光致發(fā)光與變色纖維發(fā)展趨勢

光致發(fā)光與變色纖維由于響應(yīng)速度快、操作方便，在民用功能纖維與紡織品中將發(fā)揮不可替代的作用

發(fā)光纖維是指在外界條件（包括光、電、磁、壓力、溫度等）激發(fā)下，發(fā)光中心發(fā)生電子躍遷而產(chǎn)生可見光的新型功能纖維。由于光致發(fā)光與變色纖維具有優(yōu)異的隱身、偽裝、防偽和熒光指示等功能，已經(jīng)被廣泛用于航天航空、軍事裝備、及性顯示、特種過程監(jiān)控、產(chǎn)品防偽識(shí)別等領(lǐng)域。

隨著高分子功能改性技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得一些新型光致發(fā)光與變色材料走入高分子的世界，并通過與紡絲工藝的有機(jī)結(jié)合，使得單基色、多基色以及智能調(diào)色發(fā)光纖維相繼問世并量產(chǎn)。如日本Kanebo 公司將吸收350nm～400nm 波長紫外線后由無色變?yōu)闇\藍(lán)色或深藍(lán)色的光致變色材料包覆在微膠囊中制成光致變色織物。而相應(yīng)產(chǎn)品在美國、韓國也有銷售。除服用產(chǎn)品外，隨著多種形貌納米發(fā)光與變色纖維的研發(fā)，有機(jī)光致發(fā)光材料在納米限域空間中被均勻分散，其發(fā)光功能達(dá)到最佳，這使得納米發(fā)光纖維及其纖維膜在稀有和有害氣體快速熒光指示方面展現(xiàn)出了極大優(yōu)勢和較好的產(chǎn)業(yè)化前景。隨著有機(jī)發(fā)光材料表面改性技術(shù)的不斷進(jìn)步，有機(jī)發(fā)光與變色材料的熱分解溫度將步入中高溫區(qū)域（350℃～400℃），在聚苯硫醚、芳綸等耐高溫纖維應(yīng)用領(lǐng)域，有機(jī)發(fā)光與變色材料將會(huì)占有一席之地，而聚合物耐高溫纖維產(chǎn)品在熒光指示的監(jiān)控下，也將揭開在使用過程中的性能衰減的神秘面紗，這對(duì)高性能纖維以及其復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能的優(yōu)化重組具有重要意義。

光致發(fā)光與變色纖維的分類

按照添加的發(fā)光材料的組成不同可分為無機(jī)光致發(fā)光纖維和有機(jī)光致發(fā)光纖維：按照發(fā)光功能的不同可分為蓄光型光致發(fā)光纖維、光致發(fā)光纖維和光致變色纖維；按照發(fā)光的顏色可分為單基色發(fā)光纖維、多基色發(fā)光纖維和智能調(diào)色光致發(fā)光纖維（智能調(diào)色光致發(fā)光纖維一般為溫度、濕度、光線、pH 等多重響應(yīng)為一體的光致發(fā)光纖維）。而按照纖維的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工方法可將光致發(fā)光纖維分為本征光致發(fā)光纖維、通用型光致發(fā)光纖維和納米光致發(fā)光纖維。本征光致發(fā)光纖維是基于蝴蝶、變色龍等動(dòng)物光致發(fā)光與變色的仿真機(jī)理，通過纖維表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與調(diào)控，結(jié)合太陽光線的折射機(jī)理而制備的一類光致發(fā)光纖維，也稱為結(jié)構(gòu)變色纖維。通用型光致發(fā)光纖維是指通過光致發(fā)光材料的摻雜與改性，結(jié)合傳統(tǒng)紡絲方法制備的直徑在1μm～10μm 的光致發(fā)光纖維，主要包括PP 光致發(fā)光纖維、生物基光致發(fā)光纖維以及PET 光致發(fā)光纖維等。納米光致發(fā)光纖維是指利用靜電紡絲技術(shù)、閃蒸紡絲技術(shù)等制備的直徑在50nm～600nm 的光致發(fā)光纖維。按照纖維表面結(jié)構(gòu)的不同，納米光致發(fā)光纖維又分為表面光滑的納米發(fā)光纖維、多孔狀納米發(fā)光纖維和蛛網(wǎng)狀超細(xì)納米發(fā)光纖維。

光致發(fā)光與變色纖維的發(fā)展現(xiàn)狀

PP 光致發(fā)光纖維

20世紀(jì)90年代，東華大學(xué)、江南大學(xué)基于SrAl2O4:Eu2+,Dy3+等無機(jī)稀土發(fā)光材料的優(yōu)異發(fā)光特點(diǎn)通過熔法紡絲制備了蓄光型PP 光致發(fā)光纖維，這種發(fā)光纖維通過幾分鐘的紫外光照射后可持續(xù)發(fā)光幾個(gè)小時(shí)，在環(huán)衛(wèi)、煤礦等特殊做業(yè)群體的工裝上發(fā)揮了重要作用。在本世紀(jì)初，天津工業(yè)大學(xué)通過有機(jī)光致發(fā)光材料的表面改性，將具有一定熱穩(wěn)定性的苯甲酸類稀土發(fā)光材料通過熔法紡絲制備出具有防偽效果的PP光致發(fā)光纖維，這種纖維在特定波長的紫外光照射下會(huì)顯現(xiàn)出可見光，去除紫外光后顏色會(huì)瞬間消失，在特種產(chǎn)品的防偽標(biāo)識(shí)上得到了應(yīng)用。

生物基光致發(fā)光與變色纖維

2016年，新鄉(xiāng)化纖股份有限公司通過表面包覆技術(shù)將光致變色發(fā)光材料引入傳統(tǒng)的纖維素纖維生產(chǎn)工藝，制備出具有光致發(fā)光與變色效果的纖維素纖維。該產(chǎn)品的研發(fā)成功，對(duì)拓展纖維素產(chǎn)品的應(yīng)用具有重要意義。2018年，青島大學(xué)將光致變色材料、溫敏變色材料和長余輝發(fā)光材料添加到纖維中，賦予海藻纖維和聚乙烯醇纖維一系列的光致發(fā)光與變色性能。當(dāng)光致變色材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí), 纖維具有平整光潔的外觀形態(tài), 其拉伸斷裂強(qiáng)力為48.36cN，比同條件下制備的純海藻纖維提高12%。纖維在光照下可迅速變色，并在移離光源后1min 內(nèi)褪色完全。光致變色纖維在光照20 次后變色、褪色效率未發(fā)生明顯變化，耐久性較好。

PET 光致發(fā)光纖維

2017年，天津工業(yè)大學(xué)、南開大學(xué)和天津孚信科技有限公司通過微膠囊改性技術(shù)將光致變色材料進(jìn)行表面改性后，利用PET 熔法紡絲工藝制備出在太陽光下呈現(xiàn)出紅光的PET 光致發(fā)光纖維產(chǎn)品。2018年，天津工業(yè)大學(xué)通過表面包覆改性與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將有機(jī)光致發(fā)光與光致變色材料有機(jī)結(jié)合，制備了多基色光致發(fā)光纖維。該產(chǎn)品基于紅、綠、藍(lán)3 種調(diào)色機(jī)理，在不同紫外波長照射下可產(chǎn)生多種顏色的發(fā)光效果，在PET 服飾中將具有較好的應(yīng)用前景。

納米光致發(fā)光纖維

靜電紡絲技術(shù)是一種在室溫或較低溫度下制備納米纖維的加工方法，這為多種發(fā)光材料在納米發(fā)光纖維上的應(yīng)用提供了方便條件。通過靜電紡絲技術(shù)，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酯、醋酸纖維素、聚乳酸、甲殼素等20 多種光致發(fā)光與變色纖維與纖維膜產(chǎn)品被國內(nèi)外研究人員相繼成功制備。研究內(nèi)容覆蓋材料、化工、生物、電子、醫(yī)學(xué)、能源、航空、航天等諸多領(lǐng)域；產(chǎn)品應(yīng)用涵蓋服裝、制藥、環(huán)境、石油化工、防偽標(biāo)識(shí)、氣體傳感器、人體健康監(jiān)測器等產(chǎn)品。其相關(guān)產(chǎn)品在特定功能、特定領(lǐng)域上具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

光致發(fā)光纖維面料。

光致發(fā)光與變色纖維發(fā)展趨勢

隨著人們安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，產(chǎn)品防偽與環(huán)境的安全檢測將會(huì)受到人們的普遍關(guān)注。光致發(fā)光與變色纖維由于響應(yīng)速度快、操作方便，在民用功能纖維與紡織品中將發(fā)揮不可替代的作用。基于此，光致發(fā)光與變色纖維的研究可能呈現(xiàn)以下趨勢。

長效性光致發(fā)光與變色纖維

可循環(huán)利用是纖維產(chǎn)品發(fā)展的重要課題，具有可恢復(fù)功能的光致發(fā)光與變色纖維產(chǎn)品在循環(huán)使用上具有重要意義。

復(fù)合型舒適光致發(fā)光與變色纖維

舒適性是服用產(chǎn)品的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，所以研究開發(fā)與成纖聚合物高度親合的有機(jī)光致發(fā)光與變色材料，制備出具有較好舒適性和多種功能的光致發(fā)光與變色纖維可有效推進(jìn)光致發(fā)光纖維的廣泛應(yīng)用。

環(huán)保型光致發(fā)光與變色纖維

開發(fā)以生物可降解聚合物為主體的光致發(fā)光與變色纖維，是光致發(fā)光纖維近期研究的重要課題。

超高溫光致發(fā)光纖維

具有較好發(fā)光強(qiáng)度、較長熒光壽命和較高量子效率的有機(jī)、無機(jī)耐高溫光致發(fā)光纖維在特種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒕哂袧撛趹?yīng)用價(jià)值。

結(jié)語

隨著我國環(huán)保安全標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)的建立，人們的安全環(huán)保意識(shí)將會(huì)不斷提高，光致發(fā)光與變色纖維將會(huì)越來越受到人們的廣泛關(guān)注，在熒光防偽與有害氣體快速檢測上將發(fā)揮重要作用。