基于環(huán)境模擬的光致變色紡織品變色性能及其色牢度

趙博研，姚惠龍，曾文敏

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院纖維檢驗(yàn)所，上海 200040）

隨著人們對(duì)紡織品新穎性和功能性要求的增多，對(duì)紡織品顏色的需求也由實(shí)用型轉(zhuǎn)向兼具特殊功能的時(shí)尚前衛(wèi)型方向發(fā)展，具有高附加值和高效益的光致變色紡織品正好迎合了人們的消費(fèi)心理，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景［1］。但是光致變色材料的穩(wěn)定性和耐疲勞性比較差，容易受到溫度、光照、pH等環(huán)境因素的影響而使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，失去可逆性變色能力［2-3］。同時(shí)由于目前尚缺乏準(zhǔn)確有效的檢測方法，無法對(duì)光致變色紡織品開展耐候性評(píng)價(jià)，嚴(yán)重影響其研發(fā)和改良。

本文以商品化的光致變色紡織品為研究對(duì)象，通過模擬光致激發(fā)環(huán)境，采用手持式分光測色儀測量樣品的顏色變化（ΔEF），測定實(shí)驗(yàn)前后樣品的色牢度等級(jí)及變色性能，以期為相關(guān)企業(yè)和研究人員開發(fā)和設(shè)計(jì)新產(chǎn)品提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

5 種商品化的光致變色紡織品樣品（編號(hào)為1#～5#，均為市購）見圖1。

圖1 光致變色紡織品樣品

1.2 儀器

YS3060 型手持式分光測色儀（深圳市三恩時(shí)科技有限公司），CEL-S500 型氙燈光源系統(tǒng)（北京中教金源科技有限公司）。

1.3 測試

1.3.1 光致變色性能的測試方法

取3 塊光致變色紡織品樣品（50 mm×100 mm），樣品中變色部位不小于4 mm，且變色效果一致。實(shí)驗(yàn)前在GB/T 6529—2008《紡織品調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣下調(diào)濕至少4 h。手持式分光測色儀參數(shù)：4 mm 口徑，D65標(biāo)準(zhǔn)光源，10°視角，UV off（紫外關(guān)閉）；調(diào)節(jié)氙燈光源的工作電流和工作距離至1 sun（AM1.5，1 000 W/m2）。

將樣品放置在一塊中性灰色卡上，在模擬標(biāo)準(zhǔn)太陽光的氙燈光源下照射5 min，撤掉激發(fā)光源后，用手持式分光測色儀測定樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品之間的顏色變化ΔEF，并參照GB/T 32616—2016《紡織品 色牢度試驗(yàn)試樣變色的儀器評(píng)級(jí)方法》計(jì)算對(duì)應(yīng)變色灰卡級(jí)數(shù)GSC作為變色色差。樣品遮光保存30 min，用手持式分光測色儀測定樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品之間的顏色變化ΔEF，并計(jì)算對(duì)應(yīng)變色灰卡級(jí)數(shù)GSC作為恢復(fù)色差。取3塊樣品數(shù)據(jù)的平均值。

1.3.2 光致變色性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)

色彩是光的物理特性和人的視覺特性的綜合反應(yīng)，不同波長的光線作用于視神經(jīng)上引起人腦出現(xiàn)不同顏色。個(gè)體差異和主觀因素將直接影響對(duì)樣品色彩的判斷。為了直觀評(píng)價(jià)人眼觀看變色紡織品的正常狀況，要求參與測試者仔細(xì)觀察原圖（圖2）2 s，在后續(xù)5個(gè)對(duì)比圖（圖3）中選出與原圖有明顯色差的全部圖像，原圖與對(duì)比圖分別對(duì)應(yīng)5 級(jí)色差?？紤]到人眼不具有記憶性，設(shè)計(jì)原圖與對(duì)比圖不在同一頁面上，充分模擬人眼看到紡織品變色前后的狀況。

圖2 原圖

圖3 對(duì)比圖

共收到有效調(diào)查問卷55 份，具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 人眼辨別色差測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

由表1 可知，81.82%的參與測試者可以明顯看出3 級(jí)色差，看出2 級(jí)色差的比例也為81.82%，考慮到使用的是灰色樣卡，實(shí)際變色紡織品還包含色彩變化，更容易分辨，確定變色色差在2 級(jí)及以下可評(píng)定該服裝樣品在相應(yīng)測試參數(shù)下具有光致變色性能。前期測試中發(fā)現(xiàn)樣品恢復(fù)性能均較好，故確定恢復(fù)色差在4 級(jí)及以上可評(píng)定該服裝樣品在相應(yīng)測試參數(shù)下具有光致變色恢復(fù)性。

1.3.3 色牢度測試與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3.1 耐皂洗色牢度

按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》A（1）測試。

1.3.3.2 耐汗?jié)n色牢度

按照GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐汗?jié)n色牢度》測試。

1.3.3.3 耐光色牢度

按照GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐人造光色牢度：氙弧》曬至3級(jí)后測試。

考慮到目前市售的光致變色紡織品大多為針織T 恤，貼身穿著，因此耐汗?jié)n色牢度按照GB 18401—2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》B 類紡織品安全技術(shù)要求進(jìn)行評(píng)價(jià)；耐皂洗色牢度和耐光色牢度按照FZ/T 73020—2012《針織休閑服裝》合格品的質(zhì)量要求進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 耐皂洗色牢度對(duì)光致變色紡織品變色性能的影響

由表2 可知，2#樣品經(jīng)過耐皂洗色牢度實(shí)驗(yàn)后變色級(jí)數(shù)達(dá)到2 級(jí)，按照FZ/T 73020—2012 評(píng)價(jià)為不合格產(chǎn)品；其他樣品變色級(jí)數(shù)均高于3～4 級(jí)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。這是因?yàn)闃悠肪鶠檎馍晕镔|(zhì)，被光激活轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)的亞穩(wěn)態(tài)為有色，穩(wěn)態(tài)為淺色或無色，故耐皂洗色牢度實(shí)驗(yàn)后變色不明顯。

表2 耐皂洗實(shí)驗(yàn)前后樣品的變色性能

分別將耐皂洗實(shí)驗(yàn)前后的樣品進(jìn)行變色性能測定，5 個(gè)樣品的顏色變化ΔEF隨時(shí)間變化趨勢圖如圖4所示，顏色變化ΔEF及模擬色如表3所示。

圖4 樣品的顏色變化ΔEF隨時(shí)間變化趨勢圖

由圖4 和表3 可知，經(jīng)過耐皂洗色牢度實(shí)驗(yàn)的樣品變色性能均有所下降，其中4#和5#樣品變色性能下降幅度較大，變色級(jí)數(shù)從原樣的1 級(jí)降為2 級(jí)，但是仍滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)。但是4#樣品的恢復(fù)性能較差，僅為3 級(jí)，不符合評(píng)價(jià)指標(biāo)，說明經(jīng)過耐皂洗色牢度實(shí)驗(yàn)，4#樣品已經(jīng)不再具有光致變色性能。但是從圖中的曲線趨勢和拐點(diǎn)可以看出，經(jīng)過耐皂洗色牢度實(shí)驗(yàn)，樣品的變色和恢復(fù)速率沒有發(fā)生改變。

表3 耐皂洗實(shí)驗(yàn)前后光致變色紡織品的變色性能

2.2 耐汗?jié)n色牢度對(duì)光致變色紡織品變色性能的影響

耐汗?jié)n實(shí)驗(yàn)前后樣品的顏色變化ΔEF及模擬色如表4所示。

表4 耐汗?jié)n實(shí)驗(yàn)前后樣品的顏色變化ΔEF及模擬色

由表4 可以看出，經(jīng)過耐汗?jié)n色牢度實(shí)驗(yàn)后樣品的變色級(jí)數(shù)均高于3 級(jí)，按照GB 18401—2010 B 類紡織品的安全技術(shù)要求均符合國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求。分別將經(jīng)過耐汗?jié)n色牢度實(shí)驗(yàn)后的樣品進(jìn)行變色性能測定，5 個(gè)樣品的顏色變化ΔEF隨時(shí)間變化趨勢圖如圖5 所示，顏色變化ΔEF及模擬色結(jié)果如表5 所示。由圖5 和表5 可以看出，樣品經(jīng)過耐汗?jié)n色牢度實(shí)驗(yàn)，變色性能普遍下降，尤其是5#樣品，變色級(jí)數(shù)降為2～3 級(jí)，雖然仍具有變色恢復(fù)能力，但是因?yàn)榇笥? 級(jí)，已經(jīng)不具有光致變色性能。4#樣品的變色級(jí)數(shù)從1 級(jí)降為2 級(jí)、1～2 級(jí)，恰好符合變色的指標(biāo)數(shù)值，但恢復(fù)級(jí)數(shù)低于評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此不具有光致變色恢復(fù)能力。4#樣品的耐堿能力高于耐酸能力，其他樣品的耐酸汗?jié)n實(shí)驗(yàn)和耐堿汗?jié)n實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，說明對(duì)酸堿的耐受程度一致。經(jīng)過耐汗?jié)n色牢度實(shí)驗(yàn)，樣品的變色和恢復(fù)速率也沒有發(fā)生改變。

表5 耐汗?jié)n實(shí)驗(yàn)前后樣品的變色性能

圖5 樣品的顏色變化ΔEF隨時(shí)間變化趨勢圖

2.3 耐光色牢度對(duì)光致變色紡織品變色性能的影響

在一定強(qiáng)度和波長的紫外-可見光照射條件下，光致變色材料A 吸收激發(fā)光源的能量，發(fā)生結(jié)構(gòu)方式或電子能級(jí)變化，形成另一種材料B，當(dāng)特定波長的光照消失，材料B 又會(huì)回到材料A。因此光致變色材料對(duì)太陽光尤其是紫外線敏感，經(jīng)過長時(shí)間的光照之后，材料在不穩(wěn)定的狀態(tài)B 停留過久，結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆變化。由表6 可知，樣品向亞穩(wěn)態(tài)顏色變化，且變色最高達(dá)到1 級(jí)，最低也有2～3 級(jí)，按照FZ/T 73020—2012進(jìn)行評(píng)價(jià)，耐光色牢度結(jié)果均不合格。

表6 耐光實(shí)驗(yàn)前后樣品的變色性能

測試經(jīng)過耐光2 個(gè)階段實(shí)驗(yàn)后樣品的變色性能。由表7 可知，除了3#樣品仍具有變色效果外，其他樣品均不具備光致變色性能。

表7 耐光實(shí)驗(yàn)前后樣品的變色性能

3 結(jié)論

（1）光致變色紡織品因穩(wěn)態(tài)為淺色系，經(jīng)過耐皂洗色牢度和耐汗?jié)n色牢度實(shí)驗(yàn)后顏色變化小，除個(gè)別樣品外均符合GB 18401—2010 的B 類紡織品或常用普通紡織品FZ/T 73020—2012合格品的質(zhì)量要求。

（2）光致變色紡織品對(duì)紫外-可見光敏感，經(jīng)過耐光色牢度實(shí)驗(yàn)后發(fā)生不可逆改變，變色級(jí)數(shù)最高為1級(jí)，最低為2～3級(jí)，均不符合常用普通紡織品FZ/T 73020—2012合格品的質(zhì)量要求。

（3）經(jīng)過耐皂洗色牢度和耐汗?jié)n色牢度實(shí)驗(yàn)后，樣品的變色和恢復(fù)速率沒有發(fā)生改變。

（4）經(jīng)過耐皂洗色牢度實(shí)驗(yàn)，1 個(gè)樣品失去光致變色性能；經(jīng)過耐汗?jié)n色牢度實(shí)驗(yàn)，2 個(gè)樣品失去光致變色性能，說明樣品對(duì)皂洗和汗?jié)n一般敏感；但經(jīng)過耐光色牢度實(shí)驗(yàn)后，4 個(gè)樣品失去光致變色性能，說明樣品對(duì)光照極度敏感。