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2.1結(jié)構(gòu)生色纖維和薄膜

仿照自然界蝴蝶等生物結(jié)構(gòu)生色原理，目前已設(shè)計(jì)和研制了結(jié)構(gòu)生色纖維，這是一種多層結(jié)構(gòu)的纖維。通過(guò)嚴(yán)格選擇一定折射率的高聚物和計(jì)算各層的厚度，使纖維薄層對(duì)光干涉時(shí)，各層纖維薄層使發(fā)光發(fā)生相長(zhǎng)增強(qiáng)作用，反射出很強(qiáng)的一定波長(zhǎng)的彩色光。

從前述蝴蝶翅瓣表面對(duì)光的干涉生色可知，只要其表面的薄片重復(fù)尺寸與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)相當(dāng)，翅瓣表面的薄片起多層薄膜對(duì)光干涉作用，入射光在兩種不同層面的每一界面上都發(fā)生反射，只要薄層厚度和兩種薄層的折射率適當(dāng)，就可使光發(fā)生干涉生色。

表1為干涉生色光波長(zhǎng)與薄膜厚度的關(guān)系。

表1 干涉生色光波長(zhǎng)與薄膜厚度的關(guān)系

(入射角=0， 折射率=1.55)

表2為Motphotex絲的物理特性這種多層結(jié)構(gòu)生色絲是扁平截面，截面見(jiàn)圖7。如果在電鏡下觀察，其截面是由許多層PET／PA交替疊合組成的，其截面電鏡圖見(jiàn)圖8。由圖7可看出，這種纖維中心是空的，截面由數(shù)量非常多的薄層緊密疊合而成。

表2 Morphotex 絲的物理特性

目前利用結(jié)構(gòu)生色的薄膜和涂層產(chǎn)品已很多．并得到廣泛的應(yīng)用。

2.2結(jié)構(gòu)色對(duì)顏料和涂層顏色的影響

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能用涂料(或顏料)來(lái)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，薄膜中也可以加入顏料來(lái)著色，即使不加人顏料，在紡織品表面施加薄膜后，對(duì)紡織品，特別是對(duì)紡織品的底色會(huì)發(fā)生影響。在這些影響中，結(jié)構(gòu)起了一定的影響。

(1)顏料和結(jié)構(gòu)色

涂料(或顏料)著色性能不僅決定于它們的分子結(jié)構(gòu)，還和它們的物理結(jié)構(gòu)有關(guān)。顏料的顏色同時(shí)由對(duì)可見(jiàn)光的選擇吸收產(chǎn)生的顏色對(duì)光的散射、干涉和衍射引起的結(jié)構(gòu)色兩種顏色構(gòu)成，即分子結(jié)構(gòu)變化會(huì)改變顏色，顏色的物理結(jié)構(gòu)不同也會(huì)改變顏色。分子結(jié)構(gòu)和顏色的關(guān)系和染料類(lèi)似。本節(jié)僅簡(jiǎn)要分析一下其物理結(jié)構(gòu)的關(guān)系，即結(jié)構(gòu)色和其物理結(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、反射率等性能會(huì)不同，從而引起不同的結(jié)構(gòu)色和色強(qiáng)度。事實(shí)上，這些物理結(jié)構(gòu)也會(huì)影響其吸收光譜。圖9是散射強(qiáng)度和顏色強(qiáng)度與顏料顆粒大小的關(guān)系。

由圖可看出，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，達(dá)到一定大小后(約λ2)達(dá)到最大，然后隨顆粒增大，反而減小。另一類(lèi)顏料(曲線c)，它們的散射強(qiáng)度雖然也隨顆粒增大而增強(qiáng)，超過(guò)一定大小后，也減小，但它們的散射強(qiáng)度比曲線A類(lèi)小，達(dá)到散射最大值的顆粒也較大，這通常是一些有機(jī)有色顏料。

由前述可知，當(dāng)散射顆粒大小比光波波長(zhǎng)小時(shí)，產(chǎn)生瑞利散射，主要產(chǎn)生波長(zhǎng)短的藍(lán)色光，而且波長(zhǎng)愈短散射愈強(qiáng)。比光波長(zhǎng)的粒子通常產(chǎn)生白色的米氏散射，但其強(qiáng)度較低。散射強(qiáng)的顏料遮蓋好，白色顏料要求顏色潔白，而且遮蓋性要好，通常是一些折射率很大的無(wú)機(jī)顏料，大多數(shù)折射率大于2(例如各類(lèi)別的TiO2、鉛白、鋅白粉等)，此外，它們的顆粒大小對(duì)遮蓋能力影響很大，當(dāng)顆粒大小大約為可見(jiàn)光波長(zhǎng)一半(即0.2～0.4um)時(shí)，光散射最有效，所以白色顏料的顆粒大小應(yīng)控制在此范圍，如圖中曲線A所示。對(duì)有色顏料來(lái)說(shuō)，要求有較強(qiáng)的顏色強(qiáng)度，因此對(duì)發(fā)色濃艷的無(wú)機(jī)顏料，例如鎘黃或鈷藍(lán)，有很高的折射率，反射能力很強(qiáng)，這些顏料顆粒可控制較大，以減少散射。對(duì)折射率較低的有機(jī)顏料，雖然最高散射是在較大的顆粒范圍，為了有很好的顏色強(qiáng)度，顆粒大小應(yīng)較小。

近年來(lái)，納米技術(shù)在染整中正在開(kāi)發(fā)應(yīng)用，一些研究者正在開(kāi)發(fā)納米級(jí)的涂料著色用顏料，研究表明，有機(jī)顏料顆粒達(dá)到或接近納米級(jí)后，顏料色強(qiáng)度大為提高，對(duì)紡織品的滲透性也較好，特別適合涂料染色，因?yàn)殡m然它們的遮蓋性不是很好，但并不會(huì)影響涂料染色產(chǎn)品質(zhì)量，相反由于顏色強(qiáng)度高，滲透性好，故顏料用量可降低(可降低一半左右)，而且均勻性好。不過(guò)，隨著顏料顆粒變小，比表面積大，顆粒團(tuán)聚較嚴(yán)重，要求有很好的分散技術(shù)。

如上述，發(fā)生瑞利散射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色(主要為波長(zhǎng)較短的藍(lán)色)這種散射對(duì)藍(lán)、紫、綠色顏料的色光影響相對(duì)較小，而對(duì)黃、橙、紅色顏料則會(huì)使其色光帶藍(lán)紫光而變得萎暗，所以應(yīng)加以防止。散射的其它結(jié)構(gòu)色也會(huì)影響顏料的色光，因?yàn)樯⑸涔獾念伾偛粫?huì)和吸收產(chǎn)生的顏色完全一致，這是顏料著色通常比染料染色顏色鮮艷度和強(qiáng)度低的原因之一。

顏料還可能通過(guò)干涉和衍射影響紡織品的色光。許多顏料顯現(xiàn)出雙折射和二色性，這些顏料晶體具有較低的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性，光學(xué)上屬各向異性，具有一個(gè)以上的折射率值，具有兩個(gè)折射值的特性稱(chēng)為雙折射，光通過(guò)這種結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性差的顏料晶體后，透射光是偏振的。即雙折射晶體中的雙折射效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生偏振光。

此外，滿足一定條件的偏振光會(huì)發(fā)生干涉，產(chǎn)生顏色，或影響原來(lái)的顏色，不同方向的偏振光，隨晶粒厚度增加色光變化是不同的，例如研究C．I．顏料紅1，發(fā)現(xiàn)它有兩種偏振透射光，一種為快光線，一種為慢光線，快光線隨晶粒厚度增加，開(kāi)始時(shí)黃和紅色調(diào)不斷增強(qiáng)，達(dá)到一定程度后，黃色調(diào)非但不增強(qiáng)，反而快速減弱，即只增強(qiáng)紅色調(diào)，對(duì)慢光線來(lái)說(shuō)，則隨晶粒厚度增加，黃色調(diào)快遞減弱，綠色調(diào)不斷增強(qiáng)。以上表明，顏料如果具有雙折射和偏振光特性的話，隨著晶粒增大，其色光會(huì)變化，而且不同方向的顏色變化是不同的。

為了得到良好的遮蓋性和顏色強(qiáng)度，并提高它們的顏色穩(wěn)定性。生產(chǎn)顏料時(shí)，不僅要控制它們的顆粒大小和形狀，還要控制晶型。實(shí)際生產(chǎn)顏料時(shí)，不僅要控制它們的顆粒大小和形狀，還要控制晶型。在實(shí)際生產(chǎn)顏料時(shí)，要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的后加工，加入一定的添加劑，特別是分散劑和分散介質(zhì)。