變色纖維材料是近些年來迅速發(fā)展、極富生命力的高技術(shù)功能纖維，它具有高附加值和高效益。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，發(fā)光纖維在安全領(lǐng)域和防偽領(lǐng)域起著越來越重要的作用，裝飾服飾領(lǐng)域隨著人們對(duì)紡織品的求新及個(gè)性化要求的心理日益增強(qiáng)和對(duì)功能性要求的提高，對(duì)服裝顏色的要求也由實(shí)用型轉(zhuǎn)向豐富多彩，而變色纖維材料正好迎合了人們的這種消費(fèi)心理，需求越來越大，近些年來發(fā)展迅速。該類纖維在軍事上可作為軍事偽裝和某些功能性測(cè)試；在防偽領(lǐng)域可作為防偽材料廣泛應(yīng)用于票據(jù)、證件、商標(biāo)等；在裝飾服飾領(lǐng)域可廣泛應(yīng)用于T恤衫、褲子、游泳衣、休閑運(yùn)動(dòng)服、工作服、兒童服裝、窗簾、玩具等。隨著高新技術(shù)不斷引入該領(lǐng)域，變色纖維不斷發(fā)展并完善，開發(fā)新型變色纖維材料、變色織物的開發(fā)具有良好的發(fā)展前途和寬廣的應(yīng)用前景。
一、變色纖維的起源
早在1899年，人們發(fā)現(xiàn)某些固體和液體的化合物有光敏性，從此，各種光致變色材料的研究就引起了人們極大的興趣。20世紀(jì)50年代，Hirshbery發(fā)現(xiàn)了螺吡喃類化合物的光致變色現(xiàn)象，并將這種現(xiàn)象稱為"Potochromism"(光致變色)。變色纖維最早應(yīng)用在1970年的越南戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場上，美國的CYANAMIDE公司為滿足美軍對(duì)作戰(zhàn)服裝的要求而開發(fā)的一種可以吸收光線后改變顏色的織物。此后各種變色復(fù)合纖維，如繡花絲絨、針織紗、機(jī)織紗等，廣泛用于裝飾皮革、運(yùn)動(dòng)鞋、毛衣等，受到人們的喜愛。
二、變色纖維種類
變色纖維是一種具有特殊組成或結(jié)構(gòu)，在受到光、熱、水分、不同酸堿性或輻射等外界條件刺激后可以自動(dòng)改變顏色的纖維。變色纖維目前主要品種有光致變色和溫致變色兩種，其它還有水致色和酸致色等。
1、光敏變色纖維
自從1989年WMARCKWALD發(fā)現(xiàn)了某些固體或液體化合物具有光敏性能以來，各種光敏材料的研究就引起了人們極大的興趣。日本首先開發(fā)出光致變色復(fù)合纖維，并以此為基礎(chǔ)制得了各種光敏纖維制品，如繡花絲絨、針織紗、機(jī)織紗等，用于裝飾皮革、運(yùn)動(dòng)鞋、毛衣等，受到人們的廣泛喜愛。
光致變色纖光致變色是指某種物質(zhì)在一定波長的光線照射下可以產(chǎn)生變色現(xiàn)象，而在另一種波長的光線照射下，又會(huì)發(fā)生可逆變化回到原來的顏色的現(xiàn)象。
具有光敏變色特性的物質(zhì)通常是一些具有異構(gòu)體的有機(jī)物，如萘吡喃、螺呃嗪和降冰片烯衍生物等。這些化學(xué)物質(zhì)因光的作用發(fā)生與兩種化合物相對(duì)應(yīng)的鍵合方式或電子狀態(tài)的變化，可逆地出現(xiàn)吸收光譜不同的兩種狀態(tài)即可逆的顯色、退色和變色。
光致變色材料分有機(jī)類和無機(jī)類兩種。有機(jī)類有螺吡喃衍生物、偶氮苯類衍生物等。該類變色材料的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)色和消色快，但熱穩(wěn)定性及抗氧化性差，耐疲勞性低，且受環(huán)境影響大。無機(jī)類有摻雜單晶的SrTiO3，它克服了有機(jī)光致變色材料熱穩(wěn)定抗氧性差，耐疲勞性低的缺點(diǎn)，且不受環(huán)境影響。但無機(jī)光致變色材料發(fā)色和消色較慢、粒徑較大。
目前，光致變色纖維的研究已在日本等發(fā)達(dá)國家取得較大進(jìn)展，如松井色素化學(xué)工業(yè)公司制成的光致變色纖維，在無陽光的條件下不變色，在陽光或UV照射下顯深綠色。
日本Kanebo公司將吸收350~400nm波長紫外線后由無色變?yōu)闇\藍(lán)色或深藍(lán)色的螺吡喃類光敏物質(zhì)包敷在微膠囊中，用于印花工藝制成光敏變色織物。微膠囊化可以提高光敏劑的抗氧化能力，從而延長使用壽命。采用這種技術(shù)生產(chǎn)的光敏變色T恤衫早就于1989年首次供應(yīng)市場了，而近年來，國內(nèi)也有類似的產(chǎn)品銷售。
腈綸織物采用帶有變色分子的陽離子染料進(jìn)行染整加工后，其在不同的光源下發(fā)生變色，故稱變色針織物。勻染劑、酸劑對(duì)變色效果有一定的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用1227勻染劑和冰醋酸，織物的變色效果最佳。變色腈綸針織物烘干前必須進(jìn)行開幅整理，烘干溫度應(yīng)在98~100℃。由這種方法制備的纖維、織物在不同的光的波長下有不同的色調(diào)，都屬于光致變色纖維織物。
2、熱敏變色纖維
熱敏變色纖維是指隨溫度變化顏色發(fā)生變化的纖維。獲得熱敏變色纖維的方法除了將熱敏變色劑充填到纖維內(nèi)部外，還可將含熱敏變色微膠囊的氯乙烯聚合物溶液涂于纖維表面，并經(jīng)熱處理使溶液成凝膠狀來獲得可逆的熱敏變色功效。
80年代以來，國外熱變色材料的發(fā)展趨向于低溫及可逆兩個(gè)方面，低溫可逆熱變色材料出現(xiàn)了一系列的品種，除涂料外，還出現(xiàn)了變色油墨。不但用于示溫作用，而且還廣泛地應(yīng)用到日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，如印刷、紡織服裝和娛樂等。隨著其應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，對(duì)其的研究也日益加強(qiáng)。目前日本和美國走在世界的前列，日本的熱敏變色材料市場規(guī)模已達(dá)20億日元左右，而且還不斷上升，美國也有很多產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。我國熱敏材料的研究起步較晚，熱敏變色材料的系列產(chǎn)品更是寥寥無幾。在應(yīng)用方面93年夏北京印染廠和美國松井國際公司合資興辦的斯派印染公司獨(dú)家生產(chǎn)變色T恤衫，其技術(shù)國內(nèi)尚未掌握。在研究方面，自1960年起，化工部涂料研究所進(jìn)行示溫涂料的研究工作，也出了一系列的產(chǎn)品，如:SW-Y、SW-D、SW-P系列，但都是不可逆示溫涂料。1988年，河北輕化工學(xué)院研制出TC-R系列可逆熱變色油墨，用于印制防偽商標(biāo)等。國內(nèi)還有幾家科研單位在研究熱敏染料、涂料等，有的還申請(qǐng)了專利，但距工業(yè)化應(yīng)用還有很大距離。。在熱敏變色纖維材料方面，國內(nèi)的研究甚少，只是在織物熱敏印花中有過嘗試，纖維研制未見報(bào)導(dǎo)。而日本已經(jīng)成功的推出了一系列新的變色纖維，如:東麗公司推出的"スエイ";鐘紡公司的"液晶レレグリント";小松精練的"カテミサグリト"等。美國早在1954年就開始研制熱敏變色染料，70年代進(jìn)行熱敏記錄紙的工業(yè)化生產(chǎn)。我國在這一方面已與世界先進(jìn)水平存在差距。
按熱敏劑化合物的性質(zhì)可把熱敏劑分為以下三類:無機(jī)類、有機(jī)類、液晶類。
無機(jī)類熱敏劑
無機(jī)類熱敏劑主要是過渡金屬化合物，一般是多種金屬氧化物的多晶體。其顏色變化是由于晶型變化、配位幾何體變化或配位溶劑分子數(shù)的變化引起的，有少數(shù)化合物是由于溶液中絡(luò)合平衡或有機(jī)金屬化合物的分子結(jié)構(gòu)平衡造成的，還有一些化合物是通過升華、熔融、分解、化合、氧化還原反應(yīng)而引起顏色變化。某些固態(tài)金屬合金、汞化合物、銅絡(luò)合物、鎳絡(luò)合物具有熱變色性質(zhì)。金屬合金的熱敏變色是有晶格結(jié)構(gòu)的無序化或氧化物形成引起的，汞化合物的熱敏變色是低溫β構(gòu)型向高溫α構(gòu)型的轉(zhuǎn)化而成，絡(luò)合物的熱變色原因在于構(gòu)型發(fā)生變化或配位體數(shù)量與種類發(fā)生變化。
絡(luò)合物中陰離子以及溶劑的選擇對(duì)顏色的變化也有一定的影響。某些三芳甲烷配位酮水溶液與一些金屬形成的螯合物也有熱敏變色性質(zhì)。
無機(jī)熱敏劑中Pb2CrO5具有良好的熱色性，但色調(diào)變化固定、單調(diào)，其示溫性、視認(rèn)性不能滿足使用要求，為改善其示溫性需加入其它金屬元素。將Pb2CrO5與有熱色性的Pb2MO5(M=Mo、W、S、Se、Te)形成固溶體，以Pb2Cr1-xMxO5表示，在鉛位置上有微量的空格存在，向該空格引入前述M元素化合物，即使引入很少量，其熱色性也會(huì)增強(qiáng)。隨著溫度升高，色調(diào)從橙色-赤橙-茶色變化，熱跟蹤性良好，沒有熱過程。這類無機(jī)熱變色材料耐溫、耐久、耐光照，有足夠的可逆重復(fù)壽命，同時(shí)具有很好的混合加工性，有很強(qiáng)的研究和使用價(jià)值。但是由于Pb的毒性阻礙了其在纖維材料方面的應(yīng)用。
