治疗白癜风最好医院是哪家 https://wapjbk.39.net/yiyuanzaixian/bjzkbdfyy/年第8期《合成纤维》
青岛大学先进材料与功能纺织品研究院
青岛大学纺织服装学院
青岛大学纤维新材料及现代纺织国家重点实验室培育基地
海洋生物质纤维材料及纺织品山东省协同创新中心
光致变色海藻纤维形态结构如何？
光致变色材料与纤维以何种结合方式？
光致变色材料含量不同时，
纤维的光致变色性能、褪色性能及断裂强力如何变化？
如何选取综合性能最佳的光致变色材料浓度？
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了解青岛大学朱平教授团队
在光致变色海藻纤维的研究中获得的最新突破。
作者简介
卞雪艳(—)，女，汉族，山东青岛人，硕士，师承朱平教授，从事功能纤维与功能纺织品研究。
朱平，男，工学博士，教授，青岛大学、华中科技大学、江南大学博士生导师，美国佐治亚大学和加州大学戴维斯分校博士后，享受国务院*府特殊津贴专家。湖北省“楚天学者”特聘教授。全国纺织科技创新领*人才；教育部高等学校轻工类专业教学指导委员会委员；中国印染工业协会理事，中国纺织工程学会染整专业委员会委员。
光
致变色材料也称光感材料或光敏材料，是指在一定波长的光照下(通常为紫外光照)，分子结构改变，其颜色发生明显变化，而在另一波长的光照作用下又能恢复到原来状态的一种新型功能材料。光致变色化合物可分为有机和无机光致变色化合物。有机类光致变色化合物主要分为偶氮苯类、螺吡喃类、螺噁嗪类、俘精酸酐类等。其变色原理主要有键的异裂、键的均裂、质子转移互变异构、顺反异构、氧化还原反应、周环反应及化合物的酸致变色等。无机类光致变色化合物主要是过渡金属氧化物、金属卤化物以及稀土配合物。
螺吡喃化合物是内含桥键原子(一般为杂化的饱和碳原子)的杂多环有机分子，在紫外线的照射下，螺吡喃中的碳氧键发生异裂，生成带颜色的异构体——异喹啉，其共轭体系在光下显色。反应过程如图1所示。
图1螺吡喃化合物显色反应
由于螺吡喃类光致变色化合物的变色灵敏性高，热稳定性好，各项牢度较高，因而获得广泛应用。将光致变色材料通过特定的纺丝技术添加到纤维中，可赋予纤维光致变色性能。目前，通过研究已开发出了一系列的光致变色纤维，如光致变色纤维素纤维、光致变色聚丙烯纤维等。海藻纤维是一种由海藻中提取的海藻酸盐经特殊工艺制备成的纤维，是一种具有可持续发展特性的天然高分子材料，具有来源广泛、物理强度高、结构稳定性好，且亲水性较大等一系列优点。特定的纺丝技术及后整理方法可赋予海藻纤维及纺织品光致变色性能，可用于高档壁纸及窗帘、产品防伪标识、紫外防护伞等；由于其性能受温度影响较大，也可用作感温病号服、儿童服装、感温壁画、温度计等。
材料与仪器
海藻酸钠，山东洁晶集团产。无水氯化钙，上海埃比化学试剂有限公司产。JFC渗透剂、吡喃类光致变色粉末，台北崇裕科技股份有限公司产。蒸馏水。
常州普天仪器有限公司HH-4数显恒温水浴锅，无锡市南泉明柳化工设备厂ULTRASONICCLEARA?NERKX-QTDmL加热型定制纺丝机，上海光学仪器厂TM型扫描电子显微镜，ThermoScientificNicoletls型傅里叶变换红外光谱仪，莱州市电子仪器有限公司LLY-06E电子单纤维强力仪，深圳市速瑞德科技术有限公司UV-紫外光源。
光致变色纤维制备
称取不同质量的光致变色材料加入到50mL蒸馏水中，加入适量JFC渗透剂，配制一系列质量分数(0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)梯度的光致变色溶液。分别加入2g海藻酸钠，放入水浴锅中，设定温度40℃；不断搅拌至海藻酸钠完全溶解并形成均一稳定的纺丝液，将纺丝液置于超声仪器中，振荡脱泡。
配制质量分数为4%的CaCl2溶液，搅拌均匀，待用；将含有光致变色材料的海藻酸原液倒入纺丝装置中，以CaCl2溶液为凝固浴进行纺丝。
用Nicoletls型傅里叶变换红外光谱仪观察光致变色粉末、海藻纤维及光致变色海藻纤维的特征峰，推测光致变色材料的结构、成分及其与纤维的结合方式。测试条件：扫描范围为~cm-1，数据点间隔为0.cm-1。
在TM型扫描电子显微镜下观察海藻纤维及光致变色纤维的外貌形态。采用LLY-06E电子单纤维强力仪测试光致变色纤维的拉伸强度。纤维夹持长度为20mm，拉伸速率为5mm/min，测量20次，取其平均值。
将一系列质量分数梯度的光致变色海藻纤维分别置于无紫外光照和有紫外光照条件下，观察其颜色变化，比较其变色效果。
将变色海藻纤维置于紫外光下照射3min。移除紫外光源，观察随着时间的推移纤维的褪色变化情况，每隔10s记录一次。
将光致变色纤维每隔5min用紫外光源照射一次，每次照射3min，反复照射20次，查看其光致变色性能。
红外测试
纯海藻纤维、含0.3%光致变色粉末的海藻纤维的红外光谱见图2。
图2样品的红外光谱图
从图2(a)可以看出：cm-1处又宽又强的吸收峰为氢键缔合状态下—OH的伸缩振动峰；cm-1与cm-1的两处强峰分别表示COO-反对称伸缩振动与对称伸缩振动；cm-1处为C—O—C的吸收振动峰。在图2(b)中，cm-1处为酰胺基吸收振动峰；cm-1、cm-1处分别为吡喃糖环C—O的伸缩振动峰、饱和脂肪醚C—O—C的吸收振动峰。由于光致变色海藻纤维的红外谱图中的峰型与纯海藻纤维基本一致，由此可推测，光致变色粉末与海藻纤维间只存在物理结合，并无化学反应。（因排版所限，此段-1，均为上标）
电镜观察
图3样品扫描电镜照片
图3为电镜放大倍后的纤维照片。由图3(a)可以看出：纯海藻纤维纺丝均匀，纤维表面光滑但有明显的沟槽，其纹路清晰。这是由于海藻酸钠纺丝原液从针孔喷出后，流经凝固浴固化成形过程中大量脱水，纤维表层发生收缩，因此产生沟壑。由图3(b)可知：光致变色海藻纤维表面光滑平整，沟槽较少。这是由于为改善光致变色材料在纺丝原液中分散不均匀的现象，在其中加入了适量的渗透剂JFC，影响了纺丝原液的纺丝性质，因此纺出的纤维的物理形态发生了明显的变化，在成纤过程中，光致变色材料均匀地分布在海藻纤维内部及表面，使纤维表面均匀光滑。
断裂强力测试
含有不同含量光致变色材料的海藻纤维的断裂强力见图4。
图4含有不同含量光致变色材料的海藻纤维的断裂强力变化
由图4可见：在一定范围内，光致变色材料的添加会增大纤维的断裂强力。纯海藻纤维断裂强力为43.12cN；当光致变色材料质量分数为0.2%时，纤维断裂强力最高，为50.02cN；当光致变色材料质量分数为0.3%时，纤维的断裂强力为48.36cN，比同条件下纺制的纯海藻纤维的断裂强力增加12%；当光致变色材料质量分数为0.5%时，纤维的断裂强力下降至30.63cN。这是由于一定量的光致变色材料的加入与海藻酸钙大分子间产生更多氢键，分子间作用力增强；当光致变色材料的质量分数上升为0.5%时，由于加入了过多光致变色材料，破坏了海藻酸钙大分子链的结构，因此纤维的断裂强力大幅下降。
光致变色材料含量对纤维变色性能的影响
图5含有不同含量光致变色材料的纤维光照前后颜色变化图
图5(a)与(b)分别表示光照前后纤维的颜色效果图。图中从左至右光致变色材料质量分数依次为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。由图5(a)可以看出：在无紫外光照射时，纤维呈无色状态。这是由于在无紫外光照射条件下，纤维中的光致变色材料处于无色的螺吡喃状态。将样品移至太阳光下，纤维立刻由无色变为粉色。这是由于无色的螺吡喃在紫外光照射下发生键的异裂，变成粉色的异喹啉。随着光致变色材料含量的增多，纤维的颜色变化更加明显[如图5(b)所示]。当光致变色材料质量分数为0.3%以上时，纤维可获得较为理想的变色效果。
光致变色纤维褪色性能
图6含有不同含量光致变色材料的纤维的褪色性能
光致变色纤维被移离紫外光0、60、、s后纤维的颜色变化过程见图6。由图6可知：离开光源s后，纤维可基本褪为无色，此时完成了由异喹啉转变为螺吡喃的过程，且褪色速度较快，褪色效果较理想；光致变色材料含量越高，褪色速度越慢。这是由于光致变色材料含量越高，键的转化所需要的能量越大。
光致变色纤维的光耐久性
图70.3%光致变色海藻纤维光耐久性照片
图7为光致变色材料质量分数为0.3%的海藻纤维分别在光照射1、10、20次时的颜色照片。由图7可得：纤维在第20次被照射与第一次被照射的光致变色效果基本相同。由此可得，光致变色海藻纤维的光耐久性较理想。
技术总结
● 将光致变色材料添加到纺丝原液中，通过湿法纺丝可获得表面光滑均匀，变色效果较理想的光致变色海藻纤维。
● 光致变色材料与海藻酸钙分子之间通过分子间作用力结合，无化学键生成。
● 在一定范围内(光致变色材料质量分数低于或等于0.4%时)，光致变色材料的加入可提高海藻纤维的断裂强力。
● 本试验中，当光致变色材料质量分数为0.3%时，即可获得变色效果较好的光致变色海藻纤维，且纤维的褪色性能及耐久效果都较理想。
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