研究背景
具有新颖视觉冲击、装饰性和功能性的光致变色材料在功能纺织品、服饰、装饰材料、防伪材料和安全领域中发挥着越来越重要的作用。同时，由于光致变色材料具有光响应发生可逆变色反应的特性，因此在信息存储材料技术领域也发挥着举足轻重的作用。随着人们对纺织品新颖和功能化意识日益增强，对其颜色的需求也由实用型转向追求兼具特殊功能的时尚前卫型，光致变色纺织品的需求也日趋增大。光致变色材料在民用纺织品领域日渐活跃，逐渐受到重视，可用于Ｔ恤、裤装、泳衣、休闲装、运动装、工作服、童装、帽饰、背包、窗帘、防伪商标、鞋和玩具等生产。
光致变色材料对整理加工过程中的溶剂和助剂以及使用过程中外界因素的作用较敏感，存在受溶剂极性化显色、ｐＨ值、氧化、光照和温度因素带来的氧化作用及耐疲劳和光稳定性变差等问题。此外，这些干扰因素也会使光致变色材料发生不可逆的变色反应，从而失去可逆变色能力。一些光致变色材料需要和有机溶剂或光引发剂同时包覆在微胶囊中才能维持变色反应的条件，产生变色效应。
一些水性光致变色材料对纤维缺乏亲和力和结合力，无法通过常规染色上染纺织品；另一些油性光致变色材料则无法用水作为介质加工，只有通过黏合剂，用传统的印花整理方法将其应用于织物。所以，从光致变色材料在织物上的应用手段上来讲，微胶囊包覆后再用黏合剂固着在织物上是一种有效的方法。国内外一些研究者在使用微胶囊化方法提高耐疲劳度方面做了一些尝试，通过微胶囊化及添加含有受阻胺光稳定剂和抗氧化剂，从而有效地提高了光致变色微胶囊的性能和耐疲劳度。然而，受阻胺光稳定剂是碱性自由基捕获剂的一种，与酸性基质或添加剂之间存在着对抗作用，酸性环境会使其性能受到影响，而且存在着易挥发、喷霜、迁移和抽出等弊端。
微胶囊可以通过整理剂用轧－烘－焙、喷涂法、浸渍法和丝网印刷技术，采用胶黏剂分散应用到织物上。然而这些技术存在一些缺点，如透气性差，阻碍活性物质释放，在很大程度上限制了它们的应用。许多功能性材料与纺织品之间缺少强的化学结合，导致了较差的耐水洗牢度，化学交联被用来改进结合牢度，包括多元羧酸、柠檬酸和戊二醛都被用作交联剂。由于微胶囊粒度较小，分散度高，并具有较大的表面积，将微胶囊分散在整理液中的化学交联法能够提供一种与织物之间强有力的结合力，与织物产生更加密切的接触，不仅能在织物表面形成均匀连续的薄涂层，也可固定在纤维之间的孔隙中。
光致变色材料在纺织中的应用方式
光致变色材料在纺织品上的应用除了应研究现有的工艺外，还要研究开发出新型着色途径。
接枝法
将具有光致变色性能的基团或光致变色化合物分子通过共价键结合在高聚物高分子主链或侧链上，使高聚物高分子具有光致变色特性和快速光响应速度，且光致变色效果不受影响。该方法合成的具有光致变色特性的高聚物在纺织品中的应用通过纤维技术实现。 将９′－烯丙氧基吲哚林螺噁嗪－吩恶嗪接枝到羧甲基壳多糖上可制备出一种新颖的水溶性光致变色聚合物。通过将萘并吡喃丙烯酸酯单体与溶解在四氢呋喃中的苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物（以下简称ＳＢＳ）溶液聚合，可制出含有萘并吡喃聚合物作为侧链接枝的ＳＢＳ热塑性弹性体三嵌段共聚物。萘并吡喃弹性体薄膜可以通过调整拉延润滑膜与改变丙烯酸酯和萘并吡喃单体之间的双键连接的长度来调整它的衰退速率。 含有光致变色偶氮苯基团（分散红１，２）的丙烯酸酯侧链被接枝到不同聚合物基质上：聚丙烯、低密度聚乙烯、聚乙二醇对苯二甲酸酯和聚碳酸酯ＣＲ－３９是通过在甲苯中的丙烯酰氯化物溶液中的聚合物膜的伽马辐射，在三乙胺存在的条件下和分散红１进行酯化反应制备的。螺吡喃单体交联甲基丙烯酸甲酯的纳米颗粒是用简单的一步细乳液聚合法制备的。这种光可逆的纳米粒子水性分散液具有优良的光可逆性能。接枝改性方法具有产率较低、牢度较差的缺点，其变色速度和褪色速度均减慢，耐疲劳度也相应降低。
染色法
印花和染色技术是光致变色材料应用于织物上最早和最简便的方法。光致变色染料的染色技术与普通染料基本相同，光致变色染料在受激发后呈现出红色、黄色、橙色、蓝色、天空蓝、桃红色和紫色等颜色，它们的具体感应波长有所差别，对光的吸收率也不一样。要取得明显的光致变色配伍效果，就需要寻找变色效果明显、变色程度较大的光致变色染料，再与普通染料以适当的配色进行设计。主变色染料是具有光致变色性能的染料，需做最低量控制。如果主变色染料用量太少，不同波段的吸光度差别小，不会产生明显变色效果；辅光致变色染料的作用是增大处理后纺织品对不同波段吸光度之间的差别，增强变色效果。主、辅光致变色染料的配比关系是影响光致变色效果的一项重要因素。光致变色染料的染色一般不用改变常规染色工艺及设备，要得到各项牢度优良的染色效果和变色效果（均匀度和色深），关键要素是光致变色染料的选择。用上述染色技术开发的具有光致变色性能的织物，具有染色牢度低的缺点。上染的光致变色染料直接暴露在外界环境中，会受到染整加工和使用过程中助剂及周围环境因素的影响，甚至有些油性光致变色颜料无法通过染色的方法直接上染。
印花法
由于印花法操作简便，工艺流程简单，质量易控制，不需要复杂贵重的仪器设备，对于织物没有特别要求，所以印花法是光致变色材料在纺织品上应用的主要方式。印花法将光致变色化合物分散于含有黏合剂和增稠剂的色浆中，再使用该色浆对织物进行印花处理，获得具有光致变色印花织物。该种方法对织物纤维无选择性，尤其适用于棉机织物和针织物。
印花工艺可采用常规的筛网、辊筒印花设备加工，或者采用喷墨和转移印花，也可应用染色技术，所采用的色浆分光致变色染料色浆和光致变色微胶囊色浆两类。一部分光致变色颜料是非水溶性的，并且在水中不具有光致变色性，需要先包覆成微胶囊再制备出光致变色色浆。印花工艺类似于常规颜料及涂料印花工艺，将光致变色微胶囊印在织物上以制得具有光致变色性能的印花织物。2.4 纺丝法
将光致变色化合物通过纤维技术加以实施应用的优点是制成的织物手感好、耐洗涤，且具有较持久的变色效果等。纤维技术主要是溶液纺丝法和熔融纺丝法。制得的纤维可制作成绣花线、针织纱、机织纱，用于装饰、舞台服装、户外服装、童装、帽子、运动鞋、毛衫等制品。
溶液纺丝法制备的光致变色纤维是直接将变色化合物添加到纺丝液中进行纺丝，通过这种方法，日本松井色素化学工业公司申请了专利。也有研究将溶液中含有螺噁嗪及癸二酸酯类化合物的纺丝液经过溶液纺丝法纺入水浴中，经水洗得到光致变色纤维。
熔融纺丝法制备光致变色纤维可分为聚合法、共混纺丝和皮芯复合纺丝三种。聚合法是将光致变色基团通过反应引入聚合物高分子中，再将聚合物纺成纤维，如将合成的含硫衍生物的聚合体纺成纤维。共混纺丝法是将光致变色化合物与聚合物熔融共混纺丝，或将光致变色化合物分散在树脂载体中制成色母粒，再和聚合物混合在一起熔融纺丝。
光致变色纺丝法需添加光致变色染料于固相中，但变色效果并不理想，其光致变色性能的发挥受到影响，同时也受到聚合物高分子和微观结构影响，故需要对参加纺丝的聚合物种类和纤维微结构进行选择控制，此外，纺丝条件的限制也是一项重要的影响因素。用于纺丝的光致变色化合物需要耐高温等，因此在这种纺丝条件下的应用受到了一定限制。
后整理法
后整理技术是将纤维、纱线或织物用含有光致变色化合物单体的整理液浸渍，单体一般是使用苯乙烯或醋酸乙烯，光致变色化合物在纤维内部进行聚合反应，使得纤维、纱线或织物具有光致变色性。
后整理方法可保持纺织品的光致变色性能６个月以上，可用于能显出特殊新颖的视觉效果的伞、服饰等纺织品。该处理方法由于在纺丝后引入变色化合物，故不受温度的限制和纺丝共混或共聚聚合物的影响，也不会影响纤维、纱线和织物的力学性能。鉴于服用纺织品后整理对服装卫生学的要求，经过这种后整理聚合技术处理过的面料上化学试剂及助剂的残留量难以达到服装穿着的标准，所以该方法更适合于产业用纺织品，不适用于服用和家纺产品的生产加工。
化学交联法
利用柠檬酸将双壳聚氨酯－壳聚糖光致变色微胶囊化学交联到棉织物上形成的共价结合具有良好的耐水洗牢度和热稳定性，呈现出较鲜艳的颜色。此外，这种微胶囊通过涂层法形成化学交联时具有较大的比表面积，与织物及纤维之间可形成一种更紧密的接触。不仅如此，微胶囊还能在织物表面形成表面交联体系的薄膜，以成簇的微胶囊结合在棉纤维表面的不规则碎片形式存在，这些微胶囊不仅固定在棉织物的纤维上，而且构成的不规则碎片薄膜可嵌入并固定在纤维间的孔隙中，进一步增强结合牢度。
参考文献探讨了实现光致变色微胶囊与棉织物牢固化学结合的新颖途径。双壳聚氨酯－壳聚糖光致变色微胶囊可以根据黄色／红色／蓝色双壳聚氨酯－壳聚糖微胶囊的质量比例调配出２０余种颜色来满足多色谱双壳微胶囊在纺织品服装上的应用。双壳聚氨酯－壳聚糖光致变色微胶囊及其配色微胶囊共价结合在纤维素纤维织物上设计的户外服装防晒指示标识具有显示太阳光中紫外线辐照强度的指示和健康防护预警作用，具有响应速度快、响应变色颜色特征变化明显且颜色较鲜艳的性能特征，满足了在户外服装中健康防护功能性与装饰性的结合。
结语
有机类光致变色化合物的光致变色性能主要表现在响应变色的激发光谱范围为紫外－可见光波段，激发光谱范围的光源简单易得，对激发波谱范围没有严格细致的限制要求，受激发后响应变色速度快，颜色较鲜艳，应用范围较广泛。然而现有研究和应用现状依然存在一些问题。一是在持续高强度辐照下的耐疲劳度差和在激发波谱范围反复辐照下的可逆变色次数有限；此外，光致变色材料对整理加工过程中的溶剂和助剂以及使用过程中外界因素的作用敏感，如溶剂极性化显色、ｐＨ值、氧化、光照和温度因素带来的氧化作用及耐疲劳和光稳定性变差等问题。这些干扰因素也会使光致变色材料发生不可逆的变色反应，从而使其失去可逆变色能力。二是一些光致变色材料需要和有机溶剂或光引发剂同时包覆在微胶囊中才能维持变色反应的条件，产生变色效应。三是一些水性光致变色材料对纤维缺乏亲和力和结合力，无法通过常规染色上染纺织品；另一些油性光致变色材料则无法用水作为介质加工，只有通过黏合剂用传统印花整理方法将其应用于织物上。四是接枝改性法具有产率较低，牢度较差的缺点，其变色速度和褪色速度均减慢，耐疲劳度也相应降低。五是用于纺丝的光致变色化合物需要耐高温，应用受到一定限制。六是后整理聚合技术处理过的面料上化学试剂及助剂的残留量难以达到服装穿着的卫生安全标准。
要提高光致变色化合物在使用过程中的耐疲劳性和光致变色性能，使用微胶囊法是一种减少甚至避免光致变色材料对整理加工过程中的溶剂和助剂以及使用过程中外界因素的氧化、干扰作用的安全有效途径。微胶囊化光致变色化合物能够显著拓宽光致变色材料在纺织品中安全高效的应用途径。光致变色微胶囊壁壳兼具有可与棉织物发生共价交联的功能基团，实现微胶囊与棉织物共价结合的目标，处理的棉织物具有优良的结合牢度、水洗牢度、热稳定性、耐酸碱性和较鲜艳的颜色，为光致变色微胶囊在纤维素纤维织物上的印花整理探讨了一种新颖的途径，为赋予织物光致变色性能提供了新颖的参考。通过其在太阳光下响应变色并随太阳光辐照强度作出颜色深浅变化的特性，应用于能够指示太阳光中紫外线辐照强度的标识图案，具有响应速度快、在不同太阳光辐照强度下变色颜色辨识度高的特征。