一种织物的二氧化硅纳米杂化溶胶热致变色整理方法

摘要

本发明涉及一种织物的二氧化硅纳米杂化溶胶热致变色整理方法，包括：(1)室温下，将正硅酸四乙酯、硅烷偶联剂和醇混合，搅拌均匀后再加入水和酸，使得pH调节至2～3，搅拌得纳米SiO

说明书

技术领域

本发明属于热致变色整理领域，特别涉及一种织物的二氧化硅纳米杂化溶胶热致变色 整理方法。

背景技术

硅溶胶是溶胶-凝胶工艺最重要的胶体材料之一，它是指1～100nm二氧化硅胶体粒子在 液态介质中均匀分散形成的胶体溶液。在化工中，硅溶胶亦称硅酸溶胶，是一种白色或微 带蓝色乳光的胶体溶液，由于其主要成分是胶体形态的二氧化硅，因此呈现出化学惰性， 无臭、无味、无毒、无腐蚀性，其分子式为mSiO₂·nH₂O，Si₂O以胶团形式均匀分散在水 或有机溶剂中，外观多呈乳白色或淡青透明的溶液状。目前，硅溶胶纺织品中的应用主要 是抗菌涂层整理、缓释型芳香整理、固色整理，这些尝试都为其在热致变色整理方面的实 践提供了依据。

热致变色材料是在一定温度范围内，其颜色随温度的改变而发生明显变化的功能材料。 热致变色材料的全面研究和应用，迄今已经有六、七十年的发展历史，当前，美、日、欧 等国处于领先地位，我国尚处于起步阶段。热致变色材料的发展自八十年代以来逐渐趋向 于低温和可逆两个方面。低温可逆有机热致变色材料在各类热变色材料中综合性能最优， 成为目前热致变色材料研究和应用的热点。但由于其对于织物亲和力较差、稳定性差，并 且在使用时需要辅助使用显色剂和溶剂，因此，其在纺织品中的应用受到限制，目前主要 用于商业发票、情报记录、以及作为酸碱指示剂使用，但根据其发色原理将其包裹于硅凝 胶中进行纺织品热致变色整理也是具有可行性的。

目前，热致变色材料应用于纺织品的主要制备方法主要有三种：一、将热敏变色剂充 填到纤维内部，由融熔共混纺丝液制成。二、将含热敏变色微胶囊的聚合物溶液涂于纤维 表面，并经热处理使溶液成凝胶状来获得可逆的热致变色功效。三、将热敏化合物掺到染 料中去，再印染到织物上。染料由粘合剂树脂的微小胶囊组成，每个胶囊都有液晶，液晶 能随温度的变化而呈现不同的折射率，使服装变幻出多种色彩。目前，热致变色材料应用 于纺织品的主要使用微胶囊法。微胶囊中含有特殊色素和发色剂，在一定的温度下，反复 进行结合而发色。

通过对胶囊壁材结构的控制，对应用于纺织品的功能活性因子根据需求进行一定程度的隔 离，避免可逆低温变色材料在后整理及使用过程中受强酸性、强碱性及环境杂质污染等因 素的影响。但是，微胶囊技术有一个缺陷——所使用的壁材一般是有机化合物，其产物的 机械性能较差、不耐高温、化学稳定性不够，而将其整理到织物上还需要有粘合剂的辅助， 使整理后产品的手感、透气性都受到一定影响。而制备微胶囊所需的复杂工艺条件也使其 使用受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种织物的二氧化硅纳米杂化溶胶热致变色整理 方法，该方法整理过程中不需要粘合剂的辅助，降低了热致变色整理对织物强力、手感的 影响，克服了传统热致变色整理时微胶囊在织物表面分散不均匀的缺点，具有良好的应用 前景。

本发明的一种织物的二氧化硅纳米杂化溶胶热致变色整理方法，包括：

(1)室温下，将正硅酸四乙酯、硅烷偶联剂和醇混合，搅拌均匀后再加入水和酸，使得 pH调节至2～3，搅拌得纳米SiO₂溶胶，其中，正硅酸四乙酯、硅烷偶联剂、醇和水的摩尔 比为1∶0.1～2∶10～30∶8～40；然后加入与硅溶胶质量比为1∶10～35的热致变色材料，搅拌后得 杂化纳米硅溶胶；

(2)将织物在上述溶胶整理液中浸渍后，预烘、焙烘得热致变色棉织物。

所述步骤(1)中的硅烷偶联剂为3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)。

所述步骤(1)中的醇为乙醇。

所述步骤(1)中的酸为盐酸、硫酸或醋酸。

所述步骤(1)中的正硅酸四乙酯、硅烷偶联剂、醇和水摩尔比为1∶1.5∶24∶40。

所述步骤(1)中的热致变色材料为三芳甲烷苯酞类，与硅溶胶质量比为1∶30。

所述步骤(2)中的织物为纤维素织物，或者是天然纤维和合成纤维的混纺织物。

所述步骤(2)中的预烘温度为80℃，焙烘温度为110℃～160℃。

本发明以正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂KH-560为前驱物，先将其溶解在溶剂乙醇中， 通过搅拌和缓慢添加盐酸作为催化剂，使正硅酸四乙酯均匀水解，得到颗粒细小且均匀的 胶体溶液。正硅酸四乙酯的水解、缩聚反应原理如下：

R为OC₂H₅或OH

将水解后形成的溶胶整理到织物上，织物内、外表面的溶胶在焙烘过程中，在织物上 形成一层具有二维或者三维网状结构的纳米级凝胶薄膜，将热致变色材料包裹其中并固定 于织物上，从而赋予织物热致变色功能。

本发明选用正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂KH-560作为前驱体制备了含低温可逆热致变 色材料的纳米溶胶，采用浸渍这一适合纺织品的整理方法，只需对纺织品进行110～160℃ 的热处理，即可在纤维内、外表面形成包裹着热致变色材料的二维或者三维纳米薄膜，在 室温下改变温度条件下可以使纤维变色。

这种热致变色整理方法与现有的以微胶囊为基础的热致变色整理方法不同，它是运用 溶胶-凝胶过程在织物上形成包裹有热致变色材料的纳米杂化二氧化硅溶胶粒子薄膜，通 过改性剂硅烷偶联剂KH-560与织物上的羟基脱水形成牢固的化学键从而固着在织物内、 外表面，提高其耐水洗性和耐摩擦牢度；而且改性剂中的长链结构也将提高纳米薄膜的柔 韧性。克服了常规整理时微胶囊在织物上易聚集，结合力弱需要粘合剂的辅助使织物手感 变差的缺点，同时发挥出无机的纳米薄膜稳定性好、机械性能佳的优势。

利用溶胶-凝胶技术，通过浸渍或浸轧处理，可以在纺织品上形成透明的、粘附性强的 纳米薄膜。使用不同的前驱体或者对纳米溶胶进行化学或者物理改性形成不同薄膜可赋予 织物不同的性能，如抗磨强度、抗静电性、粘性/抗粘性、着色、光泽、光致变色、紫外光 稳定性、生物相容性、生物催化作用、抗菌、抗过敏、生物活性物质及香味的释放。

有益效果

(1)本发明焙烘温度低，只需要在110～160℃焙烘，比传统溶液胶-凝胶工艺的焙烘温度 低200～600℃；

(2)本发明采用粗糙表面作为成膜物质，在基质表面形成薄而透明的二维、三维网络杂 化纳米硅溶胶粒子膜，赋予织物“巢-栖”功能，与采用有机化合物作为壁材的微胶囊相比， 二氧化硅薄膜化学性质更加稳定、机械性能更加优异；

(3)本发明改性剂的加入不仅提高了薄膜的柔韧性，还能与织物上的羟基在一定温度下 发生脱水反应而形成牢固的化学键，提高了整理后织物的耐摩擦、耐水洗效果，整理过程 中不需要粘合剂的辅助，降低了热致变色整理对织物强力、手感的影响；

(4)本发明克服了传统热致变色整理时微胶囊在织物表面分散不均匀的缺点，具有良好 的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。

实施例1

(1)整理液的制备

室温下，将正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂KH-560溶解于无水乙醇中，在磁力搅拌器上 搅拌30min使其混合均匀，在搅拌状态下加入1/8用量的去离子水，继续搅拌15min形成A 溶液；将另外7/8用量的去离子水与盐酸混合均匀形成B溶液；在快速搅拌状态下将B溶液 缓慢滴加到A溶液中，以此调节pH＝2，继续搅拌2.5h得到透明的纳米SiO₂溶胶，然后缓慢 加入30g三芳甲烷苯酞类热致变色材料，搅拌30h后得到杂化纳米硅溶胶。正硅酸四乙酯、 硅烷偶联剂、乙醇和水的摩尔比例如下：1∶1.5∶24∶40；热致变色材料与硅溶胶质量比 为1∶10。

(2)热致变色整理

将全棉府绸4040×3372在上述溶胶整理液中浸渍30min，先在鼓风烘箱中以80℃预 烘45min，130℃焙烘。

(3)热致变色整理效果测试

采用Datacolor650测色配色仪测定整理后织的变色效果进行测试，对其变色前后的颜 色进行比较，得出随温度变化产生的最大色差ΔE＝18.01。

实施例2

(1)整理液的制备

室温下，将正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂KH-560溶解于无水乙醇中，在磁力搅拌器上 搅拌30min使其混合均匀，在搅拌状态下加入1/8用量的去离子水，继续搅拌15min形成A 溶液；将另外7/8用量的去离子水与硫酸混合均匀形成B溶液；在快速搅拌状态下将B溶液 缓慢滴加到A溶液中，以此调节pH＝3，继续搅拌2.5h得到透明的纳米SiO₂溶胶，然后缓慢 加入30g三芳甲烷苯酞类热致变色材料，搅拌30h后得到杂化纳米硅溶胶。正硅酸四乙酯、 硅烷偶联剂、乙醇和水的摩尔比例如下：1∶2∶30∶40；热致变色材料与硅溶胶质量比为 1∶30。

(2)热致变色整理

将全棉府绸4040×3372在上述溶胶整理液中浸渍30min，先在鼓风烘箱中以80℃预 烘45min，130℃焙烘。

(3)热致变色整理效果测试

采用Datacolor650测色配色仪测定整理后织的变色效果进行测试，对其变色前后的颜 色进行比较，得出随温度变化产生的最大色差ΔE＝17.45。

实施例3

(1)整理液的制备

室温下，将正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂KH-560溶解于无水乙醇中，在磁力搅拌器上 搅拌30min使其混合均匀，在搅拌状态下加入1/8用量的去离子水，继续搅拌15min形成A 溶液；将另外7/8用量的去离子水与醋酸混合均匀形成B溶液；在快速搅拌状态下将B溶液 缓慢滴加到A溶液中，以此调节pH＝2，继续搅拌2.5h得到透明的纳米SiO₂溶胶，然后缓慢 加入30g三芳甲烷苯酞类热致变色材料，搅拌30h后得到杂化纳米硅溶胶。正硅酸四乙酯、 硅烷偶联剂、乙醇和水的摩尔比例如下：1∶2∶30∶40；热致变色材料与硅溶胶质量比为 1∶35。

(2)热致变色整理

将全棉府绸4040×3372在上述溶胶整理液中浸渍30min，先在鼓风烘箱中以80℃预 烘60min，160℃焙烘。

(3)热致变色整理效果测试

采用Datacolor650测色配色仪测定整理后织的变色效果进行测试，对其变色前后的颜 色进行比较，得出随温度变化产生的最大色差ΔE＝15.23。

实施例4

(1)整理液的制备

室温下，将正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂KH-560溶解于无水乙醇中，在磁力搅拌器上 搅拌30min使其混合均匀，在搅拌状态下加入1/8用量的去离子水，继续搅拌15min形成A 溶液；将另外7/8用量的去离子水与盐酸混合均匀形成B溶液；在快速搅拌状态下将B溶液 缓慢滴加到A溶液中，以此调节pH＝2，继续搅拌2.5h得到透明的纳米SiO₂溶胶，然后缓慢 加入30g三芳甲烷苯酞类热致变色材料，搅拌30h后得到杂化纳米硅溶胶。正硅酸四乙酯、 硅烷偶联剂、乙醇和水的摩尔比例如下：1∶0.1∶10∶8；热致变色材料与硅溶胶质量比为 1∶20。

(2)热致变色整理

将全棉府绸4040×3372在上述溶胶整理液中浸渍30min，先在鼓风烘箱中以100℃预 烘45min，110℃焙烘。

(3)热致变色整理效果测试

采用Datacolor650测色配色仪测定整理后织的变色效果进行测试，对其变色前后的颜 色进行比较，得出随温度变化产生的最大色差ΔE＝13.79。

实施例5

(1)整理液的制备

室温下，将正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂KH-560溶解于无水乙醇中，在磁力搅拌器上 搅拌30min使其混合均匀，在搅拌状态下加入1/8用量的去离子水，继续搅拌15min形成A 溶液；将另外7/8用量的去离子水与硫酸混合均匀形成B溶液；在快速搅拌状态下将B溶液 缓慢滴加到A溶液中，以此调节pH＝2，继续搅拌2.5h得到透明的纳米SiO₂溶胶，然后缓慢 加入30g三芳甲烷苯酞类热致变色材料，搅拌30h后得到杂化纳米硅溶胶。正硅酸四乙酯、 硅烷偶联剂、乙醇和水的摩尔比例如下：1∶1.5∶24∶40；热致变色材料与硅溶胶质量比 为1∶15。

(2)热致变色整理

将全棉府绸4040×3372在上述溶胶整理液中浸渍30min，先在鼓风烘箱中以80℃预 烘45min，130℃焙烘。

(3)热致变色整理效果测试

采用Datacolor650测色配色仪测定整理后织的变色效果进行测试，对其变色前后的颜 色进行比较，得出随温度变化产生的最大色差ΔE＝7.13。

实施例6

(1)整理液的制备

室温下，将正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂KH-560溶解于无水乙醇中，在磁力搅拌器上 搅拌30min使其混合均匀，在搅拌状态下加入1/8用量的去离子水，继续搅拌15min形成A 溶液；将另外7/8用量的去离子水与盐酸混合均匀形成B溶液；在快速搅拌状态下将B溶液 缓慢滴加到A溶液中，以此调节pH＝2，继续搅拌2.5h得到透明的纳米SiO₂溶胶，然后缓慢 加入30g三芳甲烷苯酞类热致变色材料，搅拌30h后得到杂化纳米硅溶胶。正硅酸四乙酯、 硅烷偶联剂、乙醇和水的摩尔比例如下：1∶1.5∶24∶40；热致变色材料与硅溶胶质量比 为1∶10。

(2)热致变色整理

将全棉府绸4040×3372在上述溶胶整理液中浸渍30min，先在鼓风烘箱中以80℃预 烘45min，130℃焙烘。

(3)热致变色整理效果测试

采用Datacolor650测色配色仪测定整理后织的变色效果进行测试，对其变色前后的颜 色进行比较，得出随温度变化产生的最大色差ΔE＝5.18。