肖 沭，嚴智瀧，文馨可，陳淑惠，吳宗淮，費 良，殷允杰，王潮霞

（江南大學生態(tài)紡織教育部重點實驗室，江蘇無錫 214122）

光熱轉化變色技術被廣泛應用于食品保鮮［1］、防偽商標［2］、產品檢測［3］、智能紡織品［4］、家居裝飾［5］、光熱治療［6-7］等領域。在紡織服裝行業(yè)，隨著經濟的不斷發(fā)展，人們對于服飾的要求不僅限于實用性，還有對視覺效果與個性化方面的追求，由此變色紡織品逐漸出現在大眾的視野中。在日常生活中，人們經常會感受到光照與溫度的變化，因此光與溫度是常用的誘導條件［8］。普通的光致變色材料易受外界環(huán)境條件的干擾而產生顯色不良與耐疲勞性差等問題［9］，因而實際應用受到限制。通過光熱轉化變色技術，選用合適的光蓄熱染料與溫敏變色微膠囊相結合，可以構建可見光部分吸收光熱轉化變色材料，實現光蓄熱溫敏變色效果。

光熱轉化材料包括傳統(tǒng)的金屬、金屬納米材料、碳基材料、超分子晶體與導電聚合物等。其中，金屬納米材料中的納米銫鎢粉具有顆粒均勻、分散性好、光譜選擇性良好、光熱轉化效率高等特性。溫敏變色染料按照顏色改變的可逆特性可以分為可逆型與不可逆型；按照染料的化學性質可以分為無機類、有機類與液晶類；按照變色溫度范圍可以分為低溫型、中溫型和高溫型；按照變色顏色種類可以分為單變色型與多變色型［10］。在日常生活中，有機可逆型溫敏變色染料比較適合，但是該染料易受外界環(huán)境條件的影響，其應用與推廣受到了限制。為了減少環(huán)境影響，可以利用微膠囊化技術將其制成微膠囊染料。

本實驗選用納米銫鎢粉作為光蓄熱材料，以溫敏變色微膠囊作為顯色染料，制得可見光部分吸收光熱轉化變色材料，并將其應用于滌綸織物的印花，最終得到光蓄熱溫敏變色織物。對織物表面太陽能轉化材料的發(fā)熱性能以及溫敏變色微膠囊的變色性能進行分析。結果表明，該光蓄熱溫敏變色織物可以在利用太陽能的基礎上，對織物表面的溫度變化進行監(jiān)控，實現太陽能的光熱轉化以及紡織品對人體溫度的管理與監(jiān)控。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

試劑：納米銫鎢粉（Cs0.32WO3，鄭州阿爾法化工有限公司），黏合劑DH-BS（寧波市鎮(zhèn)海德匯化工有限公司），增稠劑RHT-01（江蘇新瑞貝科技股份有限公司），溫敏變色微膠囊（自制）。

儀器：NICOLET iS10 型傅里葉變換紅外光譜儀（美國賽默飛世爾科技公司），Sigma 300 型掃描電子顯微鏡（德國卡爾·蔡司股份公司），Cray50 紫外分光光度計（上海羅中紡織科技有限公司），938A 型攪拌器（廣州市祈和電器有限公司），Head Hires 640 sl 熱成像儀（德國ESW 公司），電熱恒溫鼓風干燥箱（上海安亭科學儀器有限公司）。

1.2 光蓄熱溫敏變色染料的制備

將5 g 5%的納米銫鎢粉（Cs0.32WO3）溶液、0.75 g黏合劑、0.25 g 增稠劑、19 g 水加入燒杯中，機械攪拌15 min，制成含1%Cs0.32WO3的光蓄熱染料；將5 g 5%的Cs0.32WO3溶液、0.375 g 黏合劑、0.125 g 增稠劑、7 g水加入燒杯中，機械攪拌15 min，制成含2%Cs0.32WO3的光蓄熱染料；將5 g Cs0.32WO3染料、0.75 g 溫敏變色微膠囊、0.25 g 增稠劑、0.75 g 黏合劑在燒杯中共混，機械攪拌15 min，制得Cs0.32WO3/溫變染料混色染料。

1.3 印花工藝

將Cs0.32WO3/溫變染料混色染料通過絲網印花印制在滌綸雙層織物上，150 ℃焙烘7 min，得到Cs0.32WO3/溫變染料混色印花織物。

將溫敏變色微膠囊與含1%Cs0.32WO3的光蓄熱染料通過絲網印花印制在織物的正反兩面，150 ℃焙烘7 min；再以同樣的方法獲得溫敏變色微膠囊與含2%Cs0.32WO3的光蓄熱染料印花的織物，得到兩類Cs0.32WO3/溫變染料雙面印花織物。

2 結果與討論

2.1 表征

2.1.1 SEM

由圖1a 可以看出，原滌綸織物的表面表現出了滌綸纖維表面平滑的典型特征。由圖1b、圖1c、圖1d可以看出，經過印花處理后，織物保留了滌綸纖維的基本形貌特征，同時表面附著了部分粗糙的微膠囊結構，充分表明了溫敏變色微膠囊已經結合到滌綸織物表面。

2.1.2 FTIR

紅外光譜分析具有對樣品無損害、測試靈敏度高、測試區(qū)域小、測試點可達微米級別的特點，可以準確地檢測出官能團在織物上的分布，從而驗證染料是否成功上染。采用KBr壓片法對樣品進行紅外光譜分析，所得紅外光譜圖如圖2 所示。由圖2g 可以看出，2 930、2 850 cm-1處的特征吸收峰分別歸屬于甲基和亞甲基［11］，1 735 cm-1處為酯基的伸縮振動吸收峰。由圖2 的其他曲線可知，1 534 cm-1處為N—H 的變形振動吸收峰，3 280 cm-1處為N—H 的伸縮振動吸收峰。由此表明經過光蓄熱染料與溫敏變色微膠囊上染后織物含有脲醛樹脂成分，證明溫敏變色微膠囊已經成功印染至織物表面。

2.2 光蓄熱溫敏變色織物的其他性能

2.2.1 光熱轉換性能

通過測定光蓄熱染料與溫敏變色微膠囊在不同混合方式下對織物的光熱轉化效率，并根據時間-溫度曲線得到光蓄熱溫敏變色織物經過一段時間光照后的穩(wěn)定溫度，探究光蓄熱溫敏變色織物進行光熱轉換過程后是否可以達到使溫敏變色微膠囊出現變色現象所需的溫度。通常平衡溫度越高，代表織物的光熱轉化效率越高，光蓄熱性能越好。

由圖3 可以看出，在模擬太陽光輻射光照強度（500 W）下照射5 min，Cs0.32WO3/溫變染料混色織物與Cs0.32WO3/溫變染料雙面印花織物均在2 min 達到平衡；Cs0.32WO3/溫變染料混色織物的平衡溫度為46 ℃，相較之下，Cs0.32WO3/溫變染料雙面印花織物的平衡溫度為38 ℃，說明對光蓄熱染料和溫敏變色微膠囊進行單面混合印染優(yōu)于雙面印染。因此，對光蓄熱染料和溫敏變色微膠囊進行單面混合后印染可以獲得較好的光熱轉化性能，同時將光蓄熱染料和溫敏變色微膠囊進行混合也可以提高染料的吸光性，進而提高染料的光熱轉化性能。

2.2.2 溫敏變色性能

由圖4 可以看出，由溫敏變色微膠囊和納米銫鎢粉混合制備的Cs0.32WO3/溫變染料混色織物呈現深紫色；而Cs0.32WO3/溫變染料雙面印花織物則呈現溫敏變色微膠囊的紫色與納米銫鎢粉透過織物的顏色所形成的復合顏色，淺于混色織物。將拼色織物、1%、2%Cs0.32WO3雙面印花織物加熱到變色溫度后，織物由紫色變?yōu)闊o色。Cs0.32WO3/溫變染料混色織物顯示納米銫鎢粉的顏色（藍灰色，見圖4a）；而雙面印花織物則顯示Cs0.32WO3透過織物的顏色，且Cs0.32WO3的質量分數越高，顏色越深（如圖4b、圖4c所示）。

2.2.3 顏色性能

K/S值是表征織物顏色的常數，其中K表示染料的吸收系數，S表示織物的散射系數，K/S值的大小與顏色深度呈線性關系，K/S值越大表示顏色越深［12］。K/S值的差值大小與顏色區(qū)分的難易程度有關，當差值在0～0.5 時，人們無法用肉眼觀察兩種顏色的差別；當差值在0.5～1.5 時，兩種顏色的辨識度提高，人們用肉眼仔細觀察可以看出差別；當差值在1.5～3.0時，兩種顏色出現明顯差別。

比較圖5a 和圖5b 可知，圖5a 在波長545 nm 處出現一個較強的吸收峰，與此波長處圖5b 的K/S值差值為1.5～1.7，因此制備的光蓄熱溫敏變色織物出現明顯的顏色變化。

3 結論

（1）分別采用Cs0.32WO3和溫敏變色微膠囊作為光蓄熱材料和顯色材料，獲得可見光部分吸收光熱轉化變色材料。通過將1%、2%Cs0.32WO3光蓄熱染料與溫敏變色微膠囊以混色印花、雙面印花兩種方式印染至滌綸織物上制得Cs0.32WO3/溫變染料混色染料織物、Cs0.32WO3/溫變染料雙面印花織物。兩種織物皆具有光蓄熱溫敏變色性能。

（2）通過掃描電子顯微鏡和紅外光譜分析證明Cs0.32WO3和溫敏變色微膠囊成功附著于滌綸織物表面；通過遠紅外熱成像儀測試可知，Cs0.32WO3/溫變染料混色織物的平衡溫度為46 ℃，Cs0.32WO3/溫變染料雙面印花織物的平衡溫度為38 ℃，說明Cs0.32WO3/溫變染料混色織物的光蓄熱效率更高、光熱轉化性能更好。

（3）通過對織物進行加熱，兩種織物均出現變色現象，且變色前后織物均有1.5～1.7 的K/S值差值，說明Cs0.32WO3/溫變染料混色織物、Cs0.32WO3/溫變染料雙面印花織物均具有溫敏變色性能。