紡織材料之所以能像“變色龍”一樣善變，其奧秘主要來自于機敏變色材料。外界環(huán)境因素的變化，誘導變色材料的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重排、開環(huán)閉環(huán)、互變異構(gòu)等作用，導致分子結(jié)構(gòu)中的共軛體系發(fā)生變化，從而在表觀上使材料的顏色發(fā)生改變。

在自然界中，有很多可根據(jù)環(huán)境而改變顏色的動植物“偽裝高手”。人們在驚嘆世界真奇妙的同時，也積極在自然界中汲取靈感，努力開發(fā)具有“變色”功能的材料。

與大多數(shù)處于研發(fā)階段的變色材料不同，智能變色紡織材料目前應用前景最為廣泛，且部分材料已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化并出現(xiàn)在日常生活中。天津工業(yè)大學紡織科學與工程學院教授馬曉光表示，智能變色紡織材料具有獨特的智能可逆變色特性，在保持紡織制品基礎(chǔ)功能的同時，將功能、時尚等融為一體，深受市場青睞。

機敏變色材料是紡織品“善變”的奧秘

“顧名思義，智能變色紡織材料(變色纖維/織物)是一種能對外界環(huán)境因素的變化作出響應的智能紡織品。”馬曉光介紹，將變色材料添加到紡織材料上，紡織材料的顏色會在受到光源、溫度等外界環(huán)境因素刺激后，發(fā)生可逆性變化，從而營造出絢麗多彩的視覺效果。

智能變色紡織材料之所以能像“變色龍”一樣善變，其奧秘主要來自于機敏變色材料。外界環(huán)境因素的變化，誘導變色材料的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重排、開環(huán)閉環(huán)、互變異構(gòu)等變化，導致分子結(jié)構(gòu)中的共軛體系發(fā)生改變，從而在表觀上使材料變換顏色。因機敏變色材料不同，智能變色紡織材料主要可分為光致變色紡織材料和熱致變色紡織材料。

不過，研發(fā)制備智能變色紡織材料并不是把機敏變色材料和紡織材料做個簡單的1+1=2的加法，將機敏變色材料與紡織材料結(jié)合的方法，有夾層法、浸漬法、涂層法、交聯(lián)法、微膠囊法、填充纖維法、纖維接枝法、成纖法等多種技術(shù)路線及相應的加工工藝。

“紡織品的可逆變色特性取決于機敏變色材料的變色性能。而機敏變色材料的性能又與技術(shù)路線的選擇和加工工藝的水平有關(guān)。”馬曉光表示，目前這幾種結(jié)合方式各有利弊。比如浸漬法是將織物浸漬在由機敏材料制成的分散液中，使機敏材料吸附在織物上。這種方法雖然簡單易操作，但產(chǎn)品牢度較差、不耐洗，一般僅供一次性使用;填充纖維法是將機敏材料填充到中空纖維之中，再紡織制成智能織物。這種制備方法可保持較高的智能變色效果，但填充工藝復雜、成本高，給實際生產(chǎn)帶來一定困難。

可在多個應用領(lǐng)域“一展身手”

早在AlexanderWang2014秋冬系列中，設(shè)計師王大仁就將熱致變色油墨應用到面料上，結(jié)合多種油墨拼色的方法使得面料呈現(xiàn)出由黑色向彩色轉(zhuǎn)變的可逆效果，同時再結(jié)合激光切割、編織等手法，使作品成功吸引了觀眾們的目光。

“目前智能變色紡織品的應用領(lǐng)域非常廣闊。比如在時裝界，特別是近些年，越來越多的國際時裝品牌開始嘗試將熱致變色材料應用于成衣設(shè)計中，將智能變色與服裝設(shè)計相結(jié)合。”馬曉光介紹。

“在一般的民用服裝領(lǐng)域，我們將智能變色服裝同傳感器件相結(jié)合還能達到情感表達、健康監(jiān)測等目的。”馬曉光舉例說，比如設(shè)計成可監(jiān)測耐力及運動員皮膚溫度的運動衣，就可以通過衣服顏色的變化實時掌握運動員的身體疲勞程度。

此外，變色材料在疾病診斷等方面的應用也引起了人們極大興趣。比如人體各部位溫度是疾病診斷的重要依據(jù)，科學家采用液晶類熱致變色材料，設(shè)計出可對人體溫度進行靈敏監(jiān)測的紡織貼片，用于感染和血液循環(huán)變化等的早期檢測。

“進入21世紀，具有熱致變色功能的紡織材料還越來越多地應用于航空航天、軍工等領(lǐng)域。同時在開發(fā)相關(guān)變色產(chǎn)業(yè)用布、裝飾面料、防護服裝等方面也取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。”馬曉光十分看好智能變色紡織品的應用前景。

大范圍產(chǎn)業(yè)化尚面臨掣肘

“隨著科學技術(shù)的發(fā)展，成本低、性能優(yōu)異的機敏變色材料相繼被研發(fā)出來，有些已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，促進了機敏變色材料產(chǎn)業(yè)鏈的形成，這對變色智能紡織材料的研發(fā)有著極大的推動作用。”馬曉光介紹，目前我國已逐步完善相關(guān)加工技術(shù)，和英國、美國以及日本一起成為少數(shù)幾個能夠生產(chǎn)變色智能紡織材料的國家。

“總體來看，智能變色紡織品在國內(nèi)外還處于研發(fā)推廣之中。由于機敏變色材料種類及應用技術(shù)的限制，大范圍產(chǎn)業(yè)化還需時日。”馬曉光解釋，可以產(chǎn)生變色效果的材料有很多種，但適用于紡織基體材料、并可用于制備智能可逆變色紡織品的機敏變色材料，需要變色色譜寬、反應靈敏、具有可逆的快速響應速率;變色體系穩(wěn)定且不損傷紡織基體;環(huán)保、成本低等，因此可供選擇的余地很小。

另外，目前的變色材料普遍存在顏色變化范圍窄的缺陷，大多在同一冷暖色調(diào)內(nèi)變化，例如從草綠(冷色調(diào))到紫藍色(冷色調(diào));或僅是在同類色區(qū)域內(nèi)顏色深度發(fā)生變化，例如從深藍色到淺藍色等。

“變色色譜能夠跨越色調(diào)、超出同類色的變色材料很少，而性能優(yōu)良最終可實際應用的更是罕見。”馬曉光認為，顏色變化單一、色譜短缺，極大限制了機敏變色材料的應用及智能變色紡織品的發(fā)展。

因此對于新型變色材料的研發(fā)，獲得一個全面擴展的變色色譜是非常重要的課題，也是研發(fā)廣域色譜可逆智能變色紡織品所亟待解決的關(guān)鍵性問題。

科研工作者對此也在進行積極探索，比如馬曉光課題組，將優(yōu)化的專用染料與基礎(chǔ)變色體系結(jié)合，設(shè)計、構(gòu)架了一種熱致變色材料與專用染料的復合體系。通過互補原理，這種新型熱致變色材料的顏色可以在不同冷、暖色調(diào)之間可逆變化，表現(xiàn)出更寬的顏色變化范圍和豐富的熱致變色色譜。

在上述工作基礎(chǔ)上，課題組又研發(fā)出一種能連續(xù)變換幾種顏色的熱致變色體系，實現(xiàn)了對熱致變色紡織品變色溫度和變色色澤的控制，開發(fā)出變色色譜廣、色差明顯、精度高的新型熱致變色紡織品。

未來發(fā)展需精準設(shè)計變色性能

“隨著對各類智能紡織材料不斷深入的研究，多功能融合的智能變色紡織材料必然是未來的發(fā)展方向。”馬曉光舉例說，通過將導電織物的電阻加熱性能和熱致變色材料的變色性能相結(jié)合，可解決熱致變色織物顏色被動變化的問題，還可通過對發(fā)熱織物溫度的精確控制，結(jié)合熱致變色材料的色彩疊加，實現(xiàn)熱致變色織物多種顏色的變化;而光熱變色織物，則是利用日光響應型加熱層在太陽光照射下的光熱轉(zhuǎn)換性能，來實現(xiàn)顏色的調(diào)節(jié)。

在不同應用領(lǐng)域，產(chǎn)品對變色性能的需求不同。為了進一步開發(fā)智能變色紡織材料，需要有針對性地對變色紡織材料的變色性能進行設(shè)計。例如針對不同的應用場景，研發(fā)出多樣變色效果的服裝，將其與人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N服飾相結(jié)合，這樣的產(chǎn)品不僅能夠滿足大眾的需求，還具有廣闊的市場前景。

“智能變色紡織品作為高附加值產(chǎn)品，它的發(fā)展符合《紡織工業(yè)‘十四五’發(fā)展規(guī)劃》中‘加快高功能紡織消費產(chǎn)品、智能纖維及制品等先進紡織制品關(guān)鍵技術(shù)的突破’的要求。”馬曉光認為，雖然市場前景很好，但是只有在把握好紡織品的安全性、環(huán)保性和耐用性的前提下，兼顧款式設(shè)計、色彩變換、面料選擇以及舒適性和衛(wèi)生性等，才能更好地提高智能變色紡織品的市場競爭力。

標簽： 善變 奧秘