光致變色織物光照變色疲勞性的研究

黃俊宇，陳麗華

(北京服裝學(xué)院 材料設(shè)計與工程學(xué)院, 北京 100029)

近年來，科技發(fā)展迅速，紡織行業(yè)大力推廣智能化織物。光致變色纖維織物可在日光紫外線的作用下由白色轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌伾ス庹蘸?，織物可快速回?fù)至無色[1]，因其顏色變化的可逆性、無需二次染色的環(huán)保性等，受到研究學(xué)者和消費(fèi)者的廣泛關(guān)注。近年來學(xué)者們研究合成了多種有機(jī)和無機(jī)光致變色微膠囊以及光致變色物質(zhì)與纖維或織物的結(jié)合[2]，但是光致變色化合物易受到外界環(huán)境的影響發(fā)生氧化裂解導(dǎo)致耐疲勞性降低[3]。本文設(shè)計織造了一種光致變色斜紋織物，測試光照時間以及光照次數(shù)對光致變色纖維織物變色疲勞性的影響，研究結(jié)果對光致變色纖維織物與服裝的使用及保養(yǎng)具有一定的參考價值。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料選擇與織造

選擇線密度為16.67 tex的光致變色粘膠長絲(光變紅色)為原料，設(shè)計織物組織為1/3右斜紋，經(jīng)向密度為260根/(10 cm)，緯向密度為290根/(10 cm)，采用SL7900小樣織機(jī)(臺灣碩奇公司)織造[4]。

1.2 光致變色疲勞性測試

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)備

1.2.2 試驗(yàn)方法

采用紫外光源和戶外太陽光源對光致變色織物進(jìn)行不同時間和循環(huán)次數(shù)的照射，每組試驗(yàn)準(zhǔn)備3塊試樣，尺寸為30 cm×30 cm，織物折疊4層，平整不透光。

照射試驗(yàn)后立即對織物進(jìn)行測色，每塊試樣取5個不同的點(diǎn)測試其變色效果，取其平均值。

每隔5 s對織物進(jìn)行測色，直至色彩指標(biāo)不再變化，即認(rèn)定織物變色回復(fù)(即變白)完全或喪失變色性能，記錄每塊試樣變色回復(fù)時間并取其平均值。

1.2.3 光照時間對光致變色疲勞性測試

設(shè)置光照時間為1、10、50、100、500 min，采用365 nm紫外光源對光致變色織物進(jìn)行單次照射，并測試其色彩指標(biāo)與變色回復(fù)時間。

1.2.4 光照次數(shù)對光致變色疲勞性測試

采用紫外光源和戶外日光分別連續(xù)照射光致變色織物及光致變色紗線8 h，間隔時間10 h，每次照射后測試其色彩指標(biāo)與變色回復(fù)時間[5-6]。

判斷走棋規(guī)則是否合法。如果非法，輸出結(jié)果；如果合法，則判斷落點(diǎn)是否有子。如果落點(diǎn)沒有棋子，更新棋盤。如果落點(diǎn)有子，首先判斷是否為本方棋子，如果是本方棋子，輸出結(jié)果；否則，更新棋盤。如果吃掉的棋子為敵方將帥，則輸出結(jié)果勝利。執(zhí)行步驟4行棋結(jié)束后，判斷兩帥是否相對，如果相對執(zhí)行步驟4。

1.2.5 光致變色纖維外觀形態(tài)測試

將未處理的光致變色纖維、紫外光源連續(xù)照射后的光致變色纖維和戶外日光連續(xù)照射后的光變纖維在2 000倍電子顯微鏡下進(jìn)行觀察，對比其纖維形態(tài)。

1.2.6 試驗(yàn)指標(biāo)

明度L*值為100時表示織物亮度最亮。色相：+a*為紅色色調(diào)(值越大顏色越紅)，-a*為綠色色調(diào)(值越小顏色越綠)；+b*為黃色色調(diào)(值越大顏色越黃)，-b*為藍(lán)色色調(diào)(值越小顏色越藍(lán))。變色回復(fù)時間：光致變色織物經(jīng)照射后由有色回復(fù)至無色的時間，即明度與色相值不再變化的時間。

1.3 顯著性及相關(guān)性分析

方差分析：采用一元方差分析法，討論光照時間、光照循環(huán)次數(shù)對明度和色相影響的顯著性。給定顯著性水平為0.05和0.01，每個因素由5個因子組成。

相關(guān)性分析：采用線性相關(guān)系數(shù)分析光照時間和光照循環(huán)次數(shù)對試驗(yàn)指標(biāo)影響的相關(guān)性，進(jìn)一步衡量光對光致變色織物變色疲勞性的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照時間對織物變色疲勞性的影響

對光致變色纖維織物進(jìn)行不同時間的紫外光源單次照射，照射后立即測色。照射時間對光致變色纖維織物變色效果及變色回復(fù)時間的影響見表1。

表1 照射時間對光致變色纖維織物變色效果的影響

由表1可以看出，隨著照射時間的增加，光致變色纖維織物明度呈遞增的趨勢，a*值呈遞減的趨勢?？梢缘贸鲭S著照射時間的增加，光致變色織物變色靈敏度降低，光致變色性能逐漸變差。隨著照射時間增加，其變色回復(fù)時間呈先增后減趨勢。照射1 min時，織物變色回復(fù)的時間最長，而后隨著照射時間的增加，其變色回復(fù)時間迅速縮短，光致變色織物在超過100 min的照射過程中已出現(xiàn)一定程度的變色回復(fù)。

2.2 照射次數(shù)對織物變色疲勞性的影響

采用2種不同光源對光致變色纖維織物進(jìn)行循環(huán)照射，并測試其顏色指標(biāo)。循環(huán)照射次數(shù)對光致變色纖維織物變色效果的影響見表2?？梢钥闯?，隨著不同光源反復(fù)照射次數(shù)的增加，明度L*值和黃藍(lán)色調(diào)b*值均呈增大的趨勢，而紅綠色調(diào)a*值呈快速降低趨勢，循環(huán)照射4次后，趨于未照射時的色相，說明其光致變色性能基本喪失；日光照射時色相變化的速度比紫外光源照射時緩慢，這是由于紫外光源的輻射強(qiáng)度比日光更高、更均勻，戶外日光紫外線強(qiáng)度中午12∶30至下午14∶30最強(qiáng)；同時，戶外環(huán)境溫濕度存在一定的變化，對光致變色纖維織物的變色效果有一定影響[7-8]。

表2 循環(huán)照射次數(shù)對光致變色纖維織物變色效果的影響

2.3 光照對光致變色纖維外觀形態(tài)的影響

光致變色纖維織物經(jīng)紫外光源及日光分別連續(xù)照射后，利用電子顯微鏡對其纖維表面形態(tài)進(jìn)行觀察。不同光源照射后光致變色纖維表面形態(tài)見圖1。

圖1 不同光源照射后光致變色纖維表面形態(tài)

由圖1可以看出，未處理過的光致變色粘膠纖維類似普通粘膠纖維，縱向表面平直有溝槽，而反復(fù)照射后的纖維表面均出現(xiàn)鼓包或細(xì)小孔洞，這是由于長時間暴曬導(dǎo)致光致變色微膠囊出現(xiàn)凹陷、破裂,造成芯材流失[9]；同時光致變色粘膠纖維在有氧環(huán)境下，經(jīng)長時間短波高能量的紫外線輻射，會導(dǎo)致光致變色纖維氧化裂解[10-11]，最終導(dǎo)致其纖維織物喪失光致變色性能。

2.4 顯著性及相關(guān)性分析

對光照時間和光照循環(huán)次數(shù)對光致變色纖維織物變色疲勞性的影響進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。光對光致變色疲勞性影響的顯著性與相關(guān)性見表3。

表3 光對光致變色疲勞性影響的顯著性及相關(guān)性

注：F為樣本顯著性檢驗(yàn)的統(tǒng)計檢定值。

查表可得F0.05(5，24)=2.62，F(xiàn)0.01(5，24)=2.10，表3中，除紫外線光源照射時間對黃藍(lán)色調(diào)的影響不顯著外F=1.94

表3中，紫外線照射時間、2種光源循環(huán)照射次數(shù)對紅綠色調(diào)的線性相關(guān)系數(shù)分別為-0.98、-0.98、-0.96，均小于0，與a*值呈負(fù)相關(guān)；紫外線照射時間、2種光源循環(huán)照射次數(shù)對L*的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.96、0.85、0.88，均大于0，與明度呈正相關(guān)。由此可得，隨著照射時間、循環(huán)照射次數(shù)的增加明度增加，而色相降低。

3 結(jié) 論

通過研究光對光致變色纖維織物變色疲勞性的影響，可以得到如下結(jié)論：

①隨著紫外光線照射時間的延長，光致變色纖維織物變色靈敏度降低，變色回復(fù)時間延長；紫外光線照射時間超過100 min后，織物在照射過程中會出現(xiàn)變色回復(fù)的現(xiàn)象。

②循環(huán)照射40 h左右，光致變色微膠囊出現(xiàn)凹陷、破裂，導(dǎo)致光致變色纖維織物喪失光致變色性能。

③光致變色纖維在紡絲過程中可適當(dāng)添加光穩(wěn)定劑或光降解抑制劑，對光致變色微膠囊形成保護(hù)，延長其光致變色壽命。

④光致變色纖維織物在日常穿著或維護(hù)過程中應(yīng)盡量避免長時間暴曬，注意遮光。