液晶材料在紡織染整加工中的應(yīng)用

液晶材料在紡織染整加工中的應(yīng)用

3.2海水淡化產(chǎn)品的選擇如上所述，某些計算機具有結(jié)構(gòu)生色性能。如果應(yīng)用于紡織印花加工，則可以產(chǎn)生各種閃顏色和顏色的紡織材料。一些染料或類似結(jié)構(gòu)的化合物就是液晶,例如:膽甾型液晶是一個向列型的亞群,由多層組成,每層相對于上一層扭曲一個角度,層與層之間是無序的。在一定距離后,分子再次指向最初方向,但已轉(zhuǎn)動了360°。其重復(fù)距離由小于100nm到幾千納米,可見光波長在其范圍內(nèi)。其重復(fù)距離隨溫度和其它物質(zhì)含量而變化。由于這種扭曲構(gòu)型使得它們可以轉(zhuǎn)動偏振光平面而產(chǎn)生不同顏色。目前已知的液晶有幾千種,加上它們的混合物,可生產(chǎn)出更多液晶材料而應(yīng)用于許多領(lǐng)域,包括紡織品印花或涂層加工。這些液晶紡織品不僅具有明亮的顏色,還可對溫度等作出響應(yīng),發(fā)生變色,變色靈敏度很高。液晶熱變色時,顏色與溫度的關(guān)系如下:紡織品變色溫度要求在-30～100℃,特別適合的變色溫度寬度約為5℃,例如由28℃(紅色)變到33℃(藍色),這個溫度區(qū)域符合人體及其環(huán)境的溫度變化。用于紡織品溫致變色的液晶主要是膽甾醇的酯類化合物,可以是單液晶,也可以是液晶與結(jié)構(gòu)類似的非液晶化合物的混合物。為了增強顏色,它們還可以與染料或顏料一起混合應(yīng)用。由于液晶對纖維沒有親和力,一般先制成微膠囊,再通過涂料印花或涂層加工施加到纖維上。正如前面指出的那樣,液晶微膠囊如果施加到黑色底色的紡織品上,顏色最為亮麗。由于液晶產(chǎn)生的顏色是結(jié)構(gòu)色,耐光穩(wěn)定性好,但對雜質(zhì)很敏感,純度要求高,目前價格也高。微膠囊壁材料和顆粒大小對顏色也有很大的影響。3.3高聚物薄膜涂層紡織品加工經(jīng)常要用涂料(或顏料)著色,從紡制有色纖維到紡織品的染色和印花,都可使用涂料(或顏料)著色。此外,紡織品涂層加工,在紡織品表面施加一層高聚物薄膜,薄膜中還可以加入顏料來著色,即使不加入顏料,在紡織品表面施加薄膜后,對紡織品,特別是對紡織品的底色會發(fā)生影響。在這些影響中,結(jié)構(gòu)色起了一定的影響。3.3.1粒徑大小對顏料散射的影響涂料(或顏料)著色性能不僅決定于它們的分子結(jié)構(gòu),還與它們的物理結(jié)構(gòu)有關(guān)。顏料的顏色同時由對可見光的選擇吸收產(chǎn)生的顏色,以及對光的散射、干涉、衍射引起的結(jié)構(gòu)色構(gòu)成,即分子結(jié)構(gòu)變化會改變顏色,顏料的物理結(jié)構(gòu)不同,也會改變顏色。分子結(jié)構(gòu)和顏色的關(guān)系與染料類似。本節(jié)僅簡要分析其物理結(jié)構(gòu)和顏色的關(guān)系,即結(jié)構(gòu)色與其物理結(jié)構(gòu)的關(guān)系。同一化學(xué)結(jié)構(gòu)的顏料,由于晶型、顆粒大小和形狀不同,它們的折射率、散射率等性能也會不同,從而引起不同的結(jié)構(gòu)色和色強度。事實上,這些物理結(jié)構(gòu)也會影響其吸收光譜。圖20是散射強度和顏色強度與顏料顆粒大小的關(guān)系。由圖20可看出,大多數(shù)白色顏料(曲線A)的散射率隨顆粒大小增加而增加,至一定大小后(約λ/2)達到最大;然后隨顆粒增大,反而減小。另一類顏料(曲線C),它們的散射強度雖然也隨顆粒增大而增強,但超過一定大小后,也會減小,但比曲線A類小,達到散射最大值的顆粒也較大,這通常是一些有機彩色顏料。由前述可知,當(dāng)散射顆粒大小比光波波長小時,產(chǎn)生瑞利散射,主要產(chǎn)生波長短的藍色光,而且波長愈短散射愈強;比光波波長大的粒子通常產(chǎn)生白色的米氏散射,但其強度較低。這就是同一種顏料的顏色會隨其顆粒大小變化而變化的原因。顏料不僅要求有較強的色強度,還要求有較好的遮蓋性,即要大大減弱光對涂料薄膜的透射強度。對光的吸收和散射都可減少透射,即提高遮蓋性。白色顏料要求顏色潔白,遮蓋性要求好,由于它對光的吸收能力很弱,故要求它散射能力特別強,因此通常是一些折射率很大的無機顏料,折射率愈高,反射和散射能力就愈強,遮蓋性也就愈好,它們的折射率均大于2(例如TiO2、鉛白、鋅白粉等)。影響散射能力的因素還包括顆粒大小,如圖20所示。隨著顆粒增大,散射能力迅速增大,達到可見光波長一半時,散射能力達到最大(即0.2～0.4nm),如圖20中曲線A所示。一般白色顏料的顆粒大小都控制在此范圍內(nèi)。散射強弱還與入射光的波長有關(guān),因此顏料顆粒大小有一定的分布寬度,但不宜太寬。由于顆粒愈細,顏色深度和鮮艷性愈差,因此對有色顏料,一方面吸收光能力較強,可提高遮蓋性,另一方面為了保證較好的顏色深度和鮮艷性,顏料顆粒粒徑可控制較大,特別是有機顏料(如圖20曲線B所示)。顏料,特別是無機顏料,其發(fā)色強度和鮮艷度比染料差,因為顏料在紡織品上是以結(jié)晶顆粒存在的,而染料則主要是以分子狀存在。以顆粒狀存在會發(fā)生散射,不僅會降低色強度,還會降低鮮艷度(降低鮮艷度也是產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色所致)。因為散射光和入射光的波長不完全相同,與反射光差別就更大,會改變物體顏色。這類散射稱為喇曼(Raman)散射。它的特征是,在發(fā)生瑞利散射時,其譜線兩側(cè)伴有若干波長大于和小于原入射光的線譜。喇曼效應(yīng)與分子的極化率有關(guān),不同的顏料產(chǎn)生的顏色變化不同,大多數(shù)情況是使顏料的色光變得不鮮艷。瑞利散射主要產(chǎn)生波長較短的藍色和紫色。如果顏料對光發(fā)生米氏散射時,也會降低色強度和鮮艷度,但不如瑞利散射那樣明顯,它主要產(chǎn)生白色,降低色強度。結(jié)構(gòu)生色對藍、紫、綠色顏料的色光影響相對較小,而對黃、橙和紅色顏料影響相對較大。散射光具有偏振性,特別是顏料顆粒大小比波長小時更易發(fā)生。如前述所示,在一定條件下,偏振光也會發(fā)生干涉,產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色,從而影響顏料的顏色。不同方向的偏振光隨晶粒厚度變化是不同的,例如C.I.顏料紅1,它有兩種偏振透射光,即快光線和慢光線?？旃饩€隨晶粒厚度增加,開始時黃和紅色調(diào)不斷增強,達到一定程度后,黃色調(diào)非但不增強,反而快速減弱,即只增強紅色調(diào)。而對慢光線來說,則隨晶粒厚度增加,黃色調(diào)快速減弱,綠色調(diào)不斷增強。以上表明,顏料如果具有雙折射和偏振光特性,隨著晶粒增大,其色光會變化,而且不同方向的顏色變化是不同的。近年來,特別是重視研究顏料的物理結(jié)構(gòu)和后加工對顏料性能的影響,顏料生產(chǎn)技術(shù)有了迅速發(fā)展,在紡織品加工中的應(yīng)用也愈來愈廣,一些新型顏料不斷出現(xiàn)。隨著納米技術(shù)的發(fā)展,開始開發(fā)納米級顏料,并應(yīng)用于紡織品著色。研究表明,有機顏料的粒子達到納米級后,顏料的顏色強度大大提高,對紡織品的滲透性也大為改善,特別適合于涂料染色。雖然它們的遮蓋性有所降低,但可提高色摩擦牢度,減少顏料用量,著色均勻性也好。但制成納米級顏料的難度很大,它們極易團聚,要求有很高的分散和穩(wěn)定技術(shù)。納米級的顏料性能和常規(guī)的差異很大,色光也不同,這主要是由結(jié)構(gòu)生色性能不同所致。顏料加工時,要加入一些助劑或加工劑,以提高它們的應(yīng)用性能。這些化合物多半吸附在顏料顆粒外面,不僅會影響顏料的分散穩(wěn)定性,也會改變它們的結(jié)構(gòu)生色性能,有的有增深作用,有的則會改變色光。在紡織品加工時,通常顏料和粘著劑或涂層劑一起應(yīng)用,后者會影響顏料的顏色和應(yīng)用性能,也會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)生色現(xiàn)象,這將在本節(jié)后面討論。我們曾研究顏料在分散時與粘著劑的相互作用,以顏料為核心,用粘著劑單體進行聚合,并將顏料晶粒包覆,然后直接用于涂料染色和印花。研究發(fā)現(xiàn),在顏料顆粒外面包覆一層粘著劑薄膜后,顏料的顏色有明顯變化,這可能是因為改變了它對光的散射,故顏料與結(jié)構(gòu)色的關(guān)系還與它外層的助劑和加工助劑有關(guān)。因此,生產(chǎn)顏料時,不僅要控制顆粒大小、晶型、晶粒形狀,還要注意添加劑的影響?？偟膩碚f,生產(chǎn)顏料時應(yīng)特別注意以下幾方面:(1)白色無機顏料顆粒大小在0.2～0.4μm時,對光散射最有效;尺寸約為可見光波長的一半,遮蓋性最好,而且可以散射藍色光,更加顯得潔白。(2)有色無機顏料顆粒大小較大,控制在1～10μm,可以減輕散射,提高顏色強度和非藍光顏料的鮮艷度,由于它們折射率較高,仍有較好的遮蓋性。(3)彩色有機顏料顆粒應(yīng)較小,控制在0.1～2μm或更小范圍,可以大大提高顏色強度。由于它們吸收光能力強,顏色深,即使散射稍弱仍有較好的遮蓋性。(4)具有雙折射和對光偏振的顏料,顏色隨觀察方向和顆粒大小而變化,更要嚴(yán)格控制其晶型和顆粒大小。(5)涂料中的添加劑,包括分散劑、潤濕劑等,不僅影響涂料的分散穩(wěn)定性,還會改變顏料顆料的表面性質(zhì)和反射率,影響結(jié)構(gòu)色,應(yīng)根據(jù)不同的顏料仔細選用和進行合理的后加工。3.3.2薄膜結(jié)構(gòu)生色效應(yīng)涂料印花色漿的重要組成之一是粘著劑,它通常是經(jīng)過乳液聚合得到的乳液,印花固著后,在纖維表面形成薄膜,并將顏料粘著于纖維表面。它有多種類型,在纖維表面形成無色透明、緊密和光滑的薄膜。粘著劑乳液根據(jù)其顆粒大小不同,對光產(chǎn)生不同的散射。一般顆粒大小為0.1～2μm,較細的顆粒呈淡藍光的乳白色,即主要發(fā)生瑞利散射。顆粒大于光波波長時主要發(fā)生米氏散射,呈乳白色或黃光。近年來生產(chǎn)的微乳狀粘著劑,顆粒很細,有的達到了納米級,小于可見光波長,粘著劑呈半透明狀態(tài),較少發(fā)生散射。涂層劑有多種類型。乳液型性能與印花粘著劑類似,顆粒大小不同,乳液顏色也不同,納米級呈半透明,0.2～0.4μm大小的對光散射強,呈藍光乳白色。涂層劑的含固量比粘著劑高,所以色光比粘著劑強些。乳液狀的粘著劑和涂層劑施加到纖維表面后最終形成透明的薄膜。顆粒大小對乳液滲透性和成膜均勻性有一定的影響。顆粒小的不但滲透性好,還會形成更加均勻光滑的薄膜。涂層劑用量相對較高,涂料印花粘著劑用量也較高,涂料染色粘著劑用量最低,一般僅為涂料印花的5%～10%,即可獲得較柔軟的手感。粘著劑和涂層劑用量高,在纖維表面形成的高聚物膜就較厚,反之較薄。為了能將顏料包覆起來,并將它們粘著在紡織品上,涂層和涂料印花在纖維表面形成的膜厚度均大于顏料的尺寸,即在幾個微米以上;涂料染色粘著劑用量低,一般不能將顏料包覆起來,只是部分粘著,形成的膜較薄。聚合物膜的厚度、光滑性還與加工工藝有關(guān)。焙烘溫度高,時間長,粘著劑成膜充分,膜光滑均勻,厚度相對較薄,反之不均勻,也較厚。涂料印花、染色及涂層中的聚合物薄膜也會呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)生色效應(yīng)。首先,它們的折射率一般比纖維低,例如滌綸的折射率為1.58,錦綸的約為1.53,而丙烯酸酯共聚物粘著劑的折射率在1.5以下。它們覆蓋在纖維表面后,可降低纖維對光的反射和散射,有增深效應(yīng)。通常情況下,它們的折射率也比所包覆的顏料低,故對顏料也有增深作用,特別是對無機有色顏料。但對折射率很高的無機白色顏料,由于降低了對光的反射和散射作用,會降低白色顏料的白度。薄膜結(jié)構(gòu)生色效應(yīng)還表現(xiàn)在對光的干涉和衍射上。本節(jié)前面已介紹過,一定厚度的透明薄膜,會對一定波長的光產(chǎn)生干涉或衍射作用,例如產(chǎn)生黑白條紋或彩色效應(yīng)。因為粘著劑特別是涂層劑,在纖維上形成的透明薄膜的厚度可以在干涉或衍射作用范圍內(nèi),與前述結(jié)構(gòu)生色絲和薄膜的厚度相當(dāng)(0.07～14μm)。雖然粘著劑和涂層劑形成的薄膜均勻性相對較差,但在一些場合下也會起干涉或衍射作用,產(chǎn)生一定的顏色。在一些場合下,膜厚度適中且較均勻,有時還可能在涂層中加入了對光產(chǎn)生干涉或衍射的物質(zhì),因此可得到結(jié)構(gòu)生色產(chǎn)品。例如結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彩虹色的涂層紡織品,不僅用于服裝,還用于生產(chǎn)雨傘、包裝、裝飾產(chǎn)品。目前,許多商標(biāo)也是用這種材料制成的。事實上,結(jié)構(gòu)生色彩虹絲也可以和涂層劑結(jié)合應(yīng)用。前已介紹,許多動物的結(jié)構(gòu)色只是在與色素一起產(chǎn)生作用時才有最好的效果,例如藍鵲羽毛的金屬色,產(chǎn)生在10μm厚的外層無角透明的角質(zhì)上,但它是由下面箱狀細胞對光發(fā)生瑞利散射作用引起的,其濃艷藍色又只有當(dāng)最下面的黑色素細胞存在時才能呈現(xiàn)出來。又如蝴蝶翅翼的顏色也和表面存在大量的納米結(jié)構(gòu)組織有關(guān)(翼鱗上的薄片)。它們對可見光產(chǎn)生很強的多重干涉,呈現(xiàn)美麗的彩色,不過也只有在其背襯(黑色素)膜存在時才呈現(xiàn),因為只有當(dāng)?shù)讓雍谏貙⑸淙氲钠渌梢姽馕蘸?散射或反射干涉的有色光才最為明亮,視覺效果最好。所以,涂料印花或涂層的結(jié)構(gòu)色(包括顏料色)在有深色底襯(特別是黑色)對比下,才會有最好的效果,這也是一些黑色絨類織物上的花色最鮮艷的道理,黑色底色增強了結(jié)構(gòu)色(或花色)的對比度。3.4顏色和新型染色新型染整范圍很廣,已有專著介紹,本節(jié)僅對與結(jié)構(gòu)生色有關(guān)的幾種染整技術(shù)作簡要討論。3.4.1薄膜材料的用能提高紡織品的顏色深度和鮮艷度是當(dāng)前研究的課題之一。一些新型纖維,例如超細纖維紡織品不易染深,且不鮮艷。它有許多方法可改善,而利用結(jié)構(gòu)生色的方法是重要措施之一。滌綸超細纖維紡織品,由于滌綸折射率較高,纖維特別細,比表面大,所以對光反射、漫射強。如本章前述,反射、漫射光強,光進入纖維內(nèi)部的量就少,發(fā)生選擇吸收,染料(或顏料)發(fā)色效率就低,深染性差,不易獲得深色效果。同時,由于漫射或散射光的波長不完全與入射光相同,即不是純的白光,這樣會使產(chǎn)品的顏色不純,顏色鮮艷度較低。因此,改善這類產(chǎn)品的色深性和鮮艷性是當(dāng)前的重要任務(wù)之一。提高染色產(chǎn)品的顏色深度,首先要減弱它們對光的反射或散射能力,使更多的可見光進入到纖維內(nèi)部,染料發(fā)生選擇吸收后產(chǎn)生顏色。減弱紡織品對光的反射有多種方法,包括改變纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、纖維內(nèi)部的超分子結(jié)構(gòu)和纖維與紡織品的表面結(jié)構(gòu)等。改變纖維表面結(jié)構(gòu)也有多種途徑。一種是直接改變纖維的表面,例如平整度或鱗片結(jié)構(gòu);另一種是不破壞纖維表面結(jié)構(gòu),而是在纖維表面施加一層物質(zhì),即在纖維表面施加一層對光反射能力很弱的薄膜,以提高光的透入和吸收,或者在纖維表面形成一層增透膜。由式(7)可知,反射率不僅與空氣及纖維(相當(dāng)于薄膜1下面的薄膜2)的折射率有關(guān),還與薄膜1直接有關(guān)。由于空氣和纖維的折射率是已知的,因此減少R只有通過減少n1來實現(xiàn)。從式(7)可知,當(dāng)滿足式(11)的關(guān)系時,即n1=n0/n2?????√n1=n0/n2(11)則R=0,即照到纖維上的全部光都可透入纖維內(nèi)部,此時的薄膜稱為增透膜或消反射膜,纖維顏色最深。對滌綸纖維來說,其折射率為1.58,如果在纖維表面施加一層λ/4波長厚的薄膜,若要完全消除反射光,薄膜材料的折射率要求為n1=1.0×1.58?????????√=1.26n1=1.0×1.58=1.26。折射率這么低的材料,又要能牢固粘著在纖維上的不多;加上可見光的波長有一定的分布區(qū)域,λ/4波長厚度也不是恒定的數(shù)值,某種薄膜材料不可能對整個可見光發(fā)生最佳的增深作用。不過總的來說,薄膜的折射率愈低,增深效果愈好。而且光學(xué)厚度(n×d)應(yīng)盡量為1/4波長或1/4波長加上半波長的整數(shù)倍,故當(dāng)薄膜厚度d等于式(12)的關(guān)系時,增深效果最好:d=λn(14+m2),m=0,1,2,3??d=λn(14+m2),m=0,1,2,3??(12)以上均是在光正入射的情況下,實際上,光入射的角度是變化的,加上光在薄膜和纖維中還存在散射等作用,所以計算的薄膜厚度有一定偏差。但總的原則是薄膜材料折射率應(yīng)盡量低,膜厚應(yīng)一定,不是愈厚愈好,而且對不同顏色的紡織品膜厚應(yīng)有一定差別。膜厚度主要通過調(diào)節(jié)增深劑用量來達到。目前,市場上已有許多增深劑,多半為一些有機化合物,不少是一些高分子成膜物質(zhì),它們的折射率都在1.5以下,包括有機氟樹脂、有機硅樹脂、聚氨酯樹脂和丙烯酸樹脂等。另外,一些無機化合物在纖維上成膜后,例如硅膠和一些鹽類也有效果,但這些無機化合物耐久性差,很難單獨應(yīng)用。增深劑對光的作用如圖21所示。一些油劑和表面活性劑施加到紡織品上也有良好的增深作用。例如一些類脂類表面活性劑,在水中或纖維上,隨著分子排列變化和膜變薄,對光的反射和干涉強度不斷變化,會由灰色逐漸變黑,中間還會出現(xiàn)干涉色,這種變化如圖22所示。低折射率樹脂在纖維表面形成薄膜后,改變了纖維表面對光的反射和干涉作用,起到增深作用,其中主要是通過干涉作用。所以,不僅要選用低折射率樹脂,還要控制成膜厚度和形成均勻的薄膜。為了減少纖維表面對光的反射,還可以在纖維表面施加一些微粒子物質(zhì),例如二氧化硅微粒等。微粒材料不僅折射率低,它們的顆粒大小對光的反射影響很大,較大的顆粒反射能力強,增深效果不明顯。如前所述,顆粒大小達到λ/2時,散射能力最強,增深效果很差,只有當(dāng)顆粒的直徑大大小于波長后,反射和散射才減弱,對光有較強的干涉作用,而且有較強的透射能力。目前開發(fā)應(yīng)用的納米增深劑,在纖維表面上的結(jié)合牢度不高,還未能大量應(yīng)用。對纖維表面改性,使它粗糙化,也能起到減少對光的反射作用,這包括應(yīng)用化學(xué)或物理方法對纖維表面進行刻蝕。例如應(yīng)用低溫等離子體處理纖維,在纖維表面形成許多凹坑,增加對光的漫射,減少直接反射,有一定的增深作用。低溫等離子體處理前后的滌綸表面形態(tài)結(jié)構(gòu)見圖23。由圖23可看出,低溫等離子體刻蝕后的聚酯表面,形成了大量微小的凹坑,大部分屬納米級,可以大大減少對光的反射,所以有一定的增深作用。羊毛等動物纖維表面存在鱗片,折射率也很高,對光的反射能力較強。通過化學(xué)法或低溫等離子體處理后,將鱗片破壞,也有良好的增深作用。特別是再用增深劑處理后,顏色深度可提高一倍以上,染黑色效果最好。為了減少纖維對光的反射強度,紡絲時,在紡絲液中添加一些易水解的微粒材料。這種纖維在染整加工時,例如堿減量處理時,由于加入的微粒易于水解,因此在纖維內(nèi)部形成一些微小的凹坑,增加對光的散射,減少反射和透射,有一定的增深作用,吸附染料量也較多。3.4.2氧化鈦印花工藝消光處理是將一些消光劑施加到纖維內(nèi),或?qū)徔椘繁砻孢M行消光,消除或減弱紡織品的光澤。添加到紡絲原液中的消光劑通常是一些微小的無機物顆粒(0.2～0.8μm),其大小和可見光波長相當(dāng),所以有很好的消光作用。這些消光劑使可見光在纖維內(nèi)發(fā)生強烈的散射和漫射后再透出纖維。最常見的消光劑是二氧化鈦細粉,它有多種晶形變體,它們的折射率很高(2.55～2.72)。消光纖維就是在制造纖維時加入消光劑得到的。為了減弱反射,也可以在染整加工時施加消光劑到紡織品上,產(chǎn)生消光作用。如果通過印花加工,在紡織品局部消光,則稱為消光印花。為了增加對比效果,通常在光澤較強的紡織品上印上含有消光劑的花紋,在有光澤的地色上呈現(xiàn)若隱若現(xiàn)的無光(或光澤較弱)的花紋,產(chǎn)生視覺上的反差效果。消光印花用的消光劑主要也是二氧化鈦,與紡絲中的消光劑是同類物質(zhì)。利用它們對光發(fā)生強烈的散射,在紡織品表面漫射而消光,使印花處光強度比直接反射的弱得多。由于二氧化鈦對纖維無親和力或粘著力,要靠粘著劑粘著在紡織品表面。其印花工藝和涂料印花類似,即印花、烘干和焙烘加工過程。為了使消光劑在印花漿中均勻分散,消光劑一般選用涂料白,其中的二氧化鈦顆粒相對較粗,消光作用也比紡絲用的差。由于顆粒較粗,主要發(fā)生米氏散射作用,顏色不夠潔白。消光劑的消光作用與共用的粘著劑性能有關(guān)。粘著劑在紡織品表面形成薄膜,二氧化鈦顆粒是被包覆或部分被粘著劑包含在薄膜中,完全被包覆的二氧化鈦顆粒對光的散射還與粘著劑的性質(zhì)有關(guān)。本節(jié)前已指出,顆粒大小接近或大于波長的散射被稱為米氏散射,這種散射與光波長有很復(fù)雜的關(guān)系。其對紅色和綠色區(qū)的光有較強的反射,而且具有多向色性,所以,消光印花中的消光作用受多種因素影響。不僅它本身產(chǎn)生白色,而且還會出現(xiàn)色光,對紡織品的底色也產(chǎn)生一定的影響。通常消光印花對消光劑的遮蓋性和白度要求較高。在一些情況下,為了獲得彩色的消光花紋,在消光印花漿中還加入有色的涂料,可獲得消光的有色花紋。這種花紋的顏色比單用同樣用量有色涂料的彩色強度低,這也是由于二氧化鈦散射的結(jié)果。但這種有色消光花紋的遮蓋能力非常強,可以完全遮蓋地色。這種遮蓋能力特別強的印花漿常用于深地色印花,白色的稱為涂料罩印白漿,彩色的稱涂料罩印色漿。由于這種涂料色漿可以完全遮蓋地色,能達到防染或拔染印花的效果,而且印花工藝非常簡單,很受歡迎。與消光印花類似的一種印花工藝被稱為透明印花。它不是通過增強散射(或稱漫射)來減弱紡織品的反射光,而是增強光對紡織品的透射,同樣減弱了紡織品的反射光強度。為了增強光對紡織品的透射,就要減弱纖維對光的反射能力。纖維對光的反射能力不僅與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān),更與其物理結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。纖維結(jié)構(gòu)均勻和透明性好,透光能力就強;纖維內(nèi)微孔或空穴少,透光能力也強。所以纖維經(jīng)過溶脹,消除內(nèi)部的微孔、空穴,使物理結(jié)構(gòu)更加均勻,透光性更好。透明印花就是在印花漿中施加纖維溶脹膨化助劑,使花紋部分的纖維透光性增強,增加與無花紋處的反差而獲得印花效果。為了增強反差效果,紡織品以純紡織物為好,例如純棉紡織品。常用濃度高而又有溶脹作用的無機鹽溶液,例如氯化鋅作溶脹劑,它對棉有很好的溶脹作用,可增加透光性。為了達到良好的透明性,印花時織物要保持適當(dāng)張力,防止織物收縮。印花、烘干后還要充分水洗、堿洗,去除氯化鋅,否則纖維損傷大。減少纖維對光的反射,增加透光性,同樣可以通過在織物表面印上或涂上一層增透膜來達到。前面增深整理一節(jié)中已經(jīng)介紹,在纖維上涂上一層光學(xué)厚度n×d等于某一波長的1/4,或1/4波長加上半波長的整數(shù)倍的薄膜(式12)時,反射率很低,透光率大大增加,不僅對有色織物有增深作用,也可獲得透明印花效果。將溶脹劑和增透膜兩者結(jié)合起來,既增加纖維表面,又增加纖維內(nèi)部的透光性,透明印花效果會更好。3.4.3反射光能力、反射能力強增加紡織品局部或全部位的反射光能力的印花和整理,稱為反光印花和整理。同理,有閃光和珠光效果的,則稱為閃光和珠光印花和整理。它們的共同點是,在紡織品上施加一些對光有很強反光能力的材料,大部分材料屬增反膜材。和增透膜材類似,增反膜材不僅直接增加反射光能力,還利用光的干涉原理在薄膜系統(tǒng)上增加反射率。這些膜材有很高的折射率,因此光入射到膜材上界面時,是由光疏介質(zhì)(例如空氣)到光密介質(zhì)(膜材),會發(fā)生光的位相突變;而膜材的下界面,是由光密介質(zhì)到光疏介質(zhì),沒有位相突變。結(jié)果產(chǎn)生相長增強干涉作用(見式3),這種高折射率膜材就具有很強的反射能力。有些反光膜材是天然的片狀物體,有些則是人工制成的片狀反光材料,有的是有機物,有的則是無機物。但它們的光學(xué)厚度(n×d)等于1/4和3/4波長時,折射率又大于纖維,反射率可達到很高。有些膜材對光干涉后可產(chǎn)生干涉色,隨觀察方向而變化,具有閃光或珠光特征。反光、閃光和珠光整理材料很多,隨著近年來高分子材料的迅速發(fā)展,許多多層膜反光材料不斷出現(xiàn),這種強反光材料的應(yīng)用愈來愈多。(1)可使用反射材料制成的織物自然界有許多反光性能極好的物體,包括動物的眼睛,例如貓的眼睛在夜間燈光照射時能發(fā)射較強的光芒,其它許多動物眼睛也有這種功能。物體包括許多礦石晶體,例如貓眼石,甚至包括小的水珠,它們都具有很強的定向反光效果。定向反光又稱回歸反光,它是由定向反光物體將光線通過內(nèi)折射后回歸入射方向返回光源方向反射出來,使處于光照射處的物體照光后,大大提高自身的能見度。最初,根據(jù)這種原理,發(fā)明了用貓眼石制作的路標(biāo)反光標(biāo)志,以后開始用細小的玻璃球珠,再擴大到用合成樹脂,含金屬的薄膜等材料。將這些反光材料施加到織物上,則可以制得回歸反射織物,最典型的是將微珠施加到紡織基布上。施加方式有涂珠法、植珠法和轉(zhuǎn)移法等三種。為了增強反光能力,在基布上還往往涂上底層,使織物表面光滑,也可以同時施加其它反射材料和著色顏料,再在其表層施加保護材料。這種有很強定向反射能力的織物的定向反光能力,主要決定于其上面的微珠。當(dāng)入射光照到微珠,并進入其內(nèi)部后,發(fā)生折射,在微珠的另一界面發(fā)生內(nèi)反射,再從入射方向折射和反射出來,反射光與入射光基本保持平行,前進方向正好相反,每一微珠是一個反射單元,眾多的微珠產(chǎn)生許多平行光反射點,形成一個反射面,可以清晰反映出反射體的形狀和位置。微珠材料的折射率和大小直接關(guān)系到反光能力,底布材料的顏色和反射能力也影響反光效果。微珠折射率高,而且是透明體,微珠大小應(yīng)均勻;粘著劑的折射率不應(yīng)太低,粘著劑用量不應(yīng)太高,不應(yīng)將微珠完全包覆,但又要粘著堅牢。底布顏色不應(yīng)太深,對光吸收愈多,反射強度愈低;底布有熒光或磷光物質(zhì),可以大大增加反射的亮度。定向回歸反射光不應(yīng)發(fā)生太強的散射和干涉,否則也會減弱亮度。所以底布往往呈銀白色和檸黃色,有的還有熒光或磷光?；貧w反射織物的顏色決定于其底色,回歸反射只是產(chǎn)生定向強的反射,這種定向強反射也是由反射體的結(jié)構(gòu)形狀和大小決定的,廣義地說也是結(jié)構(gòu)生色的一種方式。具有這種功能的織物特別適合作反光標(biāo)志,包括路標(biāo)和工作人員,包括刑警、鐵路和公路人員等的服裝,可以大大提高工作人員的安全性。目前除交通部門外,公安、環(huán)衛(wèi)、石油勘測、煤礦和民政部門等也在用作標(biāo)志性的服裝或其它安全標(biāo)志。(2)熒光材料的織物特性閃光印花和整理也可用于加工對光有強反射的織物,過去也有人稱為鉆石印花或整理。通過印花或涂層整理加工可獲得具有鉆石般閃光效果的紡織品。天然鉆石具有極好的反光和閃光性能,光彩奪目。不僅折射率很高(2.42),反射性強,而且會發(fā)生色散,導(dǎo)致產(chǎn)生彩虹般閃光。隨著鉆石轉(zhuǎn)動,還可以看到顏色晃動。鉆石的色散值極高,有炫耀的彩色閃光,這些都屬結(jié)構(gòu)生色。一些含鉛量高的玻璃也有很高的折射率(1.75)和色散值,所以常用作枝形吊燈等反光材料。事實上,天然反光和閃光材料還有許多,例如一些月長石,也稱為寶石,它與鉆石不同,由多種組分混合而成,閃光是由于其中的小顆粒散射所致。一種性能良好的人工仿制品——富鋁尖晶石晶體,其主要化學(xué)組成為MgAl10O16,產(chǎn)生閃光的是其中的Al2O3粒子。此外,使用不同組分,例如氟化物、磷酸鹽形成的玻璃體顆粒也有良好的閃光性。無論是天然的或是人造的Al2O3寶石,它們的顏色含有著色雜質(zhì),其閃光性能則是由于含有細小的TiO2針狀物所致。這些針狀物以一定的角度排列成許多組,它們對一定方向入射的光發(fā)生交叉反射,并使寶石中的顏色發(fā)生晃動,星紅寶石的著色介質(zhì)是氧化鉻,星藍寶石則是鐵銻的化合物。閃光印花或涂層整理是選用具有類似天然鉆石或?qū)毷拈W光特別強的細小顆粒物質(zhì),通過涂料印花或涂層整理工藝施加到紡織品上,獲得閃光印花或涂層紡織品。這些閃光材料不僅有很好的反光能力,還可以發(fā)生色散產(chǎn)生彩虹色,這些彩虹色會隨觀察角度變化而變化。最廉價的閃光粉是鉛粉,但它反光性不好,而且不具備色散性。一些人工制造的微形粉末反光物質(zhì)(它們實際上是一些薄的膜狀反光物),包括鍍鋁薄膜或彩色聚酯薄膜,這些閃光片又稱彩蔥片,可以切割成條形、正方形、六角形、星形等。它們的閃光性能與粘著劑成膜性能關(guān)系很密切。如果應(yīng)用前述的干涉生色絲粉(長度僅為75μ)作閃光印花或涂層粉,則不僅有閃光,還會呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)色,顏色明亮而持久。這種產(chǎn)品已用作車衣等產(chǎn)品。(3)結(jié)構(gòu)生色涂料的制備方法珍珠自古以來就被視為貴重物品,它具有美麗的“珍珠光澤”,不僅反光性好,還具有閃光和彩虹色,光澤也較柔和,是一種天然的干涉生色物質(zhì)。珠光粉雖然可以將珍珠磨碎而得到,但成本較高,其實這種珠光體在其它物質(zhì)中也可獲得。例如魚鱗,其主要組分是2-氨基-6-羥基脲環(huán),又稱鳥嘌呤,結(jié)構(gòu)如下:它的晶體屬長方晶型,大小約為(0.1×0.02×0.001)mm3,表面積很大,是片狀物質(zhì),對光有很強的反射能力,并對光產(chǎn)生很強的干涉,可產(chǎn)生彩虹色。它本身無色,所以還可以與彩色涂料拼混,不影響涂料的顏色,但會呈現(xiàn)較強的干涉色。除了應(yīng)用天然的珠粉外,人工合成的珠粉,包括無機化合物,如堿式碳酸鉛、氧氯化鉍等,它們的細粉也能產(chǎn)生類似珍珠粉的光澤,但效果差。近年來出現(xiàn)的一些新的反光材料的細粉,例如鈦膜涂料印花粉,實際上也是一種閃光或珠光材料。這種合成閃光