变色纤维的开发和应用
B 轻化102 1010802204 朱丹华
摘要：介绍了变色纤维的分类及其变色原理；从印花、染色和纤维技术等方面阐述
了变色纤维纺织品的制造方法；并简述了变色纤维的发展现状及其应用前景。 关键词：变色纤维；变色原理；制造技术；分类
随着人们对产品高档化、个性化要求的日益增强和对功能性要求的提高, 具有高附加值和高效益的变色纤维材料近些年来迅速发展。变色织物在生活上可广泛应用于T 恤衫、裤子、游泳衣、休闲运动服、工作服、儿童服装、窗帘、墙布、玩具等。在军事上可作为军事伪装和某些功能性测试; 在防伪领域可作为防伪材料广泛应用于票据、证件、商标等。随着高新技术不断引入该领域, 变色纤维还会继续发展并完善。开发新型变色纤维材料、变色织物将有良好的发展前途和广阔的应用前景。 1 变色纤维材料的概念与分类
1.1 变色纤维材料是指其颜色随条件（光、热、湿、pH 值、电等）变化而改变的纤维材料的总称
1.2 变色纤维材料按其所受外界因素导致材料变分类、主要分为：光（敏）致变色材料、热（敏）致变色材料、电致变色材料、温（敏）变色材料，还有一些特殊的变色材料如：压敏变色纤维、溶剂致变色材料等。本文将重点讲述前两种变色纤维材料。
1.2.1光敏致变色纤维材料
自从特米尔于1976年首次发现光致变色现象以来，人们发现和合成了多种光致变色化合物并进一步组成变色纤维材料。以往消费属于“实用型”既要求着装的颜色纯正、且鲜艳度始终如一。而今人们的消费观念转向“享乐型”，既希望消费品的颜色趋于多变化。光致变色纤维便是由此产生的一种染色技术。它可以用于纯腈纶、纯毛及毛腈混纺织物的染色。光致变色材料分为有机类和无机类两种。有机类光致变色纤维材料主要有螺吡喃衍生物、偶氮苯类衍生物。该类变色材料的优点是：光发色和消色块，但热稳定抗氧性差，耐疲劳度性低的缺点，且受环境影响大。而无机类是有掺杂单晶的SrTi03，它克服了有机光致变色能光致变色材料热稳定抗氧性差，耐疲劳度性低的缺点，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值得的纤维。
光致变色(photochromism ) 现象是指一个化合物(A)在受到一定波长的光辐照下, 可进行特定的化学反应, 获得产物(B),由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化(发生颜色变化) 。而在另一波长的光照射下或热的作用下, 又能恢复到原来的形式。这种在光的作用下能发生可逆颜色变化的化合物, 称为光致变色有机化合物。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，当光线消失后又会可逆的变回原来的颜色。
光致变色纤维的应用有很多实例。目前，日本的纺织科技走在世界的前列，它们对于光敏变色纤维材料的研究开发更是这样。日本钟纺及东丽几年前就已成为商品。它们利用的就是紫外线的发色材料：在室外时受到紫外线照射，衣服上浮现出图案花纹；进入室内不受到紫外线照射时，图案就消失。在我国大陆，可逆变色材
料方面的研究起步较晚，关于光敏变色纤维材料的技术研究报告更是寥寥无几。在台湾大区，台湾清华大学的胡德教授发明了一种用于合成纤维的光致变色颜料，热分解温度可达214℃。可将此颜料直接加入到树脂中，用熔融法拉丝制备光致变色纤维。
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。热敏变色纤维制成的服装首次在英国皇家服装协会举办的时装展示会上亮相时，就产生了轰动效应，服装随温度变化而变化，让观众目不暇接，叹为观止。
热敏变色材料可分为有机类和无机类两种。无机类热敏变色材料在纺织品加工中的应用并不多，原因在于其变色通常在溶液中，或高温条件下，或不可逆。而较为理想的纺织品应用变色材料应是可逆的变色，切为固体或微胶囊状态，在穿着温区（-10℃~35℃）发生色变。此外，这类耳机化合物大多有毒，故主要用于热指示涂料或试温笔等。有机类热敏变色材料的基本组成有三种：成色有机化合物，决定生成的颜色；提供质子的有机化合物，影响颜色的浓度，如双酚A 等；有一定极性的有机溶剂，控制变色温度，如高级脂肪醇等。这几种组分的不同选择与配合课实现变色温度的选择性，颜色组合的自由度、变色明显度及价格因素更特点，很有发展前景。但是也有缺点，如变色不明显，有些牢度不够理想，所以用于一些要求不高的热变色印花。
2 变色纤维的制造技术
按生产工艺不同，变色纤维的制造技术主要包括溶液纺丝发、熔融纺丝法、后整理法以及接枝聚合法。
2.1 溶液纺丝法
与常规溶液纺丝方法相近，但要在成纤的纺丝液中加入具有可逆变色的染料和防止染料转移的试剂——即将变色化合物和防止染料转移的试剂直接添加到纺丝液中进行纺丝。
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
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。
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、聚酰胺等聚合物熔融纺丝。
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，共熔纺丝得到的光敏变色皮芯复合纤维。芯组分一般熔点不高于230℃，含1％—4％变色剂的热塑性树脂。变色粒子的尺寸为1000—50000㎜，耐光性≥200℃。皮组分熔点≤280℃的热塑性树脂，起维持纤维力学性能的作用。
2.3 后整理法以及接枝聚合法。
后整理法中最重要的一种方法是变色染料的采用，变色染料染色一般不需改变常规的染色工艺及染色设备，关键在于变色燃料的选择，从而得到满意的染色效果和变色效果。
接枝聚合法主要采用接枝聚合技术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，单体在纤维内进行聚合，试纤维具有光致变色性。接枝聚合技术对变色材料的要求较低。它不经过纺丝过程，而且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。
3 变色纤维的应用和前景
变色纤维材料是近几年来迅速发展的高技术功能纤维。在追求纤维制品高功能化，高技术化，高审美性的今天，变色纤维制品满足了大多数人的爱美之心，必将得到人们越来越多的重视，而对变色化合物及其在纤维制品的应用的开发和研究也会更加的深入。目前，直接用于纺织品加工的还不多，主要是因为染料价格较高，耐高温，耐光牢度不理想，反复实用性和稳定较差，发色褪色速度缓慢等。所以人们迫切的希望开发出更多的耐高温，具有较好的稳定性和较高的色牢度的变色纤维。
随着经济的发展，变色纤维必将在未来的纤维制品中占据重要的地位。变色纤维安全领域和防伪领域起到越来越重要的作用，装饰服装的领域需求也越来越大。今后，国内外的科技工作者们一定会研究出更多更好的变色纤维制品。人们对纺织品的求新心理和好奇心日益增强，对服装的颜色的要求也越来越丰富多彩，而变色纤维恰好满足了人们的这种消费心理。这类纤维可广泛应用于裤子、泳衣、休闲运动服、工作服、儿童服装、窗帘、玩具等。在军事上可制成军事伪装；在防伪领域课作为防伪材料应用于票据、证件、商标等。
我国是一个发展中国家，随着经济的增长，纺织品的需求将会越来越多，许多新型功能型纺织品逐渐在市场上。变色纤维制品作为一种新型的功能型纤维具有很好的应用前景，它的出现必将在纺织品带来更加绚丽多彩的全新变革。
参考文献：
[1] 辛忠, 黄德音. 功能性聚合染料的合成与应用进展[J]. 现代化工, 1994, （3）:11-12
[2] 田禾. 功能性色素在高新技术的应用[M]. 北京：化学工业出版社, 2001
[3] 戒能多邦. 光非线性高分子材料[J]. 纤维学会志, 1992,(48):5
[4] 高洁. 功能纤维与智能材料[M]. 北京：中国纺织出版社, 2004.4
[5] 刘晓红, 陈海宏. 光致变色织物的制备及应用[J]. 中国现代纺织技术, 2012
[6] 孙宾宾, 杨博, 王明远. 光致变色功能纤维的制备方法及研发趋势[J]. 甘肃科
技, 2011.1
[7] 万震, 王炜, 谢均. 热敏变色材料及其在纺织品上的应用[J]. 丝绸, 2003.(8):6
[8] 周志芳, 黄锦波，贾丽霞. 家纺变色织物的开发与前景[J]. 山东纺织科技, 2012
[9] 章献民, 吴哲夫, 孙润光. 温度变色有机电致发光研究[J] .电子学报2002, (8):
39-41
[10] 苏海涛, 郭虹, 王学军. 热致变色材料与防伪应用[J]. 标准化报道1997 18 (0 4) :
26-27
冯社永, 倪恨美, 顾利霞光敏变色聚丙烯纤维的研究[J]. 合成纤维1998.(05) : 20-24
李文戈, 朱昌中, 王文芬, 吴锦屏可逆热致变色材料[J]. 功能材料1997 (04): 337-342
苏海涛, 郭虹, 王学军热致变色材料与防伪应用[J]. 标准化报道1997 18 (0 4) : 26-27
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变色纤维的开发和应用
B 轻化102 1010802204 朱丹华
摘要：介绍了变色纤维的分类及其变色原理；从印花、染色和纤维技术等方面阐述
了变色纤维纺织品的制造方法；并简述了变色纤维的发展现状及其应用前景。 关键词：变色纤维；变色原理；制造技术；分类
随着人们对产品高档化、个性化要求的日益增强和对功能性要求的提高, 具有高附加值和高效益的变色纤维材料近些年来迅速发展。变色织物在生活上可广泛应用于T 恤衫、裤子、游泳衣、休闲运动服、工作服、儿童服装、窗帘、墙布、玩具等。在军事上可作为军事伪装和某些功能性测试; 在防伪领域可作为防伪材料广泛应用于票据、证件、商标等。随着高新技术不断引入该领域, 变色纤维还会继续发展并完善。开发新型变色纤维材料、变色织物将有良好的发展前途和广阔的应用前景。 1 变色纤维材料的概念与分类
1.1 变色纤维材料是指其颜色随条件（光、热、湿、pH 值、电等）变化而改变的纤维材料的总称
1.2 变色纤维材料按其所受外界因素导致材料变分类、主要分为：光（敏）致变色材料、热（敏）致变色材料、电致变色材料、温（敏）变色材料，还有一些特殊的变色材料如：压敏变色纤维、溶剂致变色材料等。本文将重点讲述前两种变色纤维材料。
1.2.1光敏致变色纤维材料
自从特米尔于1976年首次发现光致变色现象以来，人们发现和合成了多种光致变色化合物并进一步组成变色纤维材料。以往消费属于“实用型”既要求着装的颜色纯正、且鲜艳度始终如一。而今人们的消费观念转向“享乐型”，既希望消费品的颜色趋于多变化。光致变色纤维便是由此产生的一种染色技术。它可以用于纯腈纶、纯毛及毛腈混纺织物的染色。光致变色材料分为有机类和无机类两种。有机类光致变色纤维材料主要有螺吡喃衍生物、偶氮苯类衍生物。该类变色材料的优点是：光发色和消色块，但热稳定抗氧性差，耐疲劳度性低的缺点，且受环境影响大。而无机类是有掺杂单晶的SrTi03，它克服了有机光致变色能光致变色材料热稳定抗氧性差，耐疲劳度性低的缺点，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值得的纤维。
光致变色(photochromism ) 现象是指一个化合物(A)在受到一定波长的光辐照下, 可进行特定的化学反应, 获得产物(B),由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化(发生颜色变化) 。而在另一波长的光照射下或热的作用下, 又能恢复到原来的形式。这种在光的作用下能发生可逆颜色变化的化合物, 称为光致变色有机化合物。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，当光线消失后又会可逆的变回原来的颜色。
光致变色纤维的应用有很多实例。目前，日本的纺织科技走在世界的前列，它们对于光敏变色纤维材料的研究开发更是这样。日本钟纺及东丽几年前就已成为商品。它们利用的就是紫外线的发色材料：在室外时受到紫外线照射，衣服上浮现出图案花纹；进入室内不受到紫外线照射时，图案就消失。在我国大陆，可逆变色材
料方面的研究起步较晚，关于光敏变色纤维材料的技术研究报告更是寥寥无几。在台湾大区，台湾清华大学的胡德教授发明了一种用于合成纤维的光致变色颜料，热分解温度可达214℃。可将此颜料直接加入到树脂中，用熔融法拉丝制备光致变色纤维。
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。热敏变色纤维制成的服装首次在英国皇家服装协会举办的时装展示会上亮相时，就产生了轰动效应，服装随温度变化而变化，让观众目不暇接，叹为观止。
热敏变色材料可分为有机类和无机类两种。无机类热敏变色材料在纺织品加工中的应用并不多，原因在于其变色通常在溶液中，或高温条件下，或不可逆。而较为理想的纺织品应用变色材料应是可逆的变色，切为固体或微胶囊状态，在穿着温区（-10℃~35℃）发生色变。此外，这类耳机化合物大多有毒，故主要用于热指示涂料或试温笔等。有机类热敏变色材料的基本组成有三种：成色有机化合物，决定生成的颜色；提供质子的有机化合物，影响颜色的浓度，如双酚A 等；有一定极性的有机溶剂，控制变色温度，如高级脂肪醇等。这几种组分的不同选择与配合课实现变色温度的选择性，颜色组合的自由度、变色明显度及价格因素更特点，很有发展前景。但是也有缺点，如变色不明显，有些牢度不够理想，所以用于一些要求不高的热变色印花。
2 变色纤维的制造技术
按生产工艺不同，变色纤维的制造技术主要包括溶液纺丝发、熔融纺丝法、后整理法以及接枝聚合法。
2.1 溶液纺丝法
与常规溶液纺丝方法相近，但要在成纤的纺丝液中加入具有可逆变色的染料和防止染料转移的试剂——即将变色化合物和防止染料转移的试剂直接添加到纺丝液中进行纺丝。
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
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。
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、聚酰胺等聚合物熔融纺丝。
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，共熔纺丝得到的光敏变色皮芯复合纤维。芯组分一般熔点不高于230℃，含1％—4％变色剂的热塑性树脂。变色粒子的尺寸为1000—50000㎜，耐光性≥200℃。皮组分熔点≤280℃的热塑性树脂，起维持纤维力学性能的作用。
2.3 后整理法以及接枝聚合法。
后整理法中最重要的一种方法是变色染料的采用，变色染料染色一般不需改变常规的染色工艺及染色设备，关键在于变色燃料的选择，从而得到满意的染色效果和变色效果。
接枝聚合法主要采用接枝聚合技术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，单体在纤维内进行聚合，试纤维具有光致变色性。接枝聚合技术对变色材料的要求较低。它不经过纺丝过程，而且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。
3 变色纤维的应用和前景
变色纤维材料是近几年来迅速发展的高技术功能纤维。在追求纤维制品高功能化，高技术化，高审美性的今天，变色纤维制品满足了大多数人的爱美之心，必将得到人们越来越多的重视，而对变色化合物及其在纤维制品的应用的开发和研究也会更加的深入。目前，直接用于纺织品加工的还不多，主要是因为染料价格较高，耐高温，耐光牢度不理想，反复实用性和稳定较差，发色褪色速度缓慢等。所以人们迫切的希望开发出更多的耐高温，具有较好的稳定性和较高的色牢度的变色纤维。
随着经济的发展，变色纤维必将在未来的纤维制品中占据重要的地位。变色纤维安全领域和防伪领域起到越来越重要的作用，装饰服装的领域需求也越来越大。今后，国内外的科技工作者们一定会研究出更多更好的变色纤维制品。人们对纺织品的求新心理和好奇心日益增强，对服装的颜色的要求也越来越丰富多彩，而变色纤维恰好满足了人们的这种消费心理。这类纤维可广泛应用于裤子、泳衣、休闲运动服、工作服、儿童服装、窗帘、玩具等。在军事上可制成军事伪装；在防伪领域课作为防伪材料应用于票据、证件、商标等。
我国是一个发展中国家，随着经济的增长，纺织品的需求将会越来越多，许多新型功能型纺织品逐渐在市场上。变色纤维制品作为一种新型的功能型纤维具有很好的应用前景，它的出现必将在纺织品带来更加绚丽多彩的全新变革。
参考文献：
[1] 辛忠, 黄德音. 功能性聚合染料的合成与应用进展[J]. 现代化工, 1994, （3）:11-12
[2] 田禾. 功能性色素在高新技术的应用[M]. 北京：化学工业出版社, 2001
[3] 戒能多邦. 光非线性高分子材料[J]. 纤维学会志, 1992,(48):5
[4] 高洁. 功能纤维与智能材料[M]. 北京：中国纺织出版社, 2004.4
[5] 刘晓红, 陈海宏. 光致变色织物的制备及应用[J]. 中国现代纺织技术, 2012
[6] 孙宾宾, 杨博, 王明远. 光致变色功能纤维的制备方法及研发趋势[J]. 甘肃科
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[7] 万震, 王炜, 谢均. 热敏变色材料及其在纺织品上的应用[J]. 丝绸, 2003.(8):6
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[9] 章献民, 吴哲夫, 孙润光. 温度变色有机电致发光研究[J] .电子学报2002, (8):
39-41
[10] 苏海涛, 郭虹, 王学军. 热致变色材料与防伪应用[J]. 标准化报道1997 18 (0 4) :
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冯社永, 倪恨美, 顾利霞光敏变色聚丙烯纤维的研究[J]. 合成纤维1998.(05) : 20-24
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苏海涛, 郭虹, 王学军热致变色材料与防伪应用[J]. 标准化报道1997 18 (0 4) : 26-27
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