[发明专利]一种光致变色混纺棉纱及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种光致变色混纺棉纱，由含光致变色有机物的纳米纤维经静电纺丝工艺整理到棉纤维加捻成粗纱的过程中得到，其中，含光致变色有机物的纳米纤维为同轴皮芯层结构，芯层包括光致变色有机物和高分子聚合物，皮层包括高分子聚合物。本发明的光致变色混纺棉纱在光致变色材料和金属元素的参与下可以实现纱线种类的识别和防伪的目的，为棉纤维领域的防伪技术提供了一个新的方向。

技术领域

本发明涉及纳米纤维制备技术领域，尤其涉及一种光致变色混纺棉纱及其制备方法和应用。

背景技术

光致变色是发光材料作用的方式之一，在一定波长光的刺激下，材料能发生物理或化学变化，并伴随外表颜色的改变。目前具有光致变色效应的材料中，无机物有钨、钼、钛等过渡金属氧化物，银、铜等金属卤化物，和稀土材料等；有机物类材料有螺吡喃类、二芳基乙烯类和偶氮苯类等。尽管有研究证明无机光致变色材料的光稳定性要强于有机材料，但由于金属粒子粒径较大，不易分散，在许多应用场合下需要配合稀释剂等使用，其粘度参数要求较高，因此在制备日常使用的功能性纤维或满足纤维某方面需求时，有机化合物材料的应用价值较金属材料高。如天津工业大学李伟团队公开了一种新型功能性光致变色纳米纤维膜，其将光变染料溶于梳状聚合物单体，经乳液聚合反应得到一种光致变色纳米微球，然后将该纳米微球混入静电纺丝液中，通过静电纺丝方法制备得到上述纳米纤维膜，在光照下实现变色。该制备方法中，选用的光变染料为萘并螺噁嗪类、螺吡喃类等有机化合物。但该纳米纤维膜中，光变染料为微球结构，容易脱落，且结构不均匀也会影响纱线自身的机械性能。因此仍需要一种新的方法，能将光变材料稳定固定在纤维上，且不影响发光性能。同时，棉纤维由于需求量较大，其防伪效果也成为当下研究的热点，而现有棉纤维的防伪技术存在灵敏度和准确度不够的问题，因此仍需要一种便于追踪且检测简便又准确的棉纱线。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光致变色混纺棉纱，利用静电纺丝将光致变色有机物掺入到纳米纤维中，再与棉纤维进行复合纺纱，得到环保型可光致变色的材料，既解决了光致变色有机物的稳定负载问题，又为棉纤维的防伪提供了一种新的方法。

本发明的第一个目的是提供一种光致变色混纺棉纱，该光致变色混纺棉纱是在棉纤维从单丝制成棉粗纱时，将含光致变色有机物的纳米纤维经静电纺丝至棉粗纱中得到；其中，含光致变色有机物的纳米纤维为同轴皮芯层结构，芯层包括光致变色有机物和高分子聚合物，皮层包括高分子聚合物。

本发明的光致变色混纺棉纱其中一种制备工艺流程示意图见图1。棉纤维经过开松梳理的精梳棉网(1)由输网帘(6)传送，在送入棉纤维梳理成条装置(3)前，先经过同轴静电纺丝装置(2)纺上一层含光致变色有机物的纳米纤维，其中棉网成条后可以将含光致变色有机物的纳米纤维包括在结构中，在后序牵伸辊(4)上得到进一步牵伸和加捻，使纳米纤维被完全加捻与棉纱线之中。

在本发明中，在棉纤维从单丝到粗纱的过程中对其静电纺丝，混进含光致变色有机物的纳米纤维，而不采用电喷涂的方式使棉纤维与变色纤维进行复合，原因是含光致变色有机物的纤维状材料与棉纤维结构相似，并且彼此缠结能提高强力，同时，在粗纱并条加捻前与含光致变色有机物的纳米纤维进行静电纺丝，能够使含光致变色有机物的纳米纤维结合进棉纱内部，加捻后即使外表面的变色物质被洗脱或摩擦脱落，内部变色物质也被紧紧包在棉纱中而不受影响。所以以纤维的形态加入，既改善了变色物质在纤维中的均匀度，又改善了纤维本身的机械性能。

进一步地，光致变色有机物为席夫碱与金属离子的配合物。席夫碱是一类含亚胺或者甲亚胺基的有机化合物，可以与多种金属离子通过配位键形成配合物，席夫碱能够灵活选择反应物、改变取代基本体上的原子本性及位置，从而拓展出更加多变的结构和顺序，因此在不同种类金属离子的配合下，席夫碱金属配合物在相同的光照条件下可以表现出不一样的变色效果。同时，相比于现有技术中采用无机粒子直接溶解进行静电纺丝得到的纳米纤维，本发明引入配位键的作用将金属粒子整理到有机物结构中，经固液过滤后，得到的纺丝溶液的团聚现象大大减小，使纺丝过程稳定。