光致变色材料的研究与应用

【８Ｏ】　棉　识技术　Ｃｏｔｔｏｎ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　第４４卷第ｌ２期　２０１６年１２月　

光致变色材料在纺织中的应用　

范　菲　

（五邑大学，广东江门，５２９０３０）　

摘要：　探讨光致变色材料在纺织中的应用现状。介绍了接枝法、染色法、印花法、纺丝法、后整理法、化　学交联法在纺织中的应用情况；阐述了有机类光致变色化合物的光致变色性能优缺点及适用性。指出：用涂层　法通过化学交联反应将壁壳中含有功能基团的微胶囊共价交联到棉织物上，得到的光致变色织物具有优良的结　合牢度、水洗牢度、热稳定性、耐酸碱性和较鲜艳的颜色。认为：微胶囊化光致变色化合物能够显著拓宽光致变　色材料在纺织品中的应用。　关键词：　光致变色材料；微胶囊法；纺织品；共价交联；热稳定性；结合牢度　

中图分类号：ＴＳ１０１．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—７４１５（２０１６ｌ１２—００８０—０５　

１　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　

基金项目：２０１５年度五邑大学“创新强校工程”青年创新人才类　项目（科研平台类）（２Ｏ１５ＫＱＮＣＸ１６６）；２０１６年度江门市基础理　论与科学研究类科技计划项目；五邑大学博士启动项目　（２Ｏ１６ＢＳ２２）　作者简介：范菲（１９８２一），女，讲师，Ｆａｎｆｅｉ—ｗｕｙｉ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｒｎ　收稿日期：２０１６　０８　２２　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　

■　ｆ技术交流Ｊ　

当今社会，假冒伪劣商品充斥市场，不仅破　坏了正常的市场秩序，而且侵害了消费者的权益和　生产企业的经济利益。为了预防和打击制假贩假活　动，研究和开发了各种新型、高效的防伪技术。光　致变色防伪材料就是其中一种，它是一类见光后　颜色发生变化而去掉后又能恢复到原来颜色的材　料，这～特性使其在防伪辨伪方面有着巨大的应　用前景。　一、光致变色材料的反应机理　光致变色现象是指一个化合物（Ａ）受到一定　波长的光照射时，发生特定的化学反应，获得产物　（Ｂ），由于结构的改变导致其可见部分的吸收光　谱发生明显的变化，从而发生颜色变化。而在另一　波长的光照射或热的作用下，又能恢复到原来的状　态，其典型的紫外一可见吸收光谱和光致变色反应　原理可用下图定性描述。　在图中，　和　分别代表化合物　口Ｂ的最大吸　收波长。当使用　波长的光照射化合物Ａ时，化合　物Ａ会发生一定的反应生成化合物Ｂ，表现在紫外可　见光谱上，就会导致Ａ的吸收逐渐减弱，而Ｂ的吸收　逐渐增强。此过程在外观上一般都会表现出颜色的　厂…一、　５２　印刷质量与标准化２０１０．８　＼…～／　文／张国锋　加深，称为光成色过程。反过来，当使用　。波长的　光照射化合物Ｂ时或物质Ｂ吸热时，会出现相反的现　象，此过程一般称为光消色过程。　搬　Ａ（Ｘ＾）　波长　ｈＶ　Ｂ（　）　ｈＶ　ｏｒＡ　图１光致变色反应原理　在光致变色现象中，发挥功能作用的是一类　在光源照射下发生颜色变化的化合物，称为光致变　色材料。真正具有实际应用前景的光致变色材料需　具备以下特征：　①Ａ，Ｂ必须有足够的热稳定性；　②Ａ，Ｂ必须有足够长的循环寿命，即较高的耐疲劳　性；③Ａ，Ｂ的吸收光谱至少有一个在可见光区；　④Ａ，Ｂ的响应速度应足够快；⑤Ａ，Ｂ的变色反应灵　

敏度高；⑥Ａ，Ｂ具有足够的稳定性：ＯＡ，Ｂ的颜色　视差显著不同；⑧合成工艺简单，成本低廉。　常见的光致变色材料　常见的光致变色材料按照其组成可以分为有机　光致变色材料和无机光致变色材料。　１．无机光致变色材料　无机光致变色材料包括过渡金属氧化物、金属　卤化物、稀土配合物三类。其中ＭｏＯ３、ＷＯ３是两种很　有竞争力的金属氧化物，通常情况下ＭｏＯ３是白色粉　末，属于六方晶体系，Ｗ０。是黄色粉末，属于单斜　系。值得一提的是，ＷＯ　是一种重要的无机光致变　色材料，在大屏幕显示和高密度信息存储等领域中　具有广泛的应用前景。与有机光致变色材料相比，　ＷＯ　稳定性好、成本低，但其光致变色效率较差。为　了提高这类无机材料的变色效率，已经提出了各种　解决方案并已取得了许多有意义的结果。　２．有机光致变色材料　，　有机光致变色材料根据其光致变色机理的不　同，可大致分为以下几种基本的结构类型，即开环　一闭环型变色分子、结构异构型变色分子和氧化还　原型变色分子。　（１）开环、闭环型变色分子。　主要包括若干杂环和芳环组成的螺环化合物和　桥环化合物。螺环化合物主要有螺吡喃类、螺恶嗪　类衍生物；桥环化合物主要有俘精酸酐类、二芳杂　环基乙烯类和吲哚啉恶唑烷类衍生物。　螺吡喃是最早进行研究且研究较广泛深入的一　类有机光致变色化合物。它的光致变色现象在１９５２　年被发现。它的生色过程是通过分子中的Ｃ一０键发　生异裂，导致构象的转换和电子的重新排布，生成　具有共轭结构的开环化合物。变色反应见式：　鳓咖畸　…　螺恶嗪类化合物是２０世纪７０年代在螺吡喃基　础上发展起来的一类具有良好光致变色性能的化合　物。它的合成方法、光谱性质以及光致变色反应机　理等也与螺吡喃类化合物相似。螺恶嗪类化合物的　分子结构与光致变色反应见式：　瞬　一Ａ　ｏｒＶｍ晦　螺环化合物的闭环体通常为无色或浅色，在　光激发下使得螺原子环系的碳一杂原子单键发生异　裂，形成一个大的订共轭体系，从而使其吸收光谱　红移而显色，颜色变化明显。　（２）结构异构型变色分子。　分子结构的异构化主要有顺反异构、构象异　构、互变异构、几何异构和单聚一多聚异构。偶氮　类和席夫碱类化合物是结构异构型变色分子的典型　代表。　．　偶氮类化合物通过键的顺反异构化反应而产生　颜色的变化，该类化合物的颜色变化不太明显。目　前，多种新型偶氮类化合物被合成并报道。其光致　变色反应见式：　ｏ　：　ｂ（３）（３）　水杨醛缩苯胺类席夫碱是席夫碱类光致变色化　合物的典型代表，其光致变色过程涉及质子转移，　显示出由黄到橘红的颜色变化。该类化合物的特点　是：抗疲劳性好，不易光化学降解，成色一消色循　环可达￣ＩＪ１０４～１０５次，光响应速度快。其变色反应　∞　…　（３）氧化还原型变色分子。　Ｎ，Ｎ’一双取代一４，４’一联吡啶盐类，被称　为取代紫精。紫精类化合物具有优良的氧化还原性　质，可通过化学、电化学和光化学等方法发生氧化　还原反应。无色紫精在光照下发生单电子转移的还　原反应，生成相应的阳离子自由基，该阳离子自由　基因其吸收光谱位于可见光区域而显色，在逆过程　中该阳离子自由基被氧化为原来的紫精化合物。其　有３种氧化还原态：　，…———、　印刷质量与标准化２０１０．８　５３　ｌ　＼…

学术论坛　盟　Ｑ：§§　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ＴｅｃｈｎＯＩＯｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　

光致变色玻璃的研究进展　

王立艳’・　张国　（１吉林建筑工程学院材料科学与工程学院　吉林长春　１　３００２　１；　２吉林大学化学学院　吉林长春　１　３００　１　２）　

摘　要：综述了光致变色玻璃的种类、变色机理和性能　以及常用光致变色玻璃的制备方法。关于光致变色玻璃的研究非常活跃，　良好的可逆光致变色性能使其在民用、建筑等领域均具有广泛应用前景。　关键词：光致变色玻璃　变色机理　可逆光致变色性能　中图分类号：ＴＱ１７１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—０９ＳＸ（２００８）１２（ａ）一２４９—０１　

１光致变色玻璃的种类　

１．１　无机光致变色玻璃的种类　

无机光致变色玻璃是由光学敏感材料　

和基体玻璃组成，在基体玻璃中掺入微量　

的敏感材料，经过热处理后沉淀在玻璃熔　

体中作为光敏剂。光学敏感材料主要是　

银、铜和镉的卤化物或稀土离子等　基体　

玻璃一般认为采用碱金属硼硅酸盐玻璃作　

为基体，玻璃的光致变色性能最好。　

ｌ９６２年，美国康宁公司研制出了含卤　

化银光致变色玻璃，此后不断对已有的光　

致变色玻璃进行改进，申请了许多专利【２Ｊ。　

中国科学院福建物质结构研究所的周有福　

等人采用碱土铝硼酸盐体系作为基体玻　

璃，以稀土离子为光敏剂制备了一种透明　

光致变色玻璃，利用稀土离子丰富的受激　

辐射，实现波长（颜色）变化。这种玻璃处　

于弱光环境呈蓝色，强光照射下，特别是短　

波可见光，呈紫色或红色。　

１．２有机光致变色玻璃的种类　

根据所用的光致变色材料不同，有机　

光致变色玻璃可以分为俘精酸酐、二芳基　

乙烯、螺吡喃、螺嗯嗪光致变色玻璃等；根　

据制备方法不同，有机光致变色玻璃可以　

分为贴膜或涂膜光致变色玻璃和光致变色　

有机玻璃两类。第一种是将光致变色材料　

制成高分子膜，复合到无机玻璃表面，目　

前，南开大学已开发出光致变色安全玻璃　

科技篇（技术讲座）２０１４年０７月　陶瓷　Ｃｅｒａｍｉｃｓ　・　４９　・　

无和光致变色材料研究进展　

焦国豪　杨　辉　余爱民　张　勇　

（１浙江大学科研院　杭州　３１００５８）（２杭州诺贝尔集团有限公司　杭州　３１１１００）　

摘　要　无机光致变色材料具有许多优于有机光致变色材料的优良特性，进而广泛地应用在信息存储、智能窗、太阳镜、　传感器、智能开关、国防等诸多领域。笔者综述了无机光致变色材料的研究、发展进程，并对无机光致变色材料的发展趋　势进行了展望。　关键词　光致变色　无机功能材料　无机光致变色材料　中图分类号：ＴＢ３２１文献标识码：Ａ文章编号：１００２—２８７２（２０１４）０７—００４９—０６　Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　Ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｊｉａｏ　Ｇｕｏｈａｏ　－一，Ｙａｎｇ　Ｈｕｉ　。Ｙｕ　Ａｉｍｉｎ　，Ｚｈａｎｇ　Ｙｏｎｇ　（１　Ｔｈｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｈａｎｇｚｈｏｕ，３１００５８）（２　Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｎａｂｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，３１１１００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｈａｖｅ　ｓｏｍｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｖｅｒ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｐｈｏｔｏ—　ｃｈｒｏｍｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｈａｖｅ　ｍａｎｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｔｏｒａｇｅ，ｓｍａｒｔ　ｗｉｎｄｏｗｓ，ｓｕｎｇｌａｓｓｅｓ，ｓｅｎｓｏｒｓ，　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｓｗｉｔｃｈ，ｔｈｅ　ｄｅｆｅｎｓｅ，ａｎｄ　ｍａｎｙ　ｏｔｈｅｒ　ａｒｅａｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｖｉｅｗｓ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｐｈｏｔｏｃｈｒｏ—　ｍｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｓｍ；Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ