吴飞扬，吴映妮，王楚元，赵炳乾，潘学坤，张 婉，刘雯雯，王潮霞

（江南大学纺织服装学院，生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡 214122）

温敏变色材料是一种对温度变化响应的新型智能材料，能够通过自身颜色变化表征环境温度的变化，应用范围可从简单的示温作用拓展到印刷［1］、涂料［2］、防伪［3］和生活用品［4］等方面。在纺织品领域中将温敏变色材料应用于织物，当人体体温或环境温度发生变化时，经过处理的织物表面会产生“动态”的色彩和花纹［5］，不仅赋予纺织品美感与趣味性，还能起到一定的指示和保护作用，给人们的生活带来便利。温敏变色材料还可用于开发智能变色服装，例如带有温度指示功能的儿童服装［6］，家长可以从织物颜色的变化随时获知婴幼儿的体温情况以达到提醒防护功能，方便对婴幼儿的及时护理。

温敏变色材料颜色丰富，变色灵敏度高，但同时也存在热稳定性和化学稳定性差［7］以及溶剂泄露等问题。因此，要选用透明性好的壳材包覆温敏变色材料，将制得的温敏变色微胶囊作为温变色涂层以隔绝外界物质对内部芯材的影响，减小壳材自身颜色对温变微胶囊变色性能的影响［8］，避免高温、强酸性或杂质污染引起的不可逆显色，从而获得稳定耐用的温变色印花织物，增强织物的耐光性，提高微胶囊的化学稳定性［9］。本实验采用丝网印花的方式，按一定比例将温敏变色微胶囊、黏合剂、增稠剂等混合制成印花浆，制备具有温敏变色性能的印花棉织物。考察温变微胶囊用量、黏合剂用量等印花工艺条件对棉织物颜色深度、耐皂洗色牢度、温变色可逆性的影响。此外，将不同变色温度的红、蓝温变微胶囊与黄色染料以不同比例混合制备拼色印花棉织物，拓展温变颜色数目并获得连续多变色性能，使织物在温度（34～40 ℃）波动时可以指示多个温度点，达到多温度点连续颜色警示的目的。

1 实验

1.1 材料及仪器

织物：棉布（330 根/10 cm×230 根/10 cm）；试剂：黏合剂HB-6020（广州誉衡环保材料有限公司），增稠剂（FILO COLORS 公司），蜜胺树脂温敏变色微胶囊（自制）。仪器：KQ-3200 型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司），SU1510 型扫描电子显微镜（日立株式会社），R-3 型焙烘机（台湾瑞比染色试机有限公司），Brookhaven 型Zeta 电位与粒径分析仪（Brookhaven 仪器公司），YG（B）982X 型标准光源箱、SW-12A 型耐洗色牢度实验机（温州市大荣纺织标准仪器厂），X-Rite 8400 型电子测色配色仪（美国爱色丽股份有限公司）。

1.2 温敏变色微胶囊印花棉织物的制备

将微胶囊分散在一定量水中，加入适量黏合剂，分散均匀后滴入适量增稠剂，搅拌均匀获得印花浆，通过丝网印花的方式对棉织物进行3 次印花，置于焙烘机中80 ℃预烘5 min，155 ℃焙烘2 min，皂洗，烘干，制得温敏变色微胶囊印花棉织物。

1.3 测试与表征

表面形貌：取1 g 温敏变色微胶囊于50 mL 无水乙醇中，超声10 min 后用胶头滴管滴于硅片上，待无水乙醇挥发后，用导电铜胶将硅片（或涂层棉织物）粘贴在铝板上，在真空条件下用喷射涂层机喷金处理后，利用扫描电子显微镜观察。

温敏变色性能：将加热器置于标准光源箱中，在D65光源下，将印花棉织物从34 ℃升温至40 ℃，再进行自然降温。利用iPhone 6s plus 拍摄印花棉织物的温变色过程，每隔1 ℃截图并利用Photoshop 软件的取色工具读取图片的 RGB 值［10］。

耐皂洗色牢度：根据GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测试。

温变可逆性：利用测色配色仪CIELab 测色系统测量温敏变色微胶囊印花棉织物在室温时的K/S值，再利用加热器将印花棉织物加热至50 ℃保持1 min，颜色褪去后再次测量K/S值［11］，重复操作30次。

2 结果与讨论

2.1 温敏变色微胶囊及其印花棉织物微观形貌

从图1a 可看出，温敏变色微胶囊呈规则球形，表面光滑，囊壁均匀，粒径分布较集中，范围在2～5 μm。由图1b 可以看出，大量微胶囊覆盖在棉织物表面，在黏合剂的作用下均匀地在纤维表面形成微胶囊膜。选用的微胶囊表面不含活性基团，本身对纤维无作用力，通过黏合剂成膜被包埋在棉织物表面与内部缝隙之间。微胶囊保护壳材内部温变色组分使发色剂与显色剂间的电子转移在加热过程中免受酸、碱、有机溶剂等因素的影响，从而起到保护变色性能的作用，提高材料稳定性与环境不耐受性，确保了加热冷却过程中温变色性能的实现。黏合剂将无纤维反应性的微胶囊粘贴在棉织物上，使温敏变色微胶囊在织物上能够稳定地存在。

图1 （a）温敏变色微胶囊和（b）温变色棉织物形貌

2.2 温变色棉织物颜色深度的影响因素

2.2.1 温敏变色微胶囊用量

从图2 可以看出，红色微胶囊用量从6%增加到10%时，K/S值从4.302 升至11.489，增幅较大；当微胶囊用量从10%增加到12%时，K/S值从11.489 升至11.580，增幅极小，说明当微胶囊用量为10%时，达到染色饱和，继续增加微胶囊用量不会显著提高颜色深度。蓝色微胶囊用量从6%增加到10%时，K/S值从2.707 升至8.755，增加了6.048；当微胶囊用量从10%增加到12%时，K/S值从8.755 升至8.926，仅增加了0.171，与红色微胶囊用量数据结论一致。综合考虑，红、蓝温敏变色微胶囊最佳用量均为10%，可获得较鲜艳、温敏变色效果显著的印花棉织物，原因是黏合剂可以在棉织物表面交联成膜而充分包埋温敏变色微胶囊，使棉织物颜色均匀；当微胶囊用量进一步增加时，通过黏合剂成膜与棉织物结合的微胶囊数量过多，产生浮色，在皂洗中被洗去。

图2 微胶囊用量对温变色棉织物颜色深度的影响

2.2.2 黏合剂用量

由图3 可以看出，黏合剂用量在12%～18%时，红色印花棉织物K/S值逐渐增大；黏合剂用量为18%～24% 时，K/S值从 10.923 降到 8.296；黏合剂用量为18%时，棉织物的K/S值达到最大值10.923，这是因为10%用量的微胶囊恰好能被18%的黏合剂固着在棉织物上；当黏合剂用量为21%和24%时，棉织物的K/S值分别为 9.808 和 8.496，相比最大K/S值下降了1.115、2.427，下降幅度较大。蓝色印花棉织物也呈此变化趋势。以上现象可以解释为，18%的黏合剂可以使温敏变色微胶囊和棉织物充分结合，使棉织物获得较深且均匀的颜色，黏合剂用量再增加不能使交联反应发挥更大的作用，过多的黏合剂将微胶囊稀释，反而造成织物的K/S值大幅下降。从人眼对颜色识别的局限性以及经济角度综合考虑，黏合剂用量为18%时，已经足够充分地粘贴用量为10%的微胶囊，可获得具有显著温敏变色效果的印花棉织物。

图3 黏合剂用量对温变色棉织物颜色深度的影响

综上所述，选用的温敏变色微胶囊性质稳定，变色规律一致，微胶囊颜色对印花浆的工艺不造成影响。

2.3 黏合剂用量对棉织物耐皂洗色牢度的影响

黏合剂的成膜性在一定程度上提高了涂层织物的耐皂洗色牢度［12］。表1 中，当黏合剂用量从6%增加到18%时，棉织物耐皂洗变色牢度逐渐增加，从2 级增加到5 级。这是因为随着黏合剂用量的增加，黏合剂在棉织物表面成膜固定微胶囊的作用力更强，固着在织物表面的微胶囊数量越多且更加牢固。当黏合剂用量达到21%与24%时，涂层棉织物的耐皂洗变色牢度仅为3～4 级。此时黏合剂用量过高，微胶囊黏附在黏合剂上，皂洗时随着黏合剂成块脱落，导致耐皂洗变色牢度较低。选用的温敏变色微胶囊表面不含活性基团，对纤维无作用力，依靠黏合剂的作用固着在纤维上，白色衬布不易沾色，因此耐皂洗沾色牢度均为5 级。综合考虑颜色深度与耐皂洗色牢度，选取黏合剂用量为18%进行印花，耐皂洗色牢度最好，达到5级。

表1 黏合剂用量对棉织物耐皂洗色牢度的影响

2.4 温变色棉织物的温变可逆性

10%温敏变色微胶囊和18%黏合剂印花棉织物的温变可逆性见图4。

图4 10%温敏变色微胶囊和18%黏合剂印花棉织物的温变可逆性

从图4 可以发现，印花棉织物在反复升降温30次后仍具有较好的变色性能。加热至50 ℃再恢复至室温，印花棉织物的K/S值与测试前相比无明显变化和波动，对变色灵敏度的影响较小。由此说明选用的温敏变色微胶囊的温变可逆性优异，微胶囊壳材对温敏变色材料起到了良好的包覆和保护作用，使之能够反复地进行显色与褪色，延长温敏变色材料的使用寿命。

2.5 印花棉织物温敏变色性能

从图5、图6 可知，红、蓝色温敏变色微胶囊印花棉织物的变色区间分别为34～37 ℃和36～38 ℃。34～37 ℃时，红色明显褪去；36～38 ℃时，蓝色明显褪去。

图6 蓝色温敏变色微胶囊印花棉织物随温度变化连拍图

从表2可以看出，34～40 ℃时，红色温敏变色微胶囊涂层棉织物R（红）值在一定范围内摆动但基本稳定，G（绿）、B（蓝）值均明显增大，分别增至231、222。其中，34～37 ℃时，G、B值上升趋势明显，分别增至228、212。说明红色温敏变色微胶囊印花棉织物在34～37 ℃内有明显的颜色变化。34～36 ℃时，蓝色温敏变色微胶囊涂层棉织物R、G、B值均在极小范围内摆动且基本稳定，36～38 ℃时，R、G、B值均有增加，分别从54、103、172增至195、197、200。说明蓝色温敏变色微胶囊印花棉织物在36～38 ℃内有明显的颜色变化。

表2 温变色棉织物升温过程颜色参数变化

根据红、蓝色温敏变色微胶囊的变色特点，将红、蓝色微胶囊和黄色染料以不同比例混合，制得印花棉织物。由表3 可以看出，34 ℃时棉织物显示为红黄蓝3 色的混合色；当温度上升至37 ℃时，红色首先褪去，此时棉织物显示为黄蓝两色的混合色；当温度继续上升至40 ℃时，蓝色褪去，此时织物显示为黄色。实现了通过红、蓝色温敏变色微胶囊配合黄色染料来获取多种颜色的印花棉织物，且具有在不同温度连续多变色性能。

表3 不同比例的红、蓝色温敏变色微胶囊与黄色染料拼色印花棉织物在34～40 ℃的显色情况

3 结论

通过红、蓝色温敏变色微胶囊配合黄色染料丝网印花制备了具有多色系、连续变色的温变色棉织物。综合颜色深度和色牢度得到最佳的印花工艺为温敏变色微胶囊用量10%、黏合剂用量18%，此时印花棉织物的K/S值最大，耐皂洗色牢度最好（达5级），经过30 次加热-冷却循环，仍具有良好的颜色深度和温变色性能。另外，按一定比例将温敏变色红色、蓝色微胶囊与黄色染料进行拼色，得到色彩丰富且具有连续多变色特点的印花棉织物，拓宽了温敏变色微胶囊印花棉织物的颜色范围，为制备多温度点变色棉织物提供了新思路。