变色材料的技术普及文章2009-17什么是变色材料很多人都发出

变色材料的技术普及文章

2009-3-17

什么是变色材料？很多人都发出这样的疑问，变色材料就是会变色吗？天啊！太不可思意了，怎么变色的？这些惊讶和疑问没天都在发生。那么下面我们就来整理和归纳下什么是变色材料，变色材料都有那些种类和特点：

变色材料是指随着外界环境条件变化而发生颜色变化的物质。变色材料的应用非常广泛，如仪器的热敏记录材料、示温材料、自显照相材料等。变色材料在高新技术领域的应用也很多，如在光信息存储、非线性光学材料、军事伪装等方面扮演着越来越重要的角色。近年来，为了满足现代人们追求新、奇、特的审美观念，腾达印花涂料开始将变色材料用于日常生活的服装、服饰纺织品中，使服装、服饰在不同的条件下产生特殊的色彩变化，让人耳目一新；军事上利用这种色彩变化制造“变色龙”作训服，使之与环境背景色彩相吻合，达到伪装的目的。

１变色材料的分类

1）光（敏）变色材料、

2）热（敏）变色材料、

3）电变色材料、

4）湿（敏）变色材料，

5）压敏变色材料、

6）溶剂致变色材料等，

１．１光（敏）变色材料

早在１９世纪９０年代，人们就发现了某些固体和液体化合物具有光致变色的性能。光变色（ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ）指在不同的光波诱导下，物种Ａ向其异构体Ｂ转化而出现的变色的过程。物种Ａ和Ｂ具有不同的吸收光谱和能级结构。撤去光源或者改换另一种光源，Ｂ再转化成Ａ，颜色又回到初始色泽。这是因为，化合物Ａ在外部光源ｈγ的刺激下，分子结构或电子能级发生变化，形成了吸收光谱不同于Ａ的化合物Ｂ，发生颜色的改变；而Ｂ在另一种光源ｈγ＇或热作用下，又返回化合物Ａ，颜色又回到初始色泽。由于两种物质间的吸收光谱发生了变化，当该变化处于可见光区域时，就会产生发色与消色或一种颜色转变成另一种颜色的可逆变化，即光变色现象。

有机光变色材料种类繁多，反应机理也不尽相同，主要包括：

①键的断裂，如螺吡喃、螺噁嗪等；

②键的均裂，如六苯基双咪唑等；

③电子转移互变异构，如水杨醛缩苯胺类化合物等；

④顺反异构，如偶氮化合物等；

⑤氧化还原反应，如稠环芳香化合物、噻嗪类等；

⑥稠环化反应，如俘精酸酐类、芳基乙烯类等。下面介绍几种主要的有机类光致变色化合

物。

１．１．１螺吡喃类

螺吡喃结构是一类研究得比较多的有机光变色材料，在纺织品上应用的变色染料（颜料）很多属于这种结构。通常螺吡喃结构上的螺碳原子，在紫外光（λｍａｘ＝２５０～３００ｎｍ）的照射或加热下，由ｓｐ３杂化转变为ｓｐ２杂化，形成平面开环体，显示颜色。

其变色机理如下：

在紫外光照射下，无色螺吡喃结构中的Ｃ─Ｏ键断裂开环，分子局部发生旋转且与吲哚形成一个共平面的部花青结构，吸收光谱相应红移而显色。在可见光或热的作用下，开环体又能回复到螺环结构而消色。

螺吡喃类化合物具有优良的光变色特性，但也具有耐疲劳性差、信息的保存性不太好、室温寿命短等缺点，其性能有待进一步提高。

１．１．２偶氮苯类

偶氮苯类化合物光变色性能良好，并具有超高存储密度和非破坏性信息读出等特点。由于含有─Ｎ＝Ｎ─，形成顺反异构结构而引起光变色。光或热的作用可使顺式和反式偶氮苯之间发生转化，从而发生颜色的转化。反式结构一般比顺式结构稳定。

１．１．３俘精酸酐类

俘精酸酐类是芳取代的二亚甲基丁二酸酐类化合物的统称。其变色机理为：

整个分子由不共平面的酸酐部分和芳杂环部分构成，杂环上富含电子，可作为电子给体，对应的酸酐部分为电子受体，分子内部形成６π体系。当俘精酸酐受到一定波长的紫外光照射后，发生稠环化反应：６π→２σ＋４π，成为共轭的有色体，其在可见光的照射下又发生逆反应而顺式旋转开环，重新生成无色体。俘精酸酐具有良好的热稳定性和抗疲劳性，室温下能循环３万次。

光敏变色纺织品主要用于娱乐服装、安全服和装饰品以及防伪制品等。如：腾达印花涂料将螺呋喃类光敏染料包覆于微胶囊中，用于Ｔ恤衫的印花。在室内或暗处是无色的，

视觉上没有图案，而在阳光下便呈现出五彩缤纷的色彩。

１．２热（敏）变色材料

热致变色（ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｃ）指物质在不同温度下发生颜色改变的现象。引起热致变色的原因有多种，如物质在不同温度下的晶型转变、结构转变等。热变色性质可分为可逆性和不可逆性两类。1

1）可逆性变色就是当材料温度达到或超过变色温度时，颜色即发生变化，而当温度降到变色温度以下时，又回复到原来的颜色。纺织用变色材料主要是可逆性变色的。2）不可逆变色则是当材料受热到变色温度时，颜色发生变化后不再随温度下降而回复到原来的颜色。防伪上主要应用不可逆变色材料。

１．２．１液晶类

液晶是介于固体和液体之间的一种物质形态。胆甾型液晶的热敏效应特别强，温度变色灵敏度可达±０．２℃，温度稍一变化，液晶颜色就作出相应的改变。其机理为：胆甾型液晶具有层状分子结构，层内分子长轴相互平行，各层分子轴向与邻层分子轴向都略有偏移，使得液晶分子呈螺旋状结构，因而表现出独特的光学性质。

它对白光发生选择性吸收并反射某些波长的偏振光，表面反射和透过两种不同颜色的光，且颜色会随螺旋结构的伸长或缩短而变化。螺旋结构对外界因素（如温度）非常敏感，它的伸缩随温度而变化。因此，胆甾型液晶可在某一温度范围内，随着温度的变化，在整个可见光范围内进行可逆显色，即：（低温）红#黄#绿#紫（高温）。

这种特性可用于纺织品热变色印花。例如应用胆甾型液晶于纺织品或服装上，随外界温度或穿着部位的不同，体温的变化引起服装颜色多变，产生了新颖的视觉效果.

另据报道，国外已开发出专用于纺织品印花或染色的热变色液晶，变色温度在－３０～１００℃，变色的温度宽度可任意调节，颜色可连续变化，反应灵敏。用于纺织品印花的液晶主要是胆甾型的酯类化合物，如胆甾醇壬酸酯和胆甾醇油酸酯等。

应用时可单用胆甾型液晶，也可将液晶与结构类似的非液晶的化合物混用。

液晶类热敏变色材料的缺点主要在于价格昂贵。此外，它对化学物质非常敏感，对纤维没有亲和力，容易降低变色效果。这些将使其在纺织品上的应用受到一定程度的限制。

１．２．２有机类热敏变色材料

具有热致变色性能的三芳甲烷类、萤烷类、螺吡喃类等有机化合物，这种新型可逆热变色机理主要为：组成物中导致ｐＨ变化的可熔性化合物随着温度变化而熔化或