光致變色材料及其在紡織品中的應用

林 敢 賈濟如

（常熟理工學院紡織服裝與設計學院，江蘇 常熟 215500）

1 光致變色材料的定義及分類

變色材料是一種可以根據外部環境的條件而改變顏色的物質，其中，光敏性變色材料可以因紫外線、近紅外線或電場等外部條件而改變顏色。比如，智能窗戶上的光敏涂層可以根據陽光強度調整自己的顏色，以減少室內溫度和陽光的輻射。不僅如此，變色材料在許多領域中具有廣泛的應用，包括溫度指示器、智能玻璃、可穿戴設備等，它們為創新提供了無限可能。

光致變色材料（Photochromic Materials）是指能夠在受到光照或其他激發條件下發生顏色變化的特殊材料，通常被用于光學、傳感器、數據存儲等領域。根據其基本機理和性質，光致變色材料可以分為以下幾種類型：（1）光致自旋轉移材料：這種材料中的電子自旋可在不同能級之間發生轉移，從而影響材料的顏色。（2）光致化學反應材料：這種材料的顏色變化與化學反應有關。當受到外界光照或其他激發條件時，材料中的化學物質會發生反應，導致顏色的改變。（3）光致相變材料：這種材料的顏色變化與其晶體結構的相變有關。當受到外界光照或其他激發條件時，材料的晶體結構會發生改變，導致顏色的變化。（4）光致液晶材料：這種材料的顏色變化與液晶分子的轉動或排列有關。當受到外界光照或其他激發條件時，液晶分子的排列或轉動會發生改變，導致顏色的變化。

光致變色材料能夠隨著光照強度或波長的變化而改變顏色。在紡織品制造中，光致變色材料通常被包裹在纖維或紗線中，并且可以根據需要控制其濃度，以獲得不同的顏色效果。當這些紡織品暴露在紫外線或可見光下時，光敏染料會吸收光子并在分子結構中引起一定程度的變化，從而使整個紡織品的顏色發生變化。這種技術在許多應用中得到了廣泛使用，例如服裝、家居紡織品和運動衣服等。它們可以用于設計具有獨特圖案和顏色的產品，或者用于制造溫度指示器和其他先進的功能性材料。總之，光致變色紡織品的實現離不開光敏染料的使用，這些材料可通過吸收光子來改變其分子結構并改變顏色。

2 光致變色紡織品制備方法

光致變色紡織品的制備過程主要包括染色、印花及后整理等方法。

（1）染色工藝制備光致變色紡織品

選擇具有光致變色性能的染料，如紫外線光敏染料對棉、麻、絲、毛等紡織品進行染色，具體過程如下：將光致變色染料按照一定比例加入到染料助劑中，攪拌均勻以備染色。對紡織品進行預處理，包括洗滌、漂白、酸洗等，以去除雜質和提高染色效果。加入染料溶液，按照一定的時間和溫度進行染色，然后再把染色完成的紡織品進行后處理，包括漂洗、烘干等，以去除多余染料和提高光致變色效果。最后，對染色后的紡織品進行檢驗，包括顏色、光致變色效果等方面的檢測。然而上染后直接暴露在外界環境中的光致變色染料極易受到其他外部因素的干擾而造成不可修復的損傷。不僅如此，油性的光致變色染料無法采用染色法進行上染，所以并不適用于所有光致變色紡織品的制備。

（2）印花法制備光致變色紡織品

與傳統印花工藝無異，其對于棉織物的印花效果最佳。在進行染色印花前需要對織物進行預處理，以便提高其光致變色效果。常用的預處理方法包括堿煮、酸洗等。將制備好的染料與粘合劑及增稠劑以一定比例調配后通過篩網印花的方式在預處理后的織物上進行印花，得到所需要的圖案和顏色效果。在完成印花后，需要對織物進行熱烘處理，將染料牢固地與纖維結合在一起，以保持染色的穩定性。最后，將經過熱固定處理的織物暴露在特定波長的紫外燈光源下，即可觀察到顏色發生變化的現象。

（3）微膠囊法制備光致變色紡織品

無論是染色還是印花，光致變色的染料分子都容易受到環境因素影響進而導致其光化學耐疲勞度差。微膠囊化的光致變色材料通過致密的外殼來保護其中的染料不受影響。因此，選擇微膠囊法可以提高光致變色紡織品的耐疲勞性，擴大其應用范圍。光致變色微膠囊內部包含兩種或以上的化學物質：一個是光敏染料，另一個則是開關分子。光敏染料能夠吸收特定波長的光并轉化為激發態，而開關分子則具有可以被光激發的群基。當這些分子在膠囊中充分混合并封裝起來時，就形成了一種光敏感的系統。當特定波長的光照射到光致變色微膠囊上時，被吸收的光子會導致光敏染料分子躍遷到激發態，同時激活開關分子發生位置改變，使得光敏染料分子發生構象變化，從而導致顏色的變化。不同種類的光敏染料分子所對應的激發態和構象變化也不盡相同，因此其顏色的變化也各具特點。總之，光致變色微膠囊的變色機理是通過光照射激發光敏染料和開關分子的互作用，使得分子內部的結構發生改變，從而導致顏色的變化。

3 光致變色紡織品的應用

光致變色紡織品具有以下特點：在普通室內光照下，其顏色表現為淡色或無色；而在太陽光或紫外線下照射后，會發生可逆的顏色變化。這一特性為紡織品注入了更多的設計元素，也使得光致變色紡織品具有更廣泛的應用價值。光致變色的材料主要分為兩類：紫外線敏感型和可見光敏感型。其中，紫外線敏感型光致變色材料在紫外線作用下會發生原子結構的改變，使得其顏色發生變化；而可見光敏感型光致變色材料在可見光照射下則會發生分子結構的改變，從而實現顏色變化。光致變色紡織品可應用于服裝、家居紡織品、戶外用品等多個領域。例如，在戶外用品中，光致變色紡織品可以制作防曬衣、帳篷等；在服裝領域，光致變色紡織品則可以應用于服飾表演等場合，增強視覺效果。總之，光致變色紡織品作為一種新興材料，具有良好的應用前景。通過對光致變色紡織品進行深入的研究和開發，將有望實現其在更多領域中的應用。

4 總結

綜上所述，研究光致變色紡織品是一個具有重要學術和實際意義的課題。將對推動材料科學的發展，推動學科交叉融合，提高紡織品的附加值，促進社會經濟的發展方面發揮重要的作用。