【化工科普03】给点阳光就灿烂,衣服还能变色?
上一次我们讲到了紫色的提取反映了化工行业对人们生活的极大改变。这次我们讲讲随着科技进步出现的新型变色纤维。
虽然人类运用染料,纺织服饰有着数千年的历史,但任何衣服的颜色一旦成型就无法变化,单一的功能限制了彩色服饰的应用,因此变色纤维就被研究出来了。
所谓变色纤维通常是利用一些染料特有的光、电、磁等物理或化学性质,受到外界刺激后可以自动改变颜色。
它最早应用在上世纪七十年代的越南战争中,美国的CYANAMIDE公司为满足美军对作战服装的要求而开发的一种可以吸收光线后改变颜色的织物。这种织物将液态染料和固态颜料混合物填充到中空的纤维中,根据环境的电场变化而产生不同的伪装效果。
经过数十年的发展,变色纤维目前主要品种有光致变色、热致变色、水致变色、酸致变色、电致变色、污致变色等。
光致变色纤维
光致变色的原理是某种化合物在太阳光的照射下,键合方式或电子状态产生变化,形成了可以吸收不同光谱的新化合物,而新化合物又因为另一种波长的光线照射或离开太阳光时,返回原来的键合方式或电子状态。而因为吸收的光谱不同,我们人眼看起来颜色就产生变化。
光致变色材料主要分为有机类和无机类。有机类主要有螺吡喃类、俘精酸酐类、偶氮苯类、二芳基乙烯类、螺噁嗪类等。无机类主要有过渡金属氧化物类、金属卤化物类、多金属氧酸盐类、稀土配合物类等。
制备方法可以分为物理法和化学法。物理法是指染料和纤维通过物理手段联系在一起,比如原料共混、复合纺丝、纤维浸渍涂覆等方法。
化学法是指染料和纤维通过化学键结合,生成新的聚合物纤维,比如对原料进行化学改性后纺丝、对成型纤维或天然纤维进行化学接枝改性等。
目前,光致变色纤维有4个基本色:紫色、黄色、蓝色、红色。当有紫外线照射时,可以在有色与无色、有色与有色之间进行转换。
热致变色纤维
热致变色纤维是随温度变化而颜色发生变化,可以分为无机类、有机类和液晶类。
无机类比如金属钛(或铪、锆),在常温下呈黄色,加热至300~400℃,变为灰黑色,继续加热至500~600℃时,呈白色,而到1000℃,即变灰白色。这类材料主要用于热指示涂料,在化工、炼油、反应釜外壁起到超温报警作用,而纺织品中很少应用,因为需要在溶液中或高温条件下,且变化不可逆,有毒。
有机类是由于介质的酸碱变化而引起分子结构变化,从而产生颜色的变化。最大的优点是材料易得,加工简单,但变色不够明显。
液晶类是利用了液晶分子螺旋状结构的光学性质,变色灵敏度高,可在很广的温区发生变化,但价格偏高,发色效果较低,对化学物质敏感,容易破坏。
英国默克化学公司将热敏化合物掺到染料之中,再印染到织物上。染料由黏合树脂的微小胶囊组成,每个胶囊都有液晶,液晶能随温度的变化而呈现不同的折射率,使服装变幻出多种色彩。通常在温度较低时服装呈黑色,在28℃时呈红色,到33℃时则会变成蓝色。
此外,一些服饰、钞票、文件会在特殊位置添加防伪标识,利用热致变色技术可以直接用手温触摸识别真伪,提高了假冒难度。
其他致变材料
除了光致和热致两个主要手段,在一些非织物的场景,其他的变色手法也很有效。
例如:利用环境中湿度的变化而改变吸收光谱的水致变色材料,可以制作隐形墨水;
利用周围电场变化而变色的电致变色材料,可以控制楼房、车辆、飞机玻璃的进光量,解决城市光污染、防窥、节能等问题;
亦或是从藻类植物那学到了污致变色,制作成的毛巾一旦沾染了油脂、汗液、细菌代谢物等不洁物就会发生变色。
我们把美好的梦境描述成五彩斑斓,也希望生活是五颜六色的,人们利用日渐完善的变色技术,让服装、墙布、地毯、玩具可以随着日出日落、季节流转变化不同的颜色。甚至在未来,更加先进的技术可以让我们每天醒来都看到不一样的多彩世界。
图文来自网络资料整理