光变颜料特性及其多色调光致变色印花工艺研究

摘要   针对当前光变颜料价格昂贵、色谱欠缺，印花织物色牢度较差、手感僵硬等问题，系统研究了光变颜料的基本特性以及分散染料/光变颜料同浆印花工艺，拓宽了光变颜料色谱，研制开发了可调控的多色调变色印花织物。结果表明：Mc-系列光变颜料变色效果明显，且灵敏度和耐疲劳度优良；研制的多色调光致变色印花工艺为：光变颜料质量分数为6%、分散染料适量、黏合剂TF-321G与TF-3201比例为2∶1且质量分数为6%、增稠剂TF-321F质量分数为1.2%，焙烘温度170 ℃、焙烘时间4 min；随着分散染料色光和用量的不同，印花织物的色谱得到了拓展。

  关键词  光变颜料；同浆印花；调控；多色调；变色织物

随着生活水平的提高，消费者对印花纺织品美的追求层次也越来越高，对印花纺织品颜色的要求除了实用、美观，也关注新奇多变的风格，不再局限于传统印花的静态色泽[1-2]。光变颜料等功能性颜料的出现，可使印花图案由“静”变“动”，会给生活或其他领域增添许多新鲜感和乐趣，也为纺织、染整工作者提供了实现纺织品新颖印花的创新机会[3-4]。

目前，光变颜料通常被用于饰品(挂件等)、印刷产品(标识等)以及生活用品(变色杯、发卡、手环等)等。近年来光变颜料逐步通过印花的方式在纺织品领域得以应用，然而由于光变颜料价格昂贵、色谱欠缺等因素，极大地限制了其在光致变色印花产品上的应用[5-7]。而黏合剂作为颜料印花的关键成分，直接影响织物手感和色牢度，研究表明[8]，当提升黏合剂质量分数时，印花织物色牢度会明显提升，但手感也会随之变得僵硬。且有学者[9-11]通过减少黏合剂质量分数，加入涂料印花用交联剂，形成延伸性差的刚性网状结构，牢度有所提高，但如果应用于圈绒类织物会极大地影响圈绒织物的手感、对多色调织物的呈色效果及变化规律也缺乏相关研究。

针对上述问题，采用光变颜料/分散染料同浆印花，在获得较好光变效果的同时降低光变颜料的质量分数，这不仅能有效降低印花成本，也有利于体系黏合剂质量分数的控制，进一步获得具有较好手感以及较佳色牢度的光致变色印花织物，同时拓宽了光变颜料的色谱。因此，首先对光变颜料特性进行研究，明确光变颜料在紫外光下的变色特性；其次，对分散染料与光变颜料同浆印花工艺进行了研究，明确色牢度、手感与色彩三要素之间的相关性和机理，以此理论基础开发了色牢度高、手感好、呈色丰富多彩的光致变色织物。

实 验

1.1 试剂与仪器

1.1.1 实验试剂

光变颜料(Mc19#红色、Mc16#黄色、Mc22#绿色、Mc29#蓝色、蓝变绿Mc-11)购自深圳市千色变材料科技有限公司；商品化分散染料为C.I.分散红60、分散黄HA-2RW、分散E-4R蓝(工业级)由吉华集团提供；黏合剂TF-321G、黏合剂TF-3201S、增稠剂TF-312F(工业级)由传化智联股份有限公司提供；湿摩擦牢度增进剂UP-W(工业级)购自青岛市达茵化工有限公司

1.1.2 实验仪器

DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司)，JJ-1精密增力电动搅拌器(江苏金坛市城东新瑞仪器厂)，MCR52旋转流变测试仪(奥地利Anton Paar公司)，SF600X测色配色仪(美国DateColor公司)，Y571C摩擦色牢度测试仪(温州方圆仪器有限公司)，SW-24AⅡ型耐洗色牢度试验机(温州市大荣纺织仪器有限公司)，WFH-204B手提紫外灯(上海驰唐电子有限公司)，BSA2245分析天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 分散染料/光变颜料色浆制备

表1为色浆配方，称取6 g的光变颜料分散于水中，加入一定量的分散染料，搅拌至分散均匀，随后加入4 g黏合剂TF-321G、2 g黏合剂TF-3201以及1.2 g增稠剂TF-321F，加水至100 g，充分搅拌一段时间后备用。

表1 色浆配方

Tab.1 Slurry formula

1.2.2 印花织物的制备

将上述制备的色浆通过丝网印花印制在涤纶绒类织物上，烘干后，一定温度下焙烘固色一定时间，最后水洗、烘干获得色调可调控的涤纶绒类印花织物。

1.3 测试方法

1.3.1 光变颜料的呈色时间、消色时间测试

将光变颜料均匀平铺于玻璃片表面，盖上一层玻璃片后压平固定，制备不同光变颜料样品。呈色时间：用挡光板挡住所制备样品的一半，另一半用紫外灯照射直至颜色完全显色，撤去挡光板且紫外灯继续照射，用秒表记录仪开始计时，当两边颜色相近时停止计时，该时间段为光变颜料的呈色时间，单位以秒计。消色时间[11]：用挡光板挡住所制备样品的一半，另一半用紫外灯照射直至颜色完全显色，关掉紫外灯同时撤去挡光板，用秒表记录仪开始计时，当两边颜色相近时停止计时，该时间段为光变颜料的消色时间，单位以秒计。

1.3.2 光谱反射率、K/S及色度值的测试

按照工艺流程印制织物，利用Datacolor测色配色仪测试印花面料的光谱反射率[12]、K/S值以及色度值参数。

1.3.3 光变颜料变色过程的表征

把制备的样品用Datacolor测色配色仪测出其在不同光照时间下的光谱反射率曲线，采用OptialColor软件，通过所测光谱反射率还原出对应的LCH，进而转换成真实颜色以及用波长迁移表征颜色变化过程，直观明了地把多色调表征出来。

1.3.4 织物手感主观评价测试

选择纺织工程专业人员20人(男女比例1∶1)，对光致变色印花织物进行手动触摸以评价其柔软程度。以黏合剂质量分数为20%时所印制的样品为参照物1，其柔软程度记为0，以未印花织物为参照物2，柔软程度记为5。将20人的评分取平均值，得到织物手感的主观评价[13]，分值越高表明织物手感越好。

1.3.5 印花织物色牢度测试

耐洗色牢度按GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》方法2进行测试；耐摩擦色牢度按GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》进行测试。

结果与讨论

2.1 光变颜料变色性能的研究

所选螺吡喃类光变颜料在纺织领域中较为常用。其变色机理如图1所示：

图1 螺吡喃类光变颜料光致变色机理示意

Fig.1 Schematic diagram of the photochromic mechanism of spiropyran-based optically variable pigments

如图1所示，光变颜料变色过程是通过键的异裂完成的。当使用紫外灯照射光变颜料时，光变颜料分子中的碳氧键发生异裂化，螺吡喃开环体形成新的物质，最大吸收波长发生变化，颜色随之发生变化；紫外灯照射停止后，颜料分子中键的异裂恢复成原有的状态，光变颜料随之恢复为原来的颜色。

图2 光变颜料基础色光照前后效果对比

Fig.2 Comparison of the effect of light variable

pigment base color before and after illumination

2.1.1 光变颜料变色效果及过程

首先，对市售的几种光变颜料的变色效果进行了分析，由图2可发现，所选光变颜料基础色经紫外光照射后变色效果明显。由于光变颜料经紫外光照射后，变色较为灵敏，不利于采用设备对其进行表征，因此，为进一步研究其变色过程，对其消色过程进行研究，测试了光照停止后不同时间的R值曲线，结果如图3所示。从图3可以看出，随着紫外光照射停止后，3种光变颜料的光谱反射率逐渐上升，但是最大吸收波长未变，此时表现出光变颜料的消色过程，且一定时间后可完全恢复到原有颜色，表现出了较好的可逆性。

为了进一步验证光变颜料的变色过程，以Mc19#红色为例，对其在停止光照后不同时间段的光谱反射率曲线进行进一步分析，采用OptialColor软件，通过所测光谱反射率还原出对应的LCH，进而转换成真实颜色的过程，并测试其相应K/S值，结果如表2所示。