光致变色织物光照变色疲劳性的研究

黄俊宇，陈丽华

(北京服装学院 材料设计与工程学院, 北京 100029)

近年来，科技发展迅速，纺织行业大力推广智能化织物。光致变色纤维织物可在日光紫外线的作用下由白色转变为其他颜色，除去光照后，织物可快速回复至无色[1]，因其颜色变化的可逆性、无需二次染色的环保性等，受到研究学者和消费者的广泛关注。近年来学者们研究合成了多种有机和无机光致变色微胶囊以及光致变色物质与纤维或织物的结合[2]，但是光致变色化合物易受到外界环境的影响发生氧化裂解导致耐疲劳性降低[3]。本文设计织造了一种光致变色斜纹织物，测试光照时间以及光照次数对光致变色纤维织物变色疲劳性的影响，研究结果对光致变色纤维织物与服装的使用及保养具有一定的参考价值。

1 试验部分

1.1 原料选择与织造

选择线密度为16.67 tex的光致变色粘胶长丝(光变红色)为原料，设计织物组织为1/3右斜纹，经向密度为260根/(10 cm)，纬向密度为290根/(10 cm)，采用SL7900小样织机(台湾硕奇公司)织造[4]。

1.2 光致变色疲劳性测试

1.2.1 试验设备

1.2.2 试验方法

采用紫外光源和户外太阳光源对光致变色织物进行不同时间和循环次数的照射，每组试验准备3块试样，尺寸为30 cm×30 cm，织物折叠4层，平整不透光。

照射试验后立即对织物进行测色，每块试样取5个不同的点测试其变色效果，取其平均值。

每隔5 s对织物进行测色，直至色彩指标不再变化，即认定织物变色回复(即变白)完全或丧失变色性能，记录每块试样变色回复时间并取其平均值。

1.2.3 光照时间对光致变色疲劳性测试

设置光照时间为1、10、50、100、500 min，采用365 nm紫外光源对光致变色织物进行单次照射，并测试其色彩指标与变色回复时间。

1.2.4 光照次数对光致变色疲劳性测试

采用紫外光源和户外日光分别连续照射光致变色织物及光致变色纱线8 h，间隔时间10 h，每次照射后测试其色彩指标与变色回复时间[5-6]。

判断走棋规则是否合法。如果非法，输出结果；如果合法，则判断落点是否有子。如果落点没有棋子，更新棋盘。如果落点有子，首先判断是否为本方棋子，如果是本方棋子，输出结果；否则，更新棋盘。如果吃掉的棋子为敌方将帅，则输出结果胜利。执行步骤4行棋结束后，判断两帅是否相对，如果相对执行步骤4。

1.2.5 光致变色纤维外观形态测试

将未处理的光致变色纤维、紫外光源连续照射后的光致变色纤维和户外日光连续照射后的光变纤维在2 000倍电子显微镜下进行观察，对比其纤维形态。

1.2.6 试验指标

明度L*值为100时表示织物亮度最亮。色相：+a*为红色色调(值越大颜色越红)，-a*为绿色色调(值越小颜色越绿)；+b*为黄色色调(值越大颜色越黄)，-b*为蓝色色调(值越小颜色越蓝)。变色回复时间：光致变色织物经照射后由有色回复至无色的时间，即明度与色相值不再变化的时间。

1.3 显著性及相关性分析

方差分析：采用一元方差分析法，讨论光照时间、光照循环次数对明度和色相影响的显著性。给定显著性水平为0.05和0.01，每个因素由5个因子组成。

相关性分析：采用线性相关系数分析光照时间和光照循环次数对试验指标影响的相关性，进一步衡量光对光致变色织物变色疲劳性的影响。

2 结果与分析

2.1 光照时间对织物变色疲劳性的影响

对光致变色纤维织物进行不同时间的紫外光源单次照射，照射后立即测色。照射时间对光致变色纤维织物变色效果及变色回复时间的影响见表1。

表1 照射时间对光致变色纤维织物变色效果的影响

由表1可以看出，随着照射时间的增加，光致变色纤维织物明度呈递增的趋势，a*值呈递减的趋势。可以得出随着照射时间的增加，光致变色织物变色灵敏度降低，光致变色性能逐渐变差。随着照射时间增加，其变色回复时间呈先增后减趋势。照射1 min时，织物变色回复的时间最长，而后随着照射时间的增加，其变色回复时间迅速缩短，光致变色织物在超过100 min的照射过程中已出现一定程度的变色回复。

2.2 照射次数对织物变色疲劳性的影响

采用2种不同光源对光致变色纤维织物进行循环照射，并测试其颜色指标。循环照射次数对光致变色纤维织物变色效果的影响见表2。可以看出，随着不同光源反复照射次数的增加，明度L*值和黄蓝色调b*值均呈增大的趋势，而红绿色调a*值呈快速降低趋势，循环照射4次后，趋于未照射时的色相，说明其光致变色性能基本丧失；日光照射时色相变化的速度比紫外光源照射时缓慢，这是由于紫外光源的辐射强度比日光更高、更均匀，户外日光紫外线强度中午12∶30至下午14∶30最强；同时，户外环境温湿度存在一定的变化，对光致变色纤维织物的变色效果有一定影响[7-8]。

表2 循环照射次数对光致变色纤维织物变色效果的影响

2.3 光照对光致变色纤维外观形态的影响

光致变色纤维织物经紫外光源及日光分别连续照射后，利用电子显微镜对其纤维表面形态进行观察。不同光源照射后光致变色纤维表面形态见图1。

图1 不同光源照射后光致变色纤维表面形态

由图1可以看出，未处理过的光致变色粘胶纤维类似普通粘胶纤维，纵向表面平直有沟槽，而反复照射后的纤维表面均出现鼓包或细小孔洞，这是由于长时间暴晒导致光致变色微胶囊出现凹陷、破裂,造成芯材流失[9]；同时光致变色粘胶纤维在有氧环境下，经长时间短波高能量的紫外线辐射，会导致光致变色纤维氧化裂解[10-11]，最终导致其纤维织物丧失光致变色性能。

2.4 显著性及相关性分析

对光照时间和光照循环次数对光致变色纤维织物变色疲劳性的影响进行方差分析和相关性分析。光对光致变色疲劳性影响的显著性与相关性见表3。

表3 光对光致变色疲劳性影响的显著性及相关性

注：F为样本显著性检验的统计检定值。

查表可得F0.05(5，24)=2.62，F0.01(5，24)=2.10，表3中，除紫外线光源照射时间对黄蓝色调的影响不显著外F=1.94

表3中，紫外线照射时间、2种光源循环照射次数对红绿色调的线性相关系数分别为-0.98、-0.98、-0.96，均小于0，与a*值呈负相关；紫外线照射时间、2种光源循环照射次数对L*的线性相关系数分别为0.96、0.85、0.88，均大于0，与明度呈正相关。由此可得，随着照射时间、循环照射次数的增加明度增加，而色相降低。

3 结 论

通过研究光对光致变色纤维织物变色疲劳性的影响，可以得到如下结论：

①随着紫外光线照射时间的延长，光致变色纤维织物变色灵敏度降低，变色回复时间延长；紫外光线照射时间超过100 min后，织物在照射过程中会出现变色回复的现象。

②循环照射40 h左右，光致变色微胶囊出现凹陷、破裂，导致光致变色纤维织物丧失光致变色性能。

③光致变色纤维在纺丝过程中可适当添加光稳定剂或光降解抑制剂，对光致变色微胶囊形成保护，延长其光致变色寿命。

④光致变色纤维织物在日常穿着或维护过程中应尽量避免长时间暴晒，注意遮光。