基于环境模拟的光致变色纺织品变色性能及其色牢度

2021-12-05赵博研姚惠龙曾文敏

印染助剂 2021年11期

赵博研，姚惠龙，曾文敏

（上海市质量监督检验技术研究院纤维检验所，上海 200040）

随着人们对纺织品新颖性和功能性要求的增多，对纺织品颜色的需求也由实用型转向兼具特殊功能的时尚前卫型方向发展，具有高附加值和高效益的光致变色纺织品正好迎合了人们的消费心理，具有广阔的发展和应用前景［1］。但是光致变色材料的稳定性和耐疲劳性比较差，容易受到温度、光照、pH等环境因素的影响而使分子结构发生改变，失去可逆性变色能力［2-3］。同时由于目前尚缺乏准确有效的检测方法，无法对光致变色纺织品开展耐候性评价，严重影响其研发和改良。

本文以商品化的光致变色纺织品为研究对象，通过模拟光致激发环境，采用手持式分光测色仪测量样品的颜色变化（ΔEF），测定实验前后样品的色牢度等级及变色性能，以期为相关企业和研究人员开发和设计新产品提供参考。

1 实验

1.1 材料

5 种商品化的光致变色纺织品样品（编号为1#～5#，均为市购）见图1。

图1 光致变色纺织品样品

1.2 仪器

YS3060 型手持式分光测色仪（深圳市三恩时科技有限公司），CEL-S500 型氙灯光源系统（北京中教金源科技有限公司）。

1.3 测试

1.3.1 光致变色性能的测试方法

取3 块光致变色纺织品样品（50 mm×100 mm），样品中变色部位不小于4 mm，且变色效果一致。实验前在GB/T 6529—2008《纺织品调湿和试验用标准大气》规定的标准大气下调湿至少4 h。手持式分光测色仪参数：4 mm 口径，D65标准光源，10°视角，UV off（紫外关闭）；调节氙灯光源的工作电流和工作距离至1 sun（AM1.5，1 000 W/m2）。

将样品放置在一块中性灰色卡上，在模拟标准太阳光的氙灯光源下照射5 min，撤掉激发光源后，用手持式分光测色仪测定样品与标准样品之间的颜色变化ΔEF，并参照GB/T 32616—2016《纺织品色牢度试验试样变色的仪器评级方法》计算对应变色灰卡级数GSC作为变色色差。样品遮光保存30 min，用手持式分光测色仪测定样品与标准样品之间的颜色变化ΔEF，并计算对应变色灰卡级数GSC作为恢复色差。取3块样品数据的平均值。

1.3.2 光致变色性能的评价指标

色彩是光的物理特性和人的视觉特性的综合反应，不同波长的光线作用于视神经上引起人脑出现不同颜色。个体差异和主观因素将直接影响对样品色彩的判断。为了直观评价人眼观看变色纺织品的正常状况，要求参与测试者仔细观察原图（图2）2 s，在后续5个对比图（图3）中选出与原图有明显色差的全部图像，原图与对比图分别对应5 级色差。考虑到人眼不具有记忆性，设计原图与对比图不在同一页面上，充分模拟人眼看到纺织品变色前后的状况。

图2 原图

图3 对比图

共收到有效调查问卷55 份，具体数据统计结果见表1。

表1 人眼辨别色差测试结果统计表

由表1 可知，81.82%的参与测试者可以明显看出3 级色差，看出2 级色差的比例也为81.82%，考虑到使用的是灰色样卡，实际变色纺织品还包含色彩变化，更容易分辨，确定变色色差在2 级及以下可评定该服装样品在相应测试参数下具有光致变色性能。前期测试中发现样品恢复性能均较好，故确定恢复色差在4 级及以上可评定该服装样品在相应测试参数下具有光致变色恢复性。

1.3.3 色牢度测试与评价标准

1.3.3.1 耐皂洗色牢度

按照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》A（1）测试。

1.3.3.2 耐汗渍色牢度

按照GB/T 3922—2013《纺织品色牢度试验耐汗渍色牢度》测试。

1.3.3.3 耐光色牢度

按照GB/T 8427—2008《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》晒至3级后测试。

考虑到目前市售的光致变色纺织品大多为针织T 恤，贴身穿着，因此耐汗渍色牢度按照GB 18401—2010《国家纺织产品基本安全技术规范》B 类纺织品安全技术要求进行评价；耐皂洗色牢度和耐光色牢度按照FZ/T 73020—2012《针织休闲服装》合格品的质量要求进行评价。

2 结果与讨论

2.1 耐皂洗色牢度对光致变色纺织品变色性能的影响

由表2 可知，2#样品经过耐皂洗色牢度实验后变色级数达到2 级，按照FZ/T 73020—2012 评价为不合格产品；其他样品变色级数均高于3～4 级，符合标准要求。这是因为样品均为正光色性物质，被光激活转变为激发的亚稳态为有色，稳态为浅色或无色，故耐皂洗色牢度实验后变色不明显。

表2 耐皂洗实验前后样品的变色性能

分别将耐皂洗实验前后的样品进行变色性能测定，5 个样品的颜色变化ΔEF随时间变化趋势图如图4所示，颜色变化ΔEF及模拟色如表3所示。

图4 样品的颜色变化ΔEF随时间变化趋势图

由图4 和表3 可知，经过耐皂洗色牢度实验的样品变色性能均有所下降，其中4#和5#样品变色性能下降幅度较大，变色级数从原样的1 级降为2 级，但是仍满足评价指标。但是4#样品的恢复性能较差，仅为3 级，不符合评价指标，说明经过耐皂洗色牢度实验，4#样品已经不再具有光致变色性能。但是从图中的曲线趋势和拐点可以看出，经过耐皂洗色牢度实验，样品的变色和恢复速率没有发生改变。

表3 耐皂洗实验前后光致变色纺织品的变色性能

2.2 耐汗渍色牢度对光致变色纺织品变色性能的影响

耐汗渍实验前后样品的颜色变化ΔEF及模拟色如表4所示。

表4 耐汗渍实验前后样品的颜色变化ΔEF及模拟色

由表4 可以看出，经过耐汗渍色牢度实验后样品的变色级数均高于3 级，按照GB 18401—2010 B 类纺织品的安全技术要求均符合国家强制性标准要求。分别将经过耐汗渍色牢度实验后的样品进行变色性能测定，5 个样品的颜色变化ΔEF随时间变化趋势图如图5 所示，颜色变化ΔEF及模拟色结果如表5 所示。由图5 和表5 可以看出，样品经过耐汗渍色牢度实验，变色性能普遍下降，尤其是5#样品，变色级数降为2～3 级，虽然仍具有变色恢复能力，但是因为大于2 级，已经不具有光致变色性能。4#样品的变色级数从1 级降为2 级、1～2 级，恰好符合变色的指标数值，但恢复级数低于评价指标，因此不具有光致变色恢复能力。4#样品的耐碱能力高于耐酸能力，其他样品的耐酸汗渍实验和耐碱汗渍实验结果一致，说明对酸碱的耐受程度一致。经过耐汗渍色牢度实验，样品的变色和恢复速率也没有发生改变。

表5 耐汗渍实验前后样品的变色性能

图5 样品的颜色变化ΔEF随时间变化趋势图

2.3 耐光色牢度对光致变色纺织品变色性能的影响

在一定强度和波长的紫外-可见光照射条件下，光致变色材料A 吸收激发光源的能量，发生结构方式或电子能级变化，形成另一种材料B，当特定波长的光照消失，材料B 又会回到材料A。因此光致变色材料对太阳光尤其是紫外线敏感，经过长时间的光照之后，材料在不稳定的状态B 停留过久，结构发生不可逆变化。由表6 可知，样品向亚稳态颜色变化，且变色最高达到1 级，最低也有2～3 级，按照FZ/T 73020—2012进行评价，耐光色牢度结果均不合格。