陈 安，刘 茜

（上海工程技术大学纺织服装学院，上海 201620）

随着科学技术和产业水平的发展，形状记忆、变色、智能调温、自清洁纺织品等众多智能纺织品在民用和产业用纺织品领域得到迅速发展。其中，变色纺织品是一种在军事伪装、个性服装、家居装饰、防伪商标等领域应用广泛的智能纺织品［1］。国内外众多学者对变色材料、变色纺织品的制备及变色机理等方面做了很多研究。

变色材料是一种在外界环境发生变化时，自身颜色也随之改变的新型材料。根据激发条件的不同，主要可分为热敏变色材料、光敏变色材料、电敏变色材料3 大类［2］。其中，热敏变色材料具有变色反应快、显色效果好等优点，在智能电网、智能建筑、智能医疗、智能服装等领域应用广泛［3］。为了将热敏变色材料更好地应用在各个领域，中低温热敏变色材料成为研究重点［4］。国内外学者通过多种不同工艺制备变色性能优异的热敏变色材料［5-7］。许多学者采用筛网印花、丝网印刷等方法制备不同的变色织物，研究黏合剂用量、烘干温度、烘干时间等工艺条件对变色性能及织物色牢度的影响［8-11］。虽然关于热敏变色织物制备工艺的研究较多，但是关于涂层厚度对变色材料变色性能的影响研究却很少。Yanrong Jia 等［12-13］研究发现涂层厚度对有色材料的颜色会产生不同程度的影响。因此，研究涂层厚度对变色织物变色性能的影响极其重要。

本文以应用领域较为广泛的中低温热敏变色材料为研究对象，选择2 种不同温度（31、65 ℃）的热敏变色材料，在不改变黏合剂用量、搅拌时间、烘干温度等工艺条件下，通过改变涂布机的刮刀压力进而改变涂料用量，达到制备不同涂层厚度变色织物的目的。在制备基础上，研究涂层厚度对变色织物基础色相和亮度的影响，以及对变色响应速度、变色完全度等变色性能的影响。期望对未来中低温热敏变色产品的开发和研究提供一定的参考依据。

1 实验

1.1 材料

织物：涤棉混纺平纹织物（涤、棉混纺比65∶35，织物厚度0.22 mm）。

试剂：31 ℃热敏变色材料（蓝色变绿色）、65 ℃热敏变色材料（黑色变米白色）（深圳市幻彩变色科技有限公司），水性聚氨酯、增稠剂（深圳市吉田化工有限公司）。

1.2 仪器

BY-4031B 型成量电子测厚仪（扬州博裕试验机械厂），3114 型涂布实验机（意大利美斯丹公司），78-1 型磁力加热搅拌器（金坛市科析仪器有限公司），ZB2020JR 型恒温加热台（温州市正邦电子设备有限公司），JA2003A 型电子天平（广州瑞丰实验设备有限公司）。

1.3 不同涂层厚度热敏变色织物的制备

将2 种2 g 热敏变色材料与4 g 水性聚氨酯、0.1 g增稠剂、6 mL 蒸馏水混合，磁力搅拌器搅拌10 min，使所有材料混合均匀，得到热敏变色涂料。

通过控制涂布机的刮刀压力来控制涂料用量，使涂层厚度不同。将涂料均匀地涂覆于织物表面后放入烘箱，90 ℃烘5 min 后取出，测得如表1所示的试样涂层厚度。

表1 织物涂层参数

1.4 变色效果表征方法

采用HSB 模式［14］表征，H、S、B分别表示颜色的色相、饱和度、亮度。

31 ℃热敏变色材料属于色相改变，因此使用色相H表征。H值和几种典型颜色的对应关系：红色为0，黄色为60，绿色为120，青色为180，蓝色为240，品红为300，其他颜色的H值介于上述数值之间。65 ℃热敏变色材料属于亮度改变，使用亮度B表征。B值是颜色的相对明暗程度，通常用0%（黑）～100%（白）的百分数表示。在织物涂层表面随机选取10 个点测量，取平均值。

1.5 测试

1.5.1 初始色和完全变色HSB 值

在改变温度对织物施加热量前，先读取织物初始色的H值、B值，分别记为H0、B0；为了使织物完全变色，将试样放置在高于其自身变色温度20 ℃的环境中保持1 min，待其完全变色时再次读取H值、B值，分别记为H1、B1，为后续测取变色完全度提供参照。

1.5.2 变色响应速度

通过恒温加热台为织物试样提供对应的变色温度，当加热台达到变色温度时开始计时，通过相机拍摄织物变色的全过程。待观察到织物完全变色后再恒温保持5 min，确保织物完全变色；通过获取织物的HSB 值分析变色情况，当获取的HSB 值与完全变色HSB 值保持基本一致时，记录所需的变色时间，得到变色响应速度。

1.5.3 变色完全度

通过相机拍摄织物变色的全过程，分别记录不同时间对应的织物H值、B值，并与完全变色时的H1、B1值对比，通过二者比值表征织物的变色完全度。

1.5.4 变色效果

通过恒温加热台给31 ℃热敏变色材料提供25～35 ℃的温度区间，给65 ℃热敏变色材料提供60～70 ℃的温度区间。通过相机拍摄温度区间内每个温度对应的变色情况，以获取织物的HSB 值，分析织物的变色效果。

2 结果与讨论

2.1 初始色和完全变色HSB 值

运用Photoshop 软件对相机拍摄的织物变色过程进行照片截取及颜色识别，在HSB 色彩模式中测取对应的H值和B值。

由图1a 可知，涂层厚度对热敏变色织物的初始色相H0值基本没有影响，但对完全变色时的色相H1值有明显影响，随着涂层厚度的增加，H1值逐渐增大，说明涂层厚度增加导致颜色叠加变深。试样T1的H1值为165.9，表面颜色为绿色；试样T6的H1值为183.2，表面颜色为青绿色（如图2a 所示）。由图1b 可知，随着涂层厚度的增加，在完全变色时，黑色变为米白色，由于厚度更厚，米白色出现叠加，涂层颜色发暗，亮度减小（如图2b所示），B1值逐渐降低。

图1 不同涂层厚度热敏变色织物的初始色和完全变色HSB 值

图2 热敏变色织物发生完全变色时的图片

2.2 变色响应速度

由图3 可以看出，随着涂层厚度的增加，2种热敏变色材料的变色响应时间逐渐延长，变色响应速度下降。这是因为涂层越厚，温度传递受到的阻碍越大，温度传递越慢。在相同温度下，越厚的涂层需要越长的时间来弥补受阻的温度传递。

图3 不同涂层厚度热敏变色织物的变色响应时间

2.3 变色完全度

由图4a、图5a 可以看出，随着时间的延长，变色织物的变色完全度逐渐升高，从局部不完全变色到完全变色。在相同的变色时间内，涂层越薄，变色完全度越高，这是因为涂层越薄，热传递效果越好，变色越完全；反之亦然。同时涂层越厚，达到完全变色所需时间也越久。此外，涂层越薄，变色完全度增长速率越快，反之越慢。

由图4b、图5b 可以看出，随着变色时间的延长，变色完全度逐渐提高。但是随着涂层厚度的增加，在相同的变色时间内，变色完全度呈下降趋势。在前半段，涂层越薄，热传递效果越好，变色反应越快；在后半段，较薄的涂层已经由黑色变为米白色，亮度从低变为高，随着时间的延长，亮度缓慢变化且不明显，曲线斜率小。较厚的涂层还处在从黑色变为米白色，亮度由暗变亮的过程，跨度较大。因此，涂层越厚，曲线斜率在后半段越大。

图4 热敏变色织物的变色完全度

图5 热敏变色织物在不同时刻变色情况的图片

2.4 变色效果

由图6a 可以看出，随着温度的升高，不同厚度涂层对应的H值均逐渐降低。图中曲线斜率最大处对应的横坐标区间为变色织物色相发生最大改变的温度区间，区间右端点为色相完成最大变化的点，也就是激发热敏变色织物发生颜色改变的临界温度。从图中可以得出，试样T1、T2、T3、T4、T5和T6的激发温度分别为31、32、33、35、34、34 ℃。尽管31 ℃热敏变色材料的变色温度为31 ℃，但是随着涂层厚度的增加，激发变色的临界温度会逐渐升高，这与涂层厚度阻碍温度的传递有关。

由图6b 可知，随着温度的升高，不同厚度涂层所对应的亮度B值均逐渐增大。图中斜率最大处的区间右端点代表热敏变色织物的激发温度。从图中可以看出，试样T1′、T2′、T3′、T4′、T5′、T6′的激发温度分别为65、65、66、67、67、68 ℃。随着涂层厚度的增加，温度传递受阻，变色温度逐渐升高，当温度高于热敏变色材料原本的变色温度时，涂层织物发生变色。

图6 不同激发温度下热敏变色织物的HSB 值

3 结论

2 种变色温度不同的热敏变色材料，涂层厚度不同对变色性能造成直接影响。涂层厚度影响变色织物基础色相、亮度和温度的传递效果，织物的变色响应速度、变色完全度和变色效果都会有差异。因此，在开发各种变色产品，如变色织物、智能变色服装、军用伪装服时，要充分考虑涂层厚度对变色性能的影响，以保证产品变色效果的精准、一致、可重现，进而对变色织物的生产工艺提出更高的要求。