為白色，潤濕后顯示各種顏色，獲得別致的印花圖案。變色材料在紡織品中的應用變色材料在紡織品中的應用，主要體現在變色纖維、變色染料兩個方面。變色纖維所謂變色纖維是一種具有特殊組成或結構的、在受到光、熱、水分或輻射等外界條件刺激

12、后可以自動改變顏色的纖維。變色纖維目前主要品種有光變色和溫變色兩種。按生產工藝不同，變色纖維的制造技術主要包括溶液紡絲法、熔融紡絲法、后整理法以及接枝聚合法。溶液紡絲法與常規(guī)溶液紡絲法相近，但要在成纖的紡絲液中加入具有可逆變色功能的染料和防止染料轉移的試劑即將變色化合物和防止其轉移的試劑直接添加到紡絲液中進行紡絲。如由丙烯睛苯乙烯氯乙烯共聚物和變色類化合物組成的紡絲液在水浴中凝固成纖，經水洗得到光致變色纖維。該纖維在無陽光條件下不顯色，在陽光或紫外線照射下顯深綠色，可用于制作服裝、窗簾、地毯和玩具等。熔融紡絲法熔融紡絲法又分為聚合法、共混紡絲法、皮芯復合紡絲法三種。聚合法將變色基團引入聚合物中

13、，再將聚合物紡成纖維。如合成含硫衍生物的聚合體，然后紡成纖維，它能在可見光下發(fā)生氧化還原反應，在光照和濕度變化時顏色由青色變?yōu)闊o色。共混紡絲法將變色聚合物與聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物熔融共混紡絲?；虬炎兩衔锓稚⒃谀芎统榻z高聚物混融的樹脂載體中制成色母粒，再混入聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物中熔融紡絲。例如，原中國紡織大學采用該法制得兩種性能較佳的光敏變色聚丙烯纖維。一種為光敏劑和聚丙烯切片共混紡絲，所得纖維經陽光照射后會由白色變?yōu)樗{色；另一種由光敏劑、聚丙烯切片和黃色色母粒共混紡絲，所得纖維陽光照射后由黃色變?yōu)榫G色。該法雖然簡便易行，但對光致變色化合物的要求很高（如耐高溫等），因此其應用受

14、到一定限制。皮芯復合紡絲法皮芯復合紡絲法是生產變色纖維的主要技術。它以含有光敏劑的組分為芯，以普通纖維為皮組分，共熔紡絲得到光敏變色皮芯復合纖維。芯組分一般為熔點不高于、含變色劑的熱塑性樹脂。變色粒子的尺寸為，耐熱性（后無顏色變化）；皮組分為熔點的熱塑性樹脂，起到維持纖維力學性能的作用。日本的可樂麗和帝人公司就此項技術申請了多項專利.由這種光致變色復合纖維制成的布料無論是在手感、耐洗性方面，還是在耐光性、發(fā)色效果等方面都得到了很大提高。后整理法以及接枝聚合法后整理法是在纖維表面進行涂層或聚合的方法。日本三井公司將熱敏變色的微膠囊的氯乙烯聚合物溶液涂于合成纖維表面，烘干，溶液轉為凝膠狀，制成熱致

15、變色纖維。后整理技術既可以用于纖維，也可以用于紗線或織物。它的做法是用有螺吡喃的苯乙烯或乙酸乙烯酯單體的溶液浸漬紡織材料，然后單體在纖維內聚合，得到光致變色纖維。接枝聚合法主要采用接枝聚合技術使纖維具有變色性能。例如，將纖維或織物用含螺吡喃衍生物的單體浸漬，單體（一般為苯乙烯或醋酸乙烯）在纖維內進行聚合，使纖維具有光致變色性。如絲織物在下于上述的溶液中聚合，可保持光致變色性個月以上，用于制作服裝、傘、衣飾等會顯出特殊的迷人效果。接枝聚合技術對變色材料的要求較低。它不經過紡絲過程，而且變色材料的分解溫度可低于紡絲溫度。由于在紡絲后引入變色化合物，故對紡絲工藝沒有影響，也不影響纖維的力學性能。該法

16、操作簡單，應用范圍廣，是一種較易推廣的變色纖維生產技術。由變色纖維直接編織的變色紡織品具有手感好、耐洗滌、耐磨性好、變色效果持久等特點?？椫频募徔椘房梢允浅杉破罚部梢允瞧ゲ?。變色染料（顏料）在光、熱及其他物理或化學因素作用下，能可逆地改變顏色的染料（顏料）稱為變色染料（顏料）。變色染料的品種多樣，但并非所有變色染料都可應用于紡織品，只有騰達印花涂料的具有一定牢度的變色染料才能用于紡織品的染色或印花。應用于紡織品的變色染料，主要是熱致變色染料、光致變色染料和濕敏變色染料中的一部分，其染色技術與普通染料基本相同。但由于這些染料本身的摩擦牢度和耐洗滌牢度不夠理想，上個世紀年代，人們將微膠囊技術引

17、入制備紡織品用變色染料，使得變色染料在紡織品中的應用獲得質的飛躍。所謂微膠囊包封就是將固體或液體的極小顆粒或液滴，用聚合物材料的連續(xù)化薄膜包覆的工藝過程。微膠囊分為核芯和壁膜兩部分。其制備方法大致分為五大類：噴涂方法，如氣懸涂覆蓋等；從溶液中的壁沉積，如共凝聚或相分離；界面反應；物理過程，如環(huán)狀噴射包封；本體固態(tài)化，如噴霧干燥或冷凍。這幾類工藝方法制備的變色材料微膠囊，在紡織品上都有應用。最有效的是本體固態(tài)化方法，它所制出的微膠囊直徑為，最低可到，符合公司關于微膠囊最佳尺寸顆粒的研究。但應用報道最廣、成本也比較低廉的則屬共凝聚方法。共凝聚可分為簡單共凝聚和復雜共凝聚。它是以加入其中一種或多種親

18、水性聚合物來確定的，后者的實用性較好。通常共凝聚反應過程分為三步：乳化或分散過程；共凝聚過程；硬化或固化過程。所用的核芯材料、壁膜材料在第一步中就加入。核芯材料一般為可變色染料以及一些添加劑（如抗氧化劑）。對于熱敏染料來說是酸發(fā)色物質，如三苯基甲烷苯酞類、酞基無色亞甲藍類、二苯基或三苯基甲烷和螺吡喃化合物或（和）膽甾基液晶化合物（如醋酸、壬酸、丙酸和油酸的膽甾酯）等熱致變色化合物。熱致變色的金屬絡合物和硫代氨基甲酸衍生物因其具有毒性，故一般不用在紡織物上?？捎米霰谀げ牧系氖翘烊换蚝铣删酆衔铮^種，包括明膠、阿拉伯樹脂和藻朊酸鹽以及乙基纖維素類的合成聚合物。所用的硬化劑（固化劑）與壁膜材料有關

19、，一般包括醛、二酮、環(huán)氧化合劑、酸酐、胺和無機鹽，戊二醛是比較好的，在以它做硬化劑時，用量為，溫度為、攪拌時間為)，即可得到微膠囊。脫水干燥后，即得微膠囊粉末。微膠囊技術的應用解決了可變色染料容易在空氣中變質的困難，為其在變色紡織品上世紀年代后期的實用化鋪平了道路。由于變色染料的價格較高，對纖維的親和力較小，所以通常應用在紡織品的印花產品上。印花加工可以縮小面積，降低成本。印花面積小，可以緩解印花手感偏硬的缺點。例如，騰達印花涂料的變色漿都可用于熱敏印花。各種變色涂料可單獨用于印花，也可與普通涂料或其他變色涂料組合應用。變色紡織品加工工藝舉例：一般工藝流程：織物準備印花烘干（690或者自然干燥

20、）（浸軋柔軟劑呢毯整理）檢驗包裝。目前染色所用的變色染料還有光譜變色染料，較多的為陽離子染料和酸性染料。例如，采用弱酸艷紫(主變色染料）和弱酸嫩黃、，弱酸嫩紅、，中性艷黃，弱酸艷紅、等進行拼混，對純毛毛線進行染色。測試其光譜反射曲線，在其紅波段和藍波段具有兩個大的反射峰，這兩個峰既強化了白熾燈對紅光的顯色特點，同時也強化了熒光燈或日光對藍綠色的顯色特點，因此產生了顯著的光譜變色效果，所染毛線在熒光燈或日光下為黃綠色，而在白熾燈下為玫瑰紅色。結束語變色材料在紡織品上的應用，受到了紡織領域及相關的化工領域越來越多人士的重視，隨著變色染料或變色顏料制造技術的不斷改進，應用技術的不斷成熟，將開發(fā)出更多更好滿足人們生活需要、產業(yè)需要、軍事偽裝需要的變色紡織品。因此變色紡織品具有廣闊的應用前景。三大流行趨勢體現水性膠漿新元素神奇變色服裝，這種變色服裝與一般的服裝不同，一