变色材料的技术普及文章2009-3-17什么是变色材料？很多人都发出这样的疑问，变色材料就是会变色吗？天啊！太不可思意了，怎么变色的？这些惊讶和疑问没天都在发生。

那么下面我们就来整理和归纳下什么是变色材料，变色材料都有那些种类和特点：变色材料是指随着外界环境条件变化而发生颜色变化的物质。

变色材料的应用非常广泛，如仪器的热敏记录材料、示温材料、自显照相材料等。

变色材料在高新技术领域的应用也很多，如在光信息存储、非线性光学材料、军事伪装等方面扮演着越来越重要的角色。

近年来，为了满足现代人们追求新、奇、特的审美观念，腾达印花涂料开始将变色材料用于日常生活的服装、服饰纺织品中，使服装、服饰在不同的条件下产生特殊的色彩变化，让人耳目一新；军事上利用这种色彩变化制造“变色龙”作训服，使之与环境背景色彩相吻合，达到伪装的目的。

１变色材料的分类1）光（敏）变色材料、2）热（敏）变色材料、3）电变色材料、4）湿（敏）变色材料，5）压敏变色材料、6）溶剂致变色材料等，１．１光（敏）变色材料早在１９世纪９０年代，人们就发现了某些固体和液体化合物具有光致变色的性能。

光变色（ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ）指在不同的光波诱导下，物种Ａ向其异构体Ｂ转化而出现的变色的过程。

物种Ａ和Ｂ具有不同的吸收光谱和能级结构。

撤去光源或者改换另一种光源，Ｂ再转化成Ａ，颜色又回到初始色泽。

这是因为，化合物Ａ在外部光源ｈγ的刺激下，分子结构或电子能级发生变化，形成了吸收光谱不同于Ａ的化合物Ｂ，发生颜色的改变；而Ｂ在另一种光源ｈγ＇或热作用下，又返回化合物Ａ，颜色又回到初始色泽。

由于两种物质间的吸收光谱发生了变化，当该变化处于可见光区域时，就会产生发色与消色或一种颜色转变成另一种颜色的可逆变化，即光变色现象。

有机光变色材料种类繁多，反应机理也不尽相同，主要包括：①键的断裂，如螺吡喃、螺噁嗪等；②键的均裂，如六苯基双咪唑等；③电子转移互变异构，如水杨醛缩苯胺类化合物等；④顺反异构，如偶氮化合物等；⑤氧化还原反应，如稠环芳香化合物、噻嗪类等；⑥稠环化反应，如俘精酸酐类、芳基乙烯类等。

下面介绍几种主要的有机类光致变色化合物。

１．１．１螺吡喃类螺吡喃结构是一类研究得比较多的有机光变色材料，在纺织品上应用的变色染料（颜料）很多属于这种结构。

通常螺吡喃结构上的螺碳原子，在紫外光（λｍａｘ＝２５０～３００ｎｍ）的照射或加热下，由ｓｐ３杂化转变为ｓｐ２杂化，形成平面开环体，显示颜色。

其变色机理如下：在紫外光照射下，无色螺吡喃结构中的Ｃ─Ｏ键断裂开环，分子局部发生旋转且与吲哚形成一个共平面的部花青结构，吸收光谱相应红移而显色。

在可见光或热的作用下，开环体又能回复到螺环结构而消色。

螺吡喃类化合物具有优良的光变色特性，但也具有耐疲劳性差、信息的保存性不太好、室温寿命短等缺点，其性能有待进一步提高。

１．１．２偶氮苯类偶氮苯类化合物光变色性能良好，并具有超高存储密度和非破坏性信息读出等特点。

由于含有─Ｎ＝Ｎ─，形成顺反异构结构而引起光变色。

光或热的作用可使顺式和反式偶氮苯之间发生转化，从而发生颜色的转化。

反式结构一般比顺式结构稳定。

１．１．３俘精酸酐类俘精酸酐类是芳取代的二亚甲基丁二酸酐类化合物的统称。

其变色机理为：整个分子由不共平面的酸酐部分和芳杂环部分构成，杂环上富含电子，可作为电子给体，对应的酸酐部分为电子受体，分子内部形成６π体系。

当俘精酸酐受到一定波长的紫外光照射后，发生稠环化反应：６π→２σ＋４π，成为共轭的有色体，其在可见光的照射下又发生逆反应而顺式旋转开环，重新生成无色体。

俘精酸酐具有良好的热稳定性和抗疲劳性，室温下能循环３万次。

光敏变色纺织品主要用于娱乐服装、安全服和装饰品以及防伪制品等。

如：腾达印花涂料将螺呋喃类光敏染料包覆于微胶囊中，用于Ｔ恤衫的印花。

在室内或暗处是无色的，视觉上没有图案，而在阳光下便呈现出五彩缤纷的色彩。

１．２热（敏）变色材料热致变色（ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｃ）指物质在不同温度下发生颜色改变的现象。

引起热致变色的原因有多种，如物质在不同温度下的晶型转变、结构转变等。

热变色性质可分为可逆性和不可逆性两类。

11）可逆性变色就是当材料温度达到或超过变色温度时，颜色即发生变化，而当温度降到变色温度以下时，又回复到原来的颜色。

纺织用变色材料主要是可逆性变色的。

2）不可逆变色则是当材料受热到变色温度时，颜色发生变化后不再随温度下降而回复到原来的颜色。

防伪上主要应用不可逆变色材料。

１．２．１液晶类液晶是介于固体和液体之间的一种物质形态。

胆甾型液晶的热敏效应特别强，温度变色灵敏度可达±０．２℃，温度稍一变化，液晶颜色就作出相应的改变。

其机理为：胆甾型液晶具有层状分子结构，层内分子长轴相互平行，各层分子轴向与邻层分子轴向都略有偏移，使得液晶分子呈螺旋状结构，因而表现出独特的光学性质。

它对白光发生选择性吸收并反射某些波长的偏振光，表面反射和透过两种不同颜色的光，且颜色会随螺旋结构的伸长或缩短而变化。

螺旋结构对外界因素（如温度）非常敏感，它的伸缩随温度而变化。

因此，胆甾型液晶可在某一温度范围内，随着温度的变化，在整个可见光范围内进行可逆显色，即：（低温）红#黄#绿#紫（高温）。

这种特性可用于纺织品热变色印花。

例如应用胆甾型液晶于纺织品或服装上，随外界温度或穿着部位的不同，体温的变化引起服装颜色多变，产生了新颖的视觉效果.另据报道，国外已开发出专用于纺织品印花或染色的热变色液晶，变色温度在－３０～１００℃，变色的温度宽度可任意调节，颜色可连续变化，反应灵敏。

用于纺织品印花的液晶主要是胆甾型的酯类化合物，如胆甾醇壬酸酯和胆甾醇油酸酯等。

应用时可单用胆甾型液晶，也可将液晶与结构类似的非液晶的化合物混用。

液晶类热敏变色材料的缺点主要在于价格昂贵。

此外，它对化学物质非常敏感，对纤维没有亲和力，容易降低变色效果。

这些将使其在纺织品上的应用受到一定程度的限制。

１．２．２有机类热敏变色材料具有热致变色性能的三芳甲烷类、萤烷类、螺吡喃类等有机化合物，这种新型可逆热变色机理主要为：组成物中导致ｐＨ变化的可熔性化合物随着温度变化而熔化或凝固的同时，由于介质的酸碱变化或受热引起分子结构变化，从而产生物质可逆而迅速的变色，变色的关键是体系中的一个碳原子由ｓｐ３杂化态转为ｓｐ２杂化态，使原先被隔开的π体系转变为完整的大π体系使化合物从无色变为有色。

有机类热敏变色材料也有缺点，如有些变色不明显，有些牢度不够理想。

此外，它们的变色灵敏性也不如液晶，变色的温度宽度一般不大。

但其最大优点是材料易得，加工难度相对较小，所以用于一些要求不高的热变色印花。

2006年，东莞腾达印花涂料公司开发了一种感温变色竹纤维。

根据不同的用途可以选择不同的温度变化范围，如衬衫温度为20￣２8℃、变色织物在防护服装方面也有自己的独到之处，胆甾型液晶有根据气体的成分不同及浓度高低而改变其颜色的性质，而且变色反应极灵敏，用这种液晶处理的织物制成的防护服可以从颜色的变化上判断作业环境中有害气体的成分及浓度，保证作业人员的安全。

１．３电致变色材料电致变色（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ）是指物质在电化学的作用下发生颜色改变的现象。

电致变色材料一般是由多层的原电池膜组成，这些膜在不变色的状态下应是透明的，并且变色是可逆的。

当有电流通过时，电致变色膜产生颜色，变色的深度可由通过的电流大小来控制，而且在切断电流后仍保持原来的颜色不变。

要想使之褪色，只要加上反向电流即可。

聚吡咯（ｐｏｌｙｐｙｒｒOｌｅ）可从乙腈溶液中电化学聚合而得，双极化子是其稳定的载流子，其变色反应由无掺杂时的黄绿色转变为Ｐ掺杂时的蓝紫色。

１．４湿敏变色材料颜色因水的润湿而变化的材料称为湿敏变色材料。

由钴盐制成的无机涂料—含六结晶水的氯化钴——配合物，加热失去部分水分后变为二结晶水氯化钴，配合物的几何形状和配位体数目发生变化，引起吸收光谱（颜色）变化，这种无机涂料的使用方法和普通涂料一样，与胶粘剂混合后用于纺织品的印花加工。

腾达印花涂料的遇水变色浆在干燥时为白色，润湿后则显透明感而花形消失。

如果用于毛巾、浴巾、手帕、泳装沙滩服等的印花，干燥时为白色，润湿后显示各种颜色，获得别致的印花图案。

２变色材料在纺织品中的应用变色材料在纺织品中的应用，主要体现在变色纤维、变色染料两个方面。

２．１变色纤维所谓变色纤维是一种具有特殊组成或结构的、在受到光、热、水分或辐射等外界条件刺激后可以自动改变颜色的纤维。

变色纤维目前主要品种有光变色和温变色两种。

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。

２．１．１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。

如由丙烯睛／苯乙烯／氯乙烯共聚物和变色类化合物组成的纺丝液在水浴中凝固成纤，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。

２．１．２熔融纺丝法熔融纺丝法又分为聚合法、共混纺丝法、皮芯复合纺丝法三种。

２．１．２．１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。

２．１．２．２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。

例如，原中国纺织大学采用该法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。

２．１．２．３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，以普通纤维为皮组分，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℃、１％～含４０％变色剂的热塑性树脂。

变色粒子的尺寸为１～５０μｍ，耐热性≥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。

２．１．３后整理法以及接枝聚合法后整理法是在纤维表面进行涂层或聚合的方法。

日本三井公司将热敏变色的微胶囊的氯乙烯聚合物溶液涂于合成纤维表面，烘干，溶液转为凝胶状，制成热致变色纤维。