光致变色材料及其在纺织品中的应用

林 敢 贾济如

（常熟理工学院纺织服装与设计学院，江苏 常熟 215500）

1 光致变色材料的定义及分类

变色材料是一种可以根据外部环境的条件而改变颜色的物质，其中，光敏性变色材料可以因紫外线、近红外线或电场等外部条件而改变颜色。比如，智能窗户上的光敏涂层可以根据阳光强度调整自己的颜色，以减少室内温度和阳光的辐射。不仅如此，变色材料在许多领域中具有广泛的应用，包括温度指示器、智能玻璃、可穿戴设备等，它们为创新提供了无限可能。

光致变色材料（Photochromic Materials）是指能够在受到光照或其他激发条件下发生颜色变化的特殊材料，通常被用于光学、传感器、数据存储等领域。根据其基本机理和性质，光致变色材料可以分为以下几种类型：（1）光致自旋转移材料：这种材料中的电子自旋可在不同能级之间发生转移，从而影响材料的颜色。（2）光致化学反应材料：这种材料的颜色变化与化学反应有关。当受到外界光照或其他激发条件时，材料中的化学物质会发生反应，导致颜色的改变。（3）光致相变材料：这种材料的颜色变化与其晶体结构的相变有关。当受到外界光照或其他激发条件时，材料的晶体结构会发生改变，导致颜色的变化。（4）光致液晶材料：这种材料的颜色变化与液晶分子的转动或排列有关。当受到外界光照或其他激发条件时，液晶分子的排列或转动会发生改变，导致颜色的变化。

光致变色材料能够随着光照强度或波长的变化而改变颜色。在纺织品制造中，光致变色材料通常被包裹在纤维或纱线中，并且可以根据需要控制其浓度，以获得不同的颜色效果。当这些纺织品暴露在紫外线或可见光下时，光敏染料会吸收光子并在分子结构中引起一定程度的变化，从而使整个纺织品的颜色发生变化。这种技术在许多应用中得到了广泛使用，例如服装、家居纺织品和运动衣服等。它们可以用于设计具有独特图案和颜色的产品，或者用于制造温度指示器和其他先进的功能性材料。总之，光致变色纺织品的实现离不开光敏染料的使用，这些材料可通过吸收光子来改变其分子结构并改变颜色。

2 光致变色纺织品制备方法

光致变色纺织品的制备过程主要包括染色、印花及后整理等方法。

（1）染色工艺制备光致变色纺织品

选择具有光致变色性能的染料，如紫外线光敏染料对棉、麻、丝、毛等纺织品进行染色，具体过程如下：将光致变色染料按照一定比例加入到染料助剂中，搅拌均匀以备染色。对纺织品进行预处理，包括洗涤、漂白、酸洗等，以去除杂质和提高染色效果。加入染料溶液，按照一定的时间和温度进行染色，然后再把染色完成的纺织品进行后处理，包括漂洗、烘干等，以去除多余染料和提高光致变色效果。最后，对染色后的纺织品进行检验，包括颜色、光致变色效果等方面的检测。然而上染后直接暴露在外界环境中的光致变色染料极易受到其他外部因素的干扰而造成不可修复的损伤。不仅如此，油性的光致变色染料无法采用染色法进行上染，所以并不适用于所有光致变色纺织品的制备。

（2）印花法制备光致变色纺织品

与传统印花工艺无异，其对于棉织物的印花效果最佳。在进行染色印花前需要对织物进行预处理，以便提高其光致变色效果。常用的预处理方法包括碱煮、酸洗等。将制备好的染料与粘合剂及增稠剂以一定比例调配后通过筛网印花的方式在预处理后的织物上进行印花，得到所需要的图案和颜色效果。在完成印花后，需要对织物进行热烘处理，将染料牢固地与纤维结合在一起，以保持染色的稳定性。最后，将经过热固定处理的织物暴露在特定波长的紫外灯光源下，即可观察到颜色发生变化的现象。

（3）微胶囊法制备光致变色纺织品

无论是染色还是印花，光致变色的染料分子都容易受到环境因素影响进而导致其光化学耐疲劳度差。微胶囊化的光致变色材料通过致密的外壳来保护其中的染料不受影响。因此，选择微胶囊法可以提高光致变色纺织品的耐疲劳性，扩大其应用范围。光致变色微胶囊内部包含两种或以上的化学物质：一个是光敏染料，另一个则是开关分子。光敏染料能够吸收特定波长的光并转化为激发态，而开关分子则具有可以被光激发的群基。当这些分子在胶囊中充分混合并封装起来时，就形成了一种光敏感的系统。当特定波长的光照射到光致变色微胶囊上时，被吸收的光子会导致光敏染料分子跃迁到激发态，同时激活开关分子发生位置改变，使得光敏染料分子发生构象变化，从而导致颜色的变化。不同种类的光敏染料分子所对应的激发态和构象变化也不尽相同，因此其颜色的变化也各具特点。总之，光致变色微胶囊的变色机理是通过光照射激发光敏染料和开关分子的互作用，使得分子内部的结构发生改变，从而导致颜色的变化。

3 光致变色纺织品的应用

光致变色纺织品具有以下特点：在普通室内光照下，其颜色表现为淡色或无色；而在太阳光或紫外线下照射后，会发生可逆的颜色变化。这一特性为纺织品注入了更多的设计元素，也使得光致变色纺织品具有更广泛的应用价值。光致变色的材料主要分为两类：紫外线敏感型和可见光敏感型。其中，紫外线敏感型光致变色材料在紫外线作用下会发生原子结构的改变，使得其颜色发生变化；而可见光敏感型光致变色材料在可见光照射下则会发生分子结构的改变，从而实现颜色变化。光致变色纺织品可应用于服装、家居纺织品、户外用品等多个领域。例如，在户外用品中，光致变色纺织品可以制作防晒衣、帐篷等；在服装领域，光致变色纺织品则可以应用于服饰表演等场合，增强视觉效果。总之，光致变色纺织品作为一种新兴材料，具有良好的应用前景。通过对光致变色纺织品进行深入的研究和开发，将有望实现其在更多领域中的应用。

4 总结

综上所述，研究光致变色纺织品是一个具有重要学术和实际意义的课题。将对推动材料科学的发展，推动学科交叉融合，提高纺织品的附加值，促进社会经济的发展方面发挥重要的作用。