光致變色材料在服裝染織設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用與實(shí)踐

吳妍妍 王 利 翁郁婷 袁春睿 韓柳倩 張曉寧

光致變色材料是近年來國際上出現(xiàn)的一類新型功能性材料，它不僅已應(yīng)用于高科技領(lǐng)域，目前也逐漸朝著民用領(lǐng)域發(fā)展。目前，我國這種新型變色材料更多地被應(yīng)用在國防、軍事領(lǐng)域。隨著國內(nèi)外對這種材料的關(guān)注與開發(fā)，光致變色材料不僅局限于原有的應(yīng)用領(lǐng)域，也逐漸向信息產(chǎn)業(yè)、服裝紡織、塑料制品、裝飾材料、旅游用品、防偽制品等領(lǐng)域發(fā)展。由此，光致變色材料與其他行業(yè)材料的綜合性應(yīng)用研究就變得非常重要。由于這種新型光致變色材料之前在民用領(lǐng)域的應(yīng)用型研究基本處在空白階段，因此光致變色材料作為一種新型的變色材料，在服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用相對空白。同時(shí)，縱觀近年國內(nèi)外服裝染織行業(yè)的發(fā)展趨勢，新型材料的開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)成為行業(yè)探索的新方向。

一、光致變色材料的特性及變色原理

光致變色材料是通過紫外線照射使材料原有色彩變化的介質(zhì)性材料。光致變色現(xiàn)象是指某些化合物受到一定波長的光照射時(shí)，可進(jìn)行特定的化學(xué)反應(yīng)，獲得產(chǎn)出物。由于結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致其吸收光譜發(fā)生明顯變化。而在另一波長光照射或熱作用下，又能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。也就是光致變色物質(zhì)A在常溫下初始態(tài)，吸收能量為hv1的光子后變化到亞穩(wěn)態(tài)的B。在光子能量為hv2的光照下，狀態(tài)B通過光化學(xué)反應(yīng)返回到狀態(tài)A?；蛘?，去掉光照后，在室溫或加熱時(shí)，也能從狀態(tài)B熱弛豫返回狀態(tài)A。通常，光化學(xué)反應(yīng)速率很快而熱弛豫速率相對比較慢。通過分子設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)不同弛豫時(shí)間的雙穩(wěn)態(tài)。（圖1）

圖1 光致變色材料變色原理

二、光致變色材料在服裝與服飾產(chǎn)品中的應(yīng)用

目前，光致變色材料通過與普通服裝紡織行業(yè)的染料與印染技術(shù)相結(jié)合，可以初步應(yīng)用于服染織領(lǐng)域中。例如，服裝、服裝配飾、服飾衍生品。

1.場景化產(chǎn)品

光致變色材料由于其需要陽光照射來改變產(chǎn)品色彩，因此適用于經(jīng)常可以跟隨人或移動(dòng)物體在陽光充足和無陽光的場景中不斷轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品。基于這種特征光致變色材料更適合與帶有場景化的服裝與服飾品相結(jié)合。例如，光照充足的沙灘服飾產(chǎn)品（沙灘鞋、沙灘裝等），再如光照充足的夏季服飾品（T恤、遮陽帽、遮陽傘等）。借助特殊場景以及特殊季節(jié)的光照特質(zhì)，可以更好地凸顯光致變色材料的特性，從而凸顯出變色服飾品與普通服飾品的不同，很好地彰顯變色服飾品的特色（圖2、3）。

圖2 變色T恤局部變色效果演示

2.配飾類女性消費(fèi)產(chǎn)品

借助女性消費(fèi)者對服裝配飾、配件的特別需求，可以將光致變色材料應(yīng)用在一般女性消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域。例如，指甲油、頭飾、絲襪等。在這些女性消費(fèi)者常見的產(chǎn)品中融入變色元素，可以有效地改變原有同類產(chǎn)品的屬性，使之成為新的創(chuàng)新型女性消費(fèi)產(chǎn)品（圖4）。

圖4 變色指甲油

3.功能性產(chǎn)品

光致變色材料的變色原理是持續(xù)吸收紫外線能量后發(fā)生化學(xué)鍵斷裂導(dǎo)致吸收波長變化從而體現(xiàn)顏色變化，如若沒有紫外線能量則反應(yīng)終止而回到變色前顏色。這種光致變色材料對紫外線吸收率可達(dá)到75%以上，對紫外線反應(yīng)率優(yōu)于絕大多數(shù)防曬產(chǎn)品。基于這種材料對紫外線的敏感特性，可以應(yīng)用于功能性戶外產(chǎn)品以及防曬產(chǎn)品領(lǐng)域。例如，將光致變色材料與防曬衣、皮膚衣的設(shè)計(jì)結(jié)合，可以起到及時(shí)顯示紫外線強(qiáng)度的功能。同樣的方法也可以應(yīng)用在戶外服飾品以及防曬霜、太陽傘等產(chǎn)品中。同時(shí)，光致變色材料還有在變色時(shí)紫外線強(qiáng)度越強(qiáng)顏色越深、紫外線輻射量與顏色色號(hào)呈線性關(guān)系的特性。因此，可以通過顏色變化直觀顯示紫外線強(qiáng)度，開發(fā)紫外線可視化產(chǎn)品，如可應(yīng)用在服飾配件上的紫外顯示卡片、紫外顯示手環(huán)、紫外顯示貼片等。

4.旅游衍生品以及文創(chuàng)產(chǎn)品

目前，隨著人們生活水平的提高和生活方式的改變，人們對旅游衍生產(chǎn)品以及服飾類文創(chuàng)產(chǎn)品的需求逐漸增加。將光致變色材料應(yīng)用在旅游類以及文創(chuàng)類產(chǎn)品領(lǐng)域，可以較好地提高產(chǎn)品的創(chuàng)意性。利用變色材料在陽光照射前后產(chǎn)生的差異，可以為旅游衍生品和文創(chuàng)產(chǎn)品提供差異化的創(chuàng)意方案，并結(jié)合創(chuàng)意設(shè)計(jì)使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)“微動(dòng)畫”的效果，從而提升衍生品及創(chuàng)意產(chǎn)品的附加值，另外，光致變色材料還可以為衍生產(chǎn)品及文創(chuàng)產(chǎn)品增加防偽功能，保護(hù)創(chuàng)意產(chǎn)品的唯一性（圖5、6、7、8）。

圖5 變色T恤

5.特殊年齡服飾產(chǎn)品

光致變色產(chǎn)品由于其光照前后色彩的變化，增強(qiáng)了產(chǎn)品的趣味性，非常適合應(yīng)用在對趣味性要求較高的兒童服飾品領(lǐng)域。例如，書包、學(xué)生服裝等。同時(shí)，還可以延展到親子服飾用品領(lǐng)域。

三、構(gòu)建光致變色材料應(yīng)用色彩管理體系

目前，光致變色材料已經(jīng)與印染技術(shù)結(jié)合初步應(yīng)用在服裝、織物印染領(lǐng)域。隨著光致變色材料進(jìn)一步應(yīng)用實(shí)踐的展開，將逐步與紡織紗線相結(jié)合，從而形成服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域的新材料。由于變色材料將產(chǎn)品原有色彩改變?yōu)榱硪环N色彩，因此，在利用這種新型材料的設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)就需要一套新的色彩體系與色彩模型，從而可以準(zhǔn)確有效地保證變色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)用。服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域中原有的色彩體系已經(jīng)不足以滿足變色產(chǎn)品對傳統(tǒng)色彩體系的使用需求，缺乏變色前后色彩面貌的對應(yīng)性參考。因此，新型光致變色材料的色彩管理體系以及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建也是新型材料更好地應(yīng)用于服裝染織領(lǐng)域的關(guān)鍵。目前，這類的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)、國際還是一個(gè)空白，所以，新標(biāo)準(zhǔn)的確立對于服裝、服飾、家用紡織品的設(shè)計(jì)與開發(fā)，以及設(shè)計(jì)效果的豐富和延展有著非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義（圖9）。

圖3 變色沙灘鞋變色效果演示

圖6 變色帽子

圖7 變色帆布包

圖8 變色鑰匙墜

圖9 對應(yīng)色卡

1.無色變有色色彩體系

無色變有色色彩體系是指將原來無色的產(chǎn)品變?yōu)橛猩a(chǎn)品的色彩標(biāo)準(zhǔn)和模型。首先，利用涂料原漿與可變色材料（變色粉）進(jìn)行結(jié)合，形成各變色材料的色彩明度的梯次變化，形成標(biāo)準(zhǔn)體系的縱向變化。同時(shí)，組織變色材料的種類、數(shù)量并按色彩排列原理進(jìn)行必要的排序（赤、橙、黃、綠等）。建立出個(gè)體的變色材料與原漿材料結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)色，形成標(biāo)準(zhǔn)可變色原色，體現(xiàn)各色變色材料與原漿材料結(jié)合的最大極限與最終效果。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)變色原色的明度變化。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變色原色的準(zhǔn)確數(shù)值，進(jìn)行回復(fù)式（0或1）的計(jì)算，形成等量的原色與原始數(shù)據(jù)之間的梯度數(shù)值。最后對各新色進(jìn)行直觀比對，確立每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可變原色與原漿之間的不同梯度的準(zhǔn)確數(shù)量（最好達(dá)到每個(gè)原漿與標(biāo)準(zhǔn)可變原色之間梯度適量的一致）。根據(jù)直觀的變化進(jìn)行必要的微調(diào)，形成整體明度梯度變化的效果。

2.有色變有色色彩體系

有色變有色色彩體系是指將原來有色的產(chǎn)品變?yōu)榕c原色產(chǎn)品不同的色彩標(biāo)準(zhǔn)和模型。此色彩體系由兩個(gè)不同的部分組成。第一個(gè)部分是建立各標(biāo)準(zhǔn)可變色原色之間的梯度變化，形成第三個(gè)變色衍生色。第二個(gè)部分是建立標(biāo)準(zhǔn)可變色原色所形成的不同明度色之間的衍生色。

第一部分色彩模型的建立首先根據(jù)簡單色相環(huán)的原理，以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)可變原色為基礎(chǔ)，確立兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可變色原色的基色（極色）。并以兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)變色原色各50%的數(shù)值關(guān)系，配出兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)變色原色的標(biāo)準(zhǔn)中間色（第三色），作為下一步配比試驗(yàn)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。再以50%的數(shù)值加50%的數(shù)值的中間色（第三色）作為基礎(chǔ)，分別向兩極伸延，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的梯度數(shù)量（也可以用相同的方法實(shí)驗(yàn)配置出新的中間值［色］，并以此類推）。完成相應(yīng)梯度具體數(shù)值的計(jì)算，形成理論層面的相等遞進(jìn)關(guān)系，并根據(jù)不同梯度的具體數(shù)值調(diào)和出不同梯度的色彩（新的第三色）。最后形成標(biāo)準(zhǔn)可變色原色所形成的不同明度色之間的衍生色（第三色）。

第二部分的色彩模型主要依據(jù)色彩原理中鄰近色的模式完成兩個(gè)（基本）鄰近色之間的調(diào)配實(shí)驗(yàn)，構(gòu)成鄰近色的變化體系。同時(shí)，利用單個(gè)基本變色原色所形成的不同明度色，和臨近色彩的選擇，進(jìn)行兩個(gè)臨近變色色漿的配置實(shí)驗(yàn)，模型建立方法和第一部分的方法相一致（圖10）。

圖10 中間色彩度推移實(shí)驗(yàn)

四、光致變色材料在服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用的前景與發(fā)展趨勢

1.探求設(shè)計(jì)的新材料和新的表現(xiàn)效果

光致變色材料與用于紡織產(chǎn)品印花染色的化工染料相結(jié)合，以及與服裝紡織品紗線材料相結(jié)合，形成新的紡織品及印花材料體系，豐富現(xiàn)有服裝染織品的種類及設(shè)計(jì)應(yīng)用的效果。為服裝、服飾產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供色彩構(gòu)成方面更為便利的使用條件和更為豐富的視覺效果變化（圖11）。

圖11 變色服裝面料變色前后效果實(shí)踐

光致變色材料在初步與印染材料結(jié)合的應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)上，逐步向服裝與服飾織物領(lǐng)域延伸。將變色材料與紗線結(jié)合，研發(fā)出變色的梭織、針織面料。將這種新材料應(yīng)用于服裝服飾設(shè)計(jì)領(lǐng)域作為服裝面料使用，便可設(shè)計(jì)出整體變色的服飾產(chǎn)品。也可以將變色紗線與刺繡等技術(shù)結(jié)合應(yīng)用在服裝與服飾產(chǎn)品的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中，便可實(shí)現(xiàn)服飾產(chǎn)品中局部的立體變色效果。隨著光致變色材料在服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用中不同維度、廣度的逐步深化，可以預(yù)見光致變色材料未來的更廣闊的發(fā)展空間。同時(shí)，光致變色材料也可以成就服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中新的表現(xiàn)效果的實(shí)現(xiàn)。

2.構(gòu)建新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（新材料的色卡體系）

隨著新型光致變色材料在民用領(lǐng)域應(yīng)用逐漸廣泛，服裝染織產(chǎn)品領(lǐng)域以及文創(chuàng)產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)一種新的產(chǎn)品類別。利用新型的變色材料進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計(jì)也將逐漸成為服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新的發(fā)展方向。由于光致變色材料是一種嶄新的科技材料，因此整個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域與其相關(guān)的設(shè)計(jì)應(yīng)用參照標(biāo)準(zhǔn)和針對設(shè)計(jì)的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。根據(jù)新的變色材料的特性構(gòu)建新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將是未來變色材料應(yīng)用在服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域最重要的基礎(chǔ)。而基于普通色彩應(yīng)用系統(tǒng)建立的光致變色材料色彩（色卡）體系將是變色產(chǎn)品未來發(fā)展的必要條件。這也是變色材料應(yīng)用在民用領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢。