与印花和染色技术相比,变色纤维技术开发稍晚。但随着功能织物的兴起,这种技术吸引了日本诸多大公司的关注,开发专利不断出现。纤维技术有着明显的优点,它制成的织物具有手感好、耐洗涤性好,且变色效果较持久等特点。按生产工艺不同,变色纤维的制造技术主要包括溶液纺丝法、熔融纺丝法、后整理法以及接枝聚合法。
1、溶液纺丝法
与常规溶液纺丝法相近,但要在成纤的纺丝液中加入具有可逆变色功能的染料和防止染料转移的试剂--即将变色化合物和防止其转移的试剂直接添加到纺丝液中进行纺丝。由丙烯腈/苯乙烯/氯乙烯共聚物、变色类化合物组成的溶液纺丝后放入水浴中凝固成纤,经水洗得到光致变色纤维。该纤维在无阳光条件下不显色,在阳光或紫外线照射下显深绿色,可用于制作服装、窗帘、地毯和玩具等方面。
2、熔融纺丝法
熔融纺丝法又分为聚合法、共混纺丝法、皮芯复合纺丝法。
(1)聚合法:将变色基团引入聚合物中,再将聚合物纺成纤维。如合成含硫衍生物的聚合体,然后纺成纤维,它能在可见光下发生氧化还原反应,在光照和湿度变化时颜色由青色变为无色。
(2)共混纺丝法:将变色聚合物与聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物熔融共混纺丝。或把变色化合物分散在能和抽丝高聚物混融的树脂载体中制成色母粒,再混入聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物中熔融纺丝。
东华大学采用淡黄绿色的三甲基螺呃嗪为光敏剂,与聚丙烯切片共混后制成切片经高温熔融纺丝制得两种性能较佳的光敏变色聚丙烯纤维。一种为光敏剂和聚丙烯切片共混纺丝,所得纤维经阳光照射后会由白色变为蓝色;另一种由光敏剂、聚丙烯切片和黄色色母粒共混纺丝,所得纤维阳光照射后由黄色变为绿色。该法虽然简便易行,但对光致变色化合物的要求很高(如耐高温等),因此其应用受到一定限制。
(3)皮芯复合纺丝法:皮芯复合纺丝法是生产变色纤维的主要技术。它以含有光敏剂的组分为芯,以普通纤维为皮,共熔纺丝得到光敏变色皮芯复合纤维。芯组分一般为熔点不高于230℃,含1%-40%变色剂的热塑性树脂。变色粒子的尺寸为1~50μm,耐光性≥200℃(30min后无颜色变化)。皮组分为熔点≤280℃的热塑性树脂,起到维持纤维力学性能的作用。日本的可乐丽和帝人公司就此项技术申请了多项专利。由这种光致变色复合纤维制成的布料无论是在手感、耐洗性方面,还是在耐光性、发色效果等方面都得到了很大提高。
3、后整理法
将光敏变色材料与织物结合,最早和最简便的方法是印花和染色技术。由于多种原因,处理前变色材料常需制成微胶囊的形式。
涂料印花法
涂料印花法将光敏变色染料粉末混合于树脂液等粘合剂中,再使用此色浆对织物进行印花处理,获得光敏变色织物。印花工艺可采用常用的筛网、辊筒印花设备操作,也可采用喷墨和转移印花,且基本过程为:织物前处理→印花→烘干→焙烘。烘干温度为80~90℃,温度过高对微胶囊中的溶剂和添加剂的稳定性不利。焙烘温度主要取决于印花色浆中的粘合剂和增稠剂的性质,一般为140~150℃,时间多控制在3~10min。用于纺织品印花加工的变色涂料应满足:手感柔软;耐洗涤性好,摩擦牢度好;适于印花加工。这些要求可通过选用合适的粘合剂、交联剂、柔软剂和微胶囊技术达到。
光敏变色染料染色
光敏变色染料的品种多样,但只有具有一定牢度的染料才能用于纺织品的染色。纺织品不同的应用,对染料牢度的要求也不同。如用于服装上,对耐洗牢度、耐汗渍牢度、耐晒牢度的要求都较高;如用于窗帘,对耐晒牢度要求较高;而椅套、坐垫则要求耐摩擦牢度高些。光敏变色染料染色一般不需改变常规的染色工艺及染色设备,关键在于变色染料的选择,从而得到满意的染色效果和变色效果。国内已有企业及研究单位应用这种技术开发了变色腈纶、变色涤纶及混纺织物。
后整理法中最重要的是变色染料的采用,变色染料染色一般不需改变常规的染色工艺及染色设备,关键在于变色染料的选择,从而得到满意的染色效果和变色效果。
根据《国际印染杂志》报道,LJSeppialiltes公司已生产出特种变色系列染料,其中备受市场关注的有随温度变化的热变色染料、通过吸收紫外线而变色的光致变色微胶囊染料、对湿敏感的水致变色染料和对pH值敏感的酸碱度变色染料。根据市场调研获悉,这些新型的染料可以在服装、面料上产生特殊的效果,预计将成为吸引时尚消费者的热点。
近年来,直接用于纺织品加工的光敏变色染料还不多,主要是因为染料价格较高,耐高温、耐光牢度不理想,反复使用性和稳定性较差,发色褪色速度缓慢等。因此人们迫切希望开发出多种新型耐光和耐高温、色差明显、耐久型等品质优良的光敏变色化合物。大多数光敏变色染料对纤维亲和力不高,较难通过常规的染色印花工艺加工;熔融纺丝法中变色染料分散于聚合物中,其性能受聚合物分子和微结构的影响,故需对聚合物种类和纤维微结构加以选择和控制,还要受纺丝条件限制;光变染料多制成微胶囊后进行应用,但由于染料稳定性、耐光牢度及价格等因素,其商品化还有一定困难。因此,对于光敏变色化合物在纺织品上的应用,除了深入研究已有的应用工艺技术外,还期望开发出新型着色途径,如将光致变色基团或光敏变色化合物通过共价键连接在合成纤维高聚物的高分子主链或侧链上,使高聚物高分子本身具有光致变色特性,且变色效果不受影响。
单体浸渍法
还有一种方法是将纤维或织物用含螺吡喃衍生物的单体浸渍,单体一般为苯乙烯或醋酸乙烯,单体在纤维内进行聚合,使纤维具有光致变色性。如丝织物在60℃下于上述组分的溶液中聚合1h,可保持光致变色性6个月以上,用于制作服装、伞、衣饰等时显出特殊的迷人效果。后整理聚合技术对变色材料的要求较低。它不经过纺丝过程,变色材料的分解温度可低于纺丝温度。由于在纺丝后引入变色化合物,故对纺丝工艺没有影响,也不会影响纤维的力学性能。该法操作简单,应用范围广,是一种较易推广的变色纤维生产技术。
相应的产品还有日本KANEBO公司的光敏变色织物,而由这种织物制成的T恤衫早在1989年就供应市场了。美国的CLEMSON大学和GEORGIA理工学院等几所大学最近已经开始研究改变光敏纤维的表面涂层材料,而使纤维的颜色能够实现自动控制。
4、接枝聚合法
接枝聚合法主要采用接枝聚合技术使纤维具有变色性能。例如,将纤维或织物用含螺吡喃衍生物的单体浸渍,单体(一般为苯乙烯或醋酸乙烯)在纤维内进行聚合,使纤维具有光致变色性。如丝织物在60℃下于上述的溶液中聚合1小时,可保持光致变色性6个月以上,用于制作服装、伞、衣饰等会显出特殊的迷人效果。接枝聚合技术对变色材料的要求较低。它不经过纺丝过程,而且变色材料的分解温度可低于纺丝温度。由于在纺丝后引入变色化合物,故对纺丝工艺没有影响,也不影响纤维的力学性能。该法操作简单,应用范围广,是一种较易推广的变色纤维生产技术。