变色纤维与纺织品的开发与应用 提示：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，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GEOR―GIA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 98℃-100℃由这种方法制备的纤维、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350nm-400nm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3-4m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5℃ 时发生颜色变化，温度变化范围是-40-85℃ ，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ll-l9℃ ，妇女服装的变色温度为l3-22℃，灯罩布的变色温度为24-32℃等 英国默克化学公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28℃时呈红色，到33℃时则会变成蓝色，介于28-33℃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，使纤维具有光致变色性如丝织物在60℃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230℃ ，含1%-40%变色剂的热塑性树脂变色粒子的尺寸为1-50μm，耐光性≥200℃(30 min后无颜色变化)皮组分为熔点≤280℃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60℃ 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80～90℃，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140～150℃，时间多控制在3～10min.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，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。