barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje...

14
1.0 UVOD Reverzibilno spreminjanje barve tekstilij, ki ga obrav- navamo v ~lanku, se nana{a na vnaprej na~rtovano sposobnost tekstilij, da spreminjajo barvo v odvisnosti od okoljskih dejavnikov. Molekule barvil lahko drama- ti~no spremenijo barvo v prisotnosti kislin, baz, pri oksidaciji ali redukciji, pri cepitvi kemi~nih vezi oziro- ma njihovem nastanku, pod vplivom mehanske obre- menitve, elektri~nega toka ipd. TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20 7 Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve Pregledni znanstveni ~lanek Scientific Review doc. dr. Tatjana Rijavec, univ. dipl. in`. tekst. tehnologije Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehni{ka fakulteta, Oddelek za tekstilstvo Sne`ni{ka 5, 1000 Ljubljana; e-po{ta: tatjana.rijavec@ntf.uni-lj.si UDK 677.027.62 + 677.019.17 Barvno aktivne tekstilije sodijo med nove, moderne, pametne materiale, ki zaznavajo spremembo elektromagnetnega valovanja (vidne svetlobe, UV in IR valovanja), elektri~nega toka, spremembo pritiska, pH vrednosti, prisotnost vla- ge ali topil idr. zunanjih dejavnikov, na katere se odzivajo z barvno spremembo ali nastankom barve. Reverzibilne barvne spremembe jim omogo~ajo barvila in pigmenti, ki so po svoji naravi fotokromna, termokromna, solvatokromna, elek- trokromna ipd. V ~lanku so obravnavani fenomeni kromizmov, ki se `e uporab- ljajo pri tekstilijah. Predstavljeni so kemi~na sestava, mehanizmi in uporaba fo- tokromnih, termokromnih, elektrokromnih in solvatokromnih barvil. Uporaba nara{~a predvsem za fotokromna in termokromna barvila na obla~ilih in tudi za tehni~ne namene, od raznih reklamnih oglasov do medicinskih tekstilij, kot so obli`i in povoji s termokromnimi senzorji, v razvoju so higienske tekstilije s solvatokromnimi pigmenti kot indikatorji prisotnosti razli~nih snovi v se~u, od bakterij, glukoze, nitratov ipd. Barvila in ~rnila, za{~itena v mikrokapsulah, nana{ajo na tekstilije s tiskanjem, slikanjem in barvanjem v kopeli. Klju~ne besede: barvno aktivne tekstilije, pametni materiali, kromizem, fo- tokromizem, termokromizem, elektrokromizem, kameleonska vlakna Colour Active Textiles – Chromism or Reversible Colour Changing Colour active textiles belong to new, modern, smart materials which sense the changes of electromagnetic radiation (visible light, UV and IR waves), electric current, pressure, pH value, moisture or solvents content and other external fac- tors. They respond by changing or producing a colour. Reversible colour chan- ging is provided by dyestuffs and pigments, which are photochrome, thermochro- me, electrochrome, solvatochrome etc. in their nature. The article investigates the phenomena of chromisms, which are already used in textiles. Chemical com- position, mechanisms and use of photochrome, thermochrome, electrochrome and solvatochrome dyestuffs are presented. The use of photochrome and ther- mochrome dyestuffs for clothing and textiles for technical use from various ad- vertisements to medical textiles, such as plasters and bandages with thermoc- hrome sensors, sanitary textiles with solvatochrome pigments as indicators of the presence of various substances in urine, from bacteria, glucose, nitrates etc. has been particularly increasing. Dyestuffs and inks, protected in microcapsules, are applied on textiles by printing, painting and liquor dyeing. Key words: colour active textiles, smart materials, chromism, photochro- mism, thermochromism, electrochromism, chameleonic fibres

Upload: others

Post on 23-Jan-2021

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

1.0 UVOD

Reverzibilno spreminjanje barve tekstilij, ki ga obrav-navamo v ~lanku, se nana{a na vnaprej na~rtovanosposobnost tekstilij, da spreminjajo barvo v odvisnosti

od okoljskih dejavnikov. Molekule barvil lahko drama-ti~no spremenijo barvo v prisotnosti kislin, baz, prioksidaciji ali redukciji, pri cepitvi kemi~nih vezi oziro-ma njihovem nastanku, pod vplivom mehanske obre-menitve, elektri~nega toka ipd.

TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20 7

Barvno aktivne tekstilije –kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

Pre

gled

ni z

nans

tven

i ~l

anek

Sci

enti

fic

Rev

iewdoc. dr. Tatjana Rijavec, univ. dipl. in`. tekst. tehnologije

Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehni{ka fakulteta, Oddelek za tekstilstvoSne`ni{ka 5, 1000 Ljubljana; e-po{ta: tatjana.rijavec�ntf.uni-lj.si

UD

K 6

77.

027

.62

+ 6

77.

019

.17

Barvno aktivne tekstilije sodijo med nove, moderne, pametne materiale, kizaznavajo spremembo elektromagnetnega valovanja (vidne svetlobe, UV in IRvalovanja), elektri~nega toka, spremembo pritiska, pH vrednosti, prisotnost vla-ge ali topil idr. zunanjih dejavnikov, na katere se odzivajo z barvno sprememboali nastankom barve. Reverzibilne barvne spremembe jim omogo~ajo barvila inpigmenti, ki so po svoji naravi fotokromna, termokromna, solvatokromna, elek-trokromna ipd. V ~lanku so obravnavani fenomeni kromizmov, ki se `e uporab-ljajo pri tekstilijah. Predstavljeni so kemi~na sestava, mehanizmi in uporaba fo-tokromnih, termokromnih, elektrokromnih in solvatokromnih barvil. Uporabanara{~a predvsem za fotokromna in termokromna barvila na obla~ilih in tudiza tehni~ne namene, od raznih reklamnih oglasov do medicinskih tekstilij, kotso obli`i in povoji s termokromnimi senzorji, v razvoju so higienske tekstilije ssolvatokromnimi pigmenti kot indikatorji prisotnosti razli~nih snovi v se~u, odbakterij, glukoze, nitratov ipd. Barvila in ~rnila, za{~itena v mikrokapsulah,nana{ajo na tekstilije s tiskanjem, slikanjem in barvanjem v kopeli.

Klju~ne besede: barvno aktivne tekstilije, pametni materiali, kromizem, fo-tokromizem, termokromizem, elektrokromizem, kameleonska vlakna

Colour Active Textiles –Chromism or Reversible Colour Changing

Colour active textiles belong to new, modern, smart materials which sense thechanges of electromagnetic radiation (visible light, UV and IR waves), electriccurrent, pressure, pH value, moisture or solvents content and other external fac-tors. They respond by changing or producing a colour. Reversible colour chan-ging is provided by dyestuffs and pigments, which are photochrome, thermochro-me, electrochrome, solvatochrome etc. in their nature. The article investigatesthe phenomena of chromisms, which are already used in textiles. Chemical com-position, mechanisms and use of photochrome, thermochrome, electrochromeand solvatochrome dyestuffs are presented. The use of photochrome and ther-mochrome dyestuffs for clothing and textiles for technical use from various ad-vertisements to medical textiles, such as plasters and bandages with thermoc-hrome sensors, sanitary textiles with solvatochrome pigments as indicators ofthe presence of various substances in urine, from bacteria, glucose, nitrates etc.has been particularly increasing. Dyestuffs and inks, protected in microcapsules,are applied on textiles by printing, painting and liquor dyeing.

Key words: colour active textiles, smart materials, chromism, photochro-mism, thermochromism, electrochromism, chameleonic fibres

Page 2: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

Mo`nosti spreminjanja in prilagajanja barve tekstilijokolju so za potrebe ameri{ke vojske v Vietnamu za~eliraziskovati `e pred pribli`no {tirimi desetletletji. Ameri-can Cyanamide Co. je v 60. letih prej{njega stoletja vsodelovanju z ameri{ko vojsko sintetiziral prva barvila,ki so bila sposobna reverzibilnega spreminjanja barvepod vplivom son~nih oziroma ultravijoli~nih (UV) `ar-kov. To so bila prva fotokromna barvila. Kemijsko so tobili spiropirani, ki se v prisotnosti UV `arkov obarvajo.Maskiranje vojakov so posku{ali dose~i s hitrim spremi-njanjem barv obla~il glede na okolje, to je z nekak{nimkameleonskim prilagajanjem barve obla~il okolju. Ka-meleonom omogo~ajo spreminjanje barve ko`e pig-mentne ko`ne celice, imenovane kromatofore, ki se vko`i lahko razli~no porazdelijo. Delovanje kromatoforuravnavajo hormoni. Ti se sprostijo iz razli~nih vzrokov:sprememba zunanje temperature spro`i preporazdelitevkromatofor in s tem spremembo barve, kar kameleo-nom omogo~a regulacijo telesne temperature – temnej-{e barve ko`e mo~no absorbirajo toploto, svetlej{e bar-ve ko`e pa jo odbijajo; premik iz enega barvnega okoljav drugo lahko spro`i spremembo barve, npr. na drevesuse prilagodijo barvi listov, barvi lubja, ...; prav takosamo du{evno stanje, npr. razburjenje `ivali vpliva naspremembo barve kameleonov.

Razvoj tekstilij, ki se barvno prilagajajo spremem-bam v okolju, se je pospe{il v zadnjih nekaj letih, so-~asno z intenzivnim razvojem novih odzivno-sporo~il-nih tekstilij, ki jih poznamo pod imenom pametne tek-stilije. Barvno aktivne tekstilije so pametne tekstilije z»barvnim spominom«, ki ga omogo~ajo barvila oziro-ma pigmenti, ki reverzibilno spreminjajo barvo obspremembi dolo~enega dejavnika v okolju.

Reverzibilno spreminjanje barve snovi imenujemo stujko kromizem �1�. Glede na izvor barvnih spremembpoznamo razli~ne kromizme:

– fotokromizem – reverzibilna sprememba barvepod vplivom son~nih oziroma UV `arkov

– termokromizem – reverzibilna sprememba barve,ki jo spro`i toplota (IR `arki)

– elektrokromizem – reverzibilna sprememba barvezaradi elektrokemi~ne reakcije oksidacije ali re-dukcije, ki jo povzro~i elektri~ni tok ali elektri~nipotencial

– solvatokromizem – reverzibilna sprememba bar-ve, ki jo spro`i prisotnost topila

– ionokromizem – reverzibilna sprememba barve, kijo povzro~ijo ioni

– halokromizem – reverzibilna sprememba barve, kinastane zaradi spremembe pH vrednosti – v pri-sotnosti kislin je to acidokromizem

– metalokromizem – reverzibilna sprememba barve,ki nastane, ko se kovinski ioni koordinirajo z li-gandi

– piezokromizem – reverzibilna sprememba barve,ki jo povzro~i pritisk.

Na kromizem naletimo pri negi tekstilij: npr. reverzi-bilna potemnitev barve pri likanju, predvsem nekate-rih temnih barv pri vi{ji temperaturi ali pri pranju, koje barva mokrega materiala nekoliko druga~na od bar-ve suhega materiala, idr.

Namen ~lanka je bralcem predstaviti reverzibilnospreminjanje barve, ki je na splo{no premalo znanona podro~ju tekstila, in njegov pomen za razvoj novihpametnih tekstilij za tehni~ne namene, tekstilij za no-tranjo opremo in obla~il. Za uporabo na tekstilijah sorazvili barvila s fotokromnim, termokromnim, solvato-kromnim u~inkom in tudi `e elektrokromna kame-leonska vlakna.

2.0 FOTOKROMIZEM(photochromism)

Beseda fotokromizem je gr{kega izvora: phos pome-ni svetlobo, chroma barvo. Leta 1950 jo je predlagal Y.Hirshberg.

Fotokromizem1 je fotokemi~ni proces, kjer snov podvplivom son~nih `arkov spremeni kemi~no strukturo ins tem tudi absorpcijski spekter elektromagnetnega (EM)valovanja (slika 1). Posledica tega je sprememba barveali nastanek barve. Sprememba barve, ki jo povzro~eson~ni `arki ali le del tega spektra, to so UV `arki, jepovratna. Ob prenehanju u~inkovanja EM valovanja aliob spremembi valovne dol`ine vpadlega EM valovanjase snov povrne nazaj v izhodno bledo barvo ali v brez-barvno stanje. Ponavadi je sprememba barve ob absorp-ciji UV `arkov batokromna, kar pomeni, da gre za pre-mik absorpcijskega spektra k dalj{im valovnim dol`i-nam. Za`eleno je, da imajo fotokromne snovi mo`nostspreminjanja barv v ~im {ir{em ali celo v celotnem vid-nem spektru valovnih dol`in, od 400�800 nm.

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

8 TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20

Slika 1: Absorpcijska spektra fotokromne termodinami~-no stabilne snovi: spekter A se pod vplivom UV svetlobespremeni v spekter B. Povratno reakcijo spro`i vidna svet-loba (h�2) ali toplota (�) �2��

300

Eks

tinkc

ija

400

hv1

hv2 ali �

500 600 � /nm

A

A B

B

Page 3: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

2.1 Tipi fotokromnih snovi

Najpomembnej{a fotokromna barvila so spiropirani,spiroksazini, kromeni, fulgidi, fulgimidi in diarileteni

(slika 2); manj{i pomen imajo spirodihidroindolizini,azo spojine, policikli~ne aromatske spojine, anili, poli-cikli~ni kinoni, viologeni, triarilmetani in perimidinspi-rocikloheksadienoni �2�.

TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20 9

Slika 2: Pomembne organske fotokromne spojine �2�

SPIROPIRANI

SPIROKSAZINI

KROMENI

FULGIDI IN FULGIMIDI

DIARILETENI IN SORODNE SPOJINE

zaprta oblika – brezbarvna odprta oblika – obarvana (merocianin) (kinonska oblika)

zaprta oblika – brezbarvna

zaprta oblika – brezbarvna odprta oblika – obarvana

odprta oblika – obarvana

odprta oblika – obarvana zaprta oblika – brezbarvna

zaprta oblika – brezbarvna

X=O (fulgidi)X=NR (fulgimidi)

odprta oblika – obarvana (merocianin), (kinonska oblika)

Page 4: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

Spiropirani in spiroksazini sodijo med toplotno ne-stabilna fotokromna barvila, ki se pod vplivom UV `ar-kov obarvajo, po dolo~eni koli~ini absorbirane toplote(segrevanju) pa se povrnejo v brezbarvno stanje. Fulgi-di, diarileteni, benzopirani in naftopirani sodijo medtoplotno stabilne fotokromne snovi, ki se obarvajopod vplivom UV `arkov, nato pa povrnejo v izhodnobarvo v prisotnosti vidne svetlobe. Nekatera fotokrom-na barvila ka`ejo tudi negativni fotokromizem, kar po-meni, da se barvila pod vplivom son~nih ali UV `arkovrazbarvajo.

2.2 Mehanizmi fotokromizma

Fotokromizem organskih fotokromnih spojin potekaprek razli~nih kemi~nih procesov, ki se odvijajo v po-sameznih skupinah fotokromnih spojin. Ti so:

– elektrocikli~ne reakcije in cikloadicije– cis/trans izomerije– znotrajmolekulski prenosi vodika– znotrajmolekulski prenosi skupin– disociacije– prenosi elektronov (oksidacija – redukcija).

Izmed {tevilnih fotokromnih snovi so najbolj temelji-to raziskani mehanizmi spirospojin, {e posebej spiro-pirana, nekoliko manj pa spiroksazinov. Na sliki 3 jeprikazan fotokromni mehanizem na primeru spiroben-zopirana. Absorpcija UV `arkov povzro~i heterolitsko

cepitev kovalentne kemijske vezi C(spiro)-O v piran-skem obro~u, ki s tem spremeni molekulsko strukturobrezbarvnega spirobenzopirana. Nastane »odprta« mo-lekulska struktura z raz{irjenim sistemom konjugiranihdvojnih vezi, imenovana merocianin. Ta nastopa v trehresonan~nih oblikah: cis, trans in ortokinonski. Te»odprte« molekule imajo sposobnost intenzivne ab-sorpcije svetlobe v vidnem delu spektra od 550�620nm in so razli~no obarvane. ^e ni son~nih oziroma UV`arkov, se »odprta« oblika povrne v originalno, »zapr-to« brezbarvno obliko.

Problem spirobenzopirana sta nestabilnost molekulein hitro bledenje barve na soncu. Z zamenjavo benzo-piranskega obro~a v spirobenzopiranu z naftoksazin-skim so dobili novo spojino, spironaftoksazin (slika 4),ki je pri dolgotrajnem UV osvetljevanju veliko bolj ob-stojna kot spirobenzopiran. Spironaftoksazin aktivirajoUV `arki. Spojina ka`e poleg fotokromnega u~inka tu-di termokromni in solvatokromni u~inek �3�. Intenzite-ta absorpcije se z vi{anjem temperature pove~uje.

2.3 Lastnosti in uporaba fotokromnih barvil

Uporaba fotokromnih barvil je odvisna od spektral-nih zna~ilnosti posameznih barvil, hitrosti fotoinduci-rane reakcije, hitrosti povrnitve barve, od svetlobneobstojnosti fotokromnih barvil in od {tevila fotokrom-nih ciklusov (utrujenosti barvila). Fotokromni cikluspomeni fotokemi~ni prehod barvila iz oblike A v obli-ko B in nazaj, toplotno ali fotokemi~no induciran pre-hod iz oblike B v obliko A (slika 1). Utrujenost foto-kromnega barvila podajamo s {tevilom ciklusov, ki pri-vedejo do zni`anja za~etne absorbance za 50 % (Z50)pri specifi~ni valovni dol`ini. Obstojnost fotokromnihbarvil na tekstilijah presku{amo po standardizirani me-todi ISO 105-B05 �4�.

Glavna pomanjkljivost fotokromnih barvil je njihovaslaba ali specifi~na obstojnost. Zaradi stranskih reakcij,predvsem oksidacijske degradacije, se s ~asom vsemdanes znanim organskim fotokromnim barvilom foto-kromni u~inek zmanj{a ali izgine. Pri nana{anju foto-kromnih barvil v obliki mikrokapsul je treba izbrati tu-di ustrezno UV obstojno vezivo �5�.

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

10 TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20

Slika 3: Brezbarvni spirobenzopiran in obarvane izomeremerocianina.

550-620 nm

orto-kinon trans

BREZBARVNISPIROBENZOPIRAN

OBARVANSPIROBENZOPIRAN

»merocianin«

Slika 4: Spironaftoksazin

neobarvana molekula obarvana molekula + izomere

cis

Page 5: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

Fotokromna barvila lahko povzro~ijo alergije in sozdravju nevarna, ~e jih ne uporabljamo v skladu z na-vodili o varnosti. Uporaba fotokromnih barvil ali ~rnilv obliki mikrokapsul je varnej{a od uporabe v pastahali barvalnih kopelih.

Uporaba fotokromnih barvil se je pove~ala v 90. le-tih prej{njega stoletja. Najve~ jih danes namenjajo zazastiranje son~nih `arkov, to je za son~na o~ala, ki po-temnijo na soncu, in za pametna okna stanovanjskihobjektov in vozil, ki se samodejno zatemnijo. Slediuporaba fotokromnih barvil za za{~ito pred ponareja-njem dokumentov, ~ekov in denarja. V visoko razvitihtehnologijah (high-tech technology) jih uporabljajo zaopti~ne diske (CD), kjer fotokromna barvila omogo~a-jo zapisovanje in shranjevanje podatkov �6�, v prikazo-valnikih (zaslonih) in za opti~na stikala. Poleg tega sefotokromna barvila uporabljajo tudi za shranjevanjeson~ne energije, v optiki, biolo{kih sistemih in ne na-zadnje v izdelkih, kot so laki za nohte, nakit, modnidodatki ipd.

2.4 Fotokromna barvila za tekstilije

Fotokromna barvila so primerna za tekstilije, ki jihuporabljamo na prostem, kjer je koli~ina UV `arkov do-volj velika. Izmed razli~nih tipov fotokromnih barvil sena tekstilijah zaradi najbolj{e toplotne obstojnosti naj-ve~krat uporabljajo fulgidi, ki so na voljo v razli~nihbarvnih tonih. Ustreznih fotokromnih barvil za barvanjetekstilij in usnja je na trgu za sedaj {e zelo malo �7�.

Pri nanosu fotokromnih barvil na tekstilije mora bitipraviloma osnovna barva tekstilije svetla, ker spremem-ba barve na temnem ozadju ni opazna. Na tekstilije jihnajpogosteje nana{ajo s tiskanjem ali slikanjem. Barvilapogosto mikrokapsulirajo, ker so tako za{~itena bolj ob-stojna pri pranju in se jim `ivljenjska doba podalj{a. Fo-tokromne pigmente je mogo~e dodajati tudi kot barvnikoncentrat (masterchips) neposredno pri izdelavi vla-ken iz taline. Zaradi slabe termi~ne stabilnosti foto-kromnih barvil, ki zdr`ijo le kratek ~as pri 240–250 �C,jih dodajajo v talino le za polipropilenska vlakna.

2.5 Stanje raziskav fotokromnih barvil z uporabona tekstilijah

Fotokromna barvila na vrhnjih obla~ilih lahko deluje-jo kot senzorji za nadziranje izpostavljenosti UV `ar-kom, ker pod vplivom UV `arkov spremenijo barvo inpo dolo~enem ~asu zaradi prevelikega segrevanja po-stanejo brezbarvna. S spremembo barve bi tak{ni sen-zorji uporabnika opozorili, kdaj neko obla~ilo ne dajeve~ u~inkovite UV za{~ite. Razvoj UV senzorjev kot inte-griranih delov obla~il, ki lahko zaznavajo koli~ino UV`arkov, pomeni v primerjavi z dosedanjimi oznakami

obla~il z ultravijoli~nim za{~itnim faktorjem (sun protec-tion factor, SPF) mo`nost aktivne pametne za{~ite, ki bibila za uporabnika zelo preprosta. Spektrofotometri~namerjenja intenzitete barve fotokromnih barvil s ~asom os-vetljevanja in ~asom regeneriranja barve ka`ejo histerez-no obna{anje (slika 5). Povr{ina barvne histereze, Hp jev linearni odvisnosti od intenzitete osvetlitve �8, 9, 10�, karje osnova za vzpostavitev sistema vrednotenja u~inkovi-tosti fotokromnih barvil kot UV senzorjev.

Nove mo`nosti uporabe fotokromnih barvil tudi natekstilijah dajejo teko~e kristalne snovi v kombinaciji sfotokromnimi barvili v modificirani membrani. Japonskiraziskovalci �11� so odkrili, da delujejo fotokromna bar-vila v kombinaciji s teko~imi kristali kot nekak{na spro-`ila na molekulski ravni, ki ob poteku fotokemi~nereakcije na fotokromni membrani spro`ijo oja~itev alispremembo orientacije nematske strukture teko~ih kri-stalov. Pri fotokromnem azobenzenu nastopi ob absorp-ciji UV `arkov cepitev kovalentne vezi, ki privede dokonfiguracijske pretvorbe azobenzena iz trans- v cis ob-liko in kot vidimo na sliki 6, se ob tem spremeni orien-

TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20 11

^as regeneriranja (min)

^as izpostavljenosti (min)

Intenziteta osvetljevanja (lx)

izpostavitev

regeneriranje

regeneriranje izpostavitev izpostavitev – model regeneriranje – model

Inte

nzite

ta b

arvn

ih s

prem

emb

Hp

Inte

nzite

ta b

arvn

ih s

prem

emb

Slika 5 (I): Histereza barvnih sprememb fotokromnegabarvila �8�

Slika 5 (II): Linearna odvisnost povr{ine barvne histerezeod intenzitete osvetljevanja �8�

Page 6: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

tacija pali~astih molekul. Omenjene raziskave sodijo vpodro~je nano- oziroma pikotehnologije, kjer za nadzorprocesov na nano ravni razvijajo molekulska spro`ila.

3.0 TERMOKROMIZEM (thermochromism) ��12��

Termokromizem je reverzibilna sprememba molekul-ske ali nadmolekulske strukture, ki jo spro`i toplota inje povezana s spremembami v absorpcijskem spektrutermokromne molekule, ponavadi v obmo~ju vidnesvetlobe �13�.

3.1 Tipi termokromnih snovi

Za neposredno reverzibilno spremembo barve snovije potrebna relativno velika energija, ki spro`i mole-kulske spremembe, kot je cepitev kovalentne vezi alisprememba konformacije molekule. Tak{ne termo-kromne snovi imenujemo tudi termokromne snovi zlastnim termokromizmom. Mednje sodijo anorganskioksidi in {tevilne organske molekule:• In2O3: rumen pri ni`jih temperaturah, pri segreva-

nju postane rumeno rjav• ZnO: bel pri sobni temperaturi, pri vi{jih temperatu-

rah postane rumen• Cr2O3-Al2O3: rde~ pri 20 �C, postane siv pri 400 �C• Cu2HgJ4: rde~ pri 20 �C, postane ~rn pri 70 �C• spiroheterocikli – spiropirani in spiroksazini: toplota

spro`i cepitev kovalentnih vezi• stereoizomerija v molekulah, kjer so posamezne ste-

reoizomere razli~nih barv, npr. biantroni

• makromolekulski sistemi: npr. politiofeni, polisilani,polidiacetileni

• holesterni opti~no aktivni teko~i kristali idr.

Pri ve~ini termokromnih snovi z lastnim termokro-mizmom nastopijo barvne spremembe pri visokih tem-peraturah, in sicer 100-200 �C nad sobno temperatu-ro, kar ne ustreza uporabi na tekstilijah. Med na{tetimitermokromnimi snovmi bomo v nadaljevanju obravna-vali holesterne opti~no aktivne teko~e kristale, ki jih vobliki mikrokapsul nana{ajo lahko tudi na tekstilije.

3.2 Holesterni opti~no aktivni teko~i kristali

Struktura holesternih teko~ih kristalov je zna~ilna zatoge (pali~aste) organske molekule. Teko~e kristalnostanje je vmesno stanje med trdnim kristalnim in teko-~im amorfnim stanjem. V tem stanju toge molekule te-~ejo podobno kot v teko~ini, toda obenem ohranijodolo~eno stopnjo urejenosti, ki je zna~ilna za trdnokristalno stanje. Ponavadi ima tak{no teko~e kristalnostanje nematsko anizotropno strukturo z urejenostjomolekul le v eni smeri (slika 7). Le pri relativno visokihtemperaturah bi molekule dobile dovolj veliko toplot-no energijo, ki bi privedla do popolne – neurejene izo-tropne strukture pali~astih molekul. Anizotropna ure-jenost pali~astih molekul omogo~a razli~ne anizotrop-ne fizikalne lastnosti teko~ih kristalov: dvolomnost indielektri~no anizotropijo (razli~ne dielektri~ne konstan-te v vzdol`ni in pre~ni smeri molekul). Znana uporabateko~ih kristalov so med drugim tudi zasloni LCD.

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

12 TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20

Slika 6: Fotokromni vpliv azobenzena na strukturo teko~ih kristalov �11�

UV `arki

vidna svetloba

trans cis

nemati~na teko~e-kristalnastruktura

modificirana povr{ina z azobenzenom

Page 7: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

Teko~i kristali se s spremembo temperature lahkouredijo v holesterno nematsko strukturo (cholestericliquid crystals, CLCs). Holesterna nematska strukturaje struktura, kjer so toge molekule v sosednjih plastehorientirane tako, da tvorijo spirale (smer pu{~ic na sli-ki 8 da spiralo). Prvi razviti teko~i kristali so kazali ter-mokromni u~inek v ozkem temperaturnem obmo~ju.Z modifikacijo pali~astih molekul z opti~no aktivnimi(kiralnimi) skupinami ali ~e opti~no aktivne molekulepome{ajo med pali~aste molekule teko~ih kristalov,nastanejo nematski opti~no aktivni teko~i kristali z za-dovoljujo~im termokromnim u~inkom �14�.

Termokromni u~inek oziroma reverzibilna spremem-ba barve, od ~rne pri vi{ji temperaturi do mavri~nihbarv pri ohlajanju, nastane zaradi razli~nega odbojavidne svetlobe s posameznih ravnin teko~ih kristalov(slika 9) �15�. Valovna dol`ina odbite vidne svetlobe jeodvisna od lomnega koli~nika teko~ega kristala. Ker ses temperaturo spreminja orientacija molekul, se valov-na dol`ina odbite vidne svetlobe prav tako spreminja stemperaturo in s tem se spreminja tudi barva snovi.

Termokromni teko~i kristali reverzibilno spreminja-jo barvo v temperaturnem obmo~ju od –30 do 120 �Cin so ob~utljivi na majhne temperaturne spremembe,tudi 0,2 �C.

3.3 Barvila s posrednim termokromizmom

V dolo~enih primerih spro`i toplota spremembo pHvrednosti okrog kromoforne skupine barvila. Spreme-njen pH povzro~i spremembe v molekuli barvila, po-sledica pa je sprememba barve. Barvila v tem primerusama po sebi niso termokromna, temve~ ionokromnaali acidokromna.

TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20 13

Slika 7: Shema nematske strukture

Slika 8: Holesterna struktura teko~e kristalne snovi s prikazom postopnega spreminjanja orientacije pali~astih molekulmed sosednjimi plastmi �12�

Slika 9: Odboj svetlobe s povr{ine teko~e kristalne hole-sterne strukture �15�

cmyk

Page 8: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

Na sliki 10 je prikazan primer tak{nega posrednegatermokromizma z barvilom Crystal Violet, ki da prisobni temperaturi v protonirani obliki intenzivno mo-dro barvo. S segrevanjem se barvilo ob deprotoniranjupretvori v laktonsko obliko, ki je brezbarvna.

Mehanizem tega posrednega termokromizma temeljina uporabi kompleksnega sistema treh komponent:

– molekul, ki vsebujejo kromoforne skupine – kro-mogeni (color former)

– komponente, ki zagotovi kisel medij (vodikoveione) in deluje kot razvijalec barve (acidic colordeveloper). Najpogosteje so to fenoli.

– nepolarnega sotopila (co-solvent), ki je dolgove-ri`na alkilna komponenta z nizkim tali{~em. Pona-vadi so to ma{~obne kisline, amidi ali alkoholi.Sotopilo nadzoruje interakcije med prvima dvemakomponentama.

Kromogen in razvijalec barve sta raztopljena v sotopi-lu in za uporabo na tekstilijah so vse tri komponentevgrajene v mikrokapsule (slika 11). Pri ohlajanju razto-pine nastane kompleksni sistem, ki je v trdnem agregat-nem stanju intenzivno obarvan. Segrevanje kompleksne-ga sistema nad tali{~e izbranega sotopila privede do iz-gube barve v celoti. Sprememba barve je reverzibilna.

3.4 Lastnosti in uporaba termokromnih barvil

Pri delu s termokromnimi barvili je treba tako kotza fotokromna barvila upo{tevati varnostne zahteve.Termokromna barvila lahko povzro~ijo alergije. V pri-meru zau`itja ali absorpcije skozi ko`o lahko nastopizastrupitev. Po raziskavah na mi{ih ocenjujejo, da ter-mokromna barvila lahko pomenijo tveganje tudi za ra-kava obolenja �16�.

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

14 TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20

Slika 10: Barvilo Crystal Violet, ob~utljivo na spremembo kislosti �12�

Slika 11: Mikrokapsule s kompleksnim termokromnim sistemom

kromogen

sotopilo v teko~i fazi

sotopilo v trdni fazi

raztopljen razvijalec barve

stena mikrokapsulebrezbarvni kompleks v teko~em stanju

obarvan kompleks v trdnem stanju

SEGREVANJE

OHLAJANJE

obarvan kompleks (kromogen – razvijalec barve)

Page 9: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

Uporaba mikrokapsuliranih termokromnih barvil aliza{~itenih termokromnih barvil s premazi ne pomeni leve~je obstojnosti proti staranju, ampak tudi varnost zauporabnike. Uporaba termokromnih barvil na etiketahza `ivila mora biti v skladu z zahtevami standardov zaprehrano, ki se nana{ajo na posredni stik s hrano, indrugimi standardi, tudi glede vsebnosti te`kih kovin.

Termokromna barvila na osnovi holesternih teko~ihkristalov uporabljajo za dekoracije, v kozmetiki, termo-diagnostiki, kot je termografija, za termometre za akva-rije, za merjenje temperature ko`e, v optiki in elek-trooptiki itd.

Termokromna barvila s posrednim termokromizmomuporabljajo za reklame, toplotne etikete na `ivilih, kipovedo primerno temperaturo za u`ivanje hrane in pi-ja~, za za{~ito izvirnih dokumentov, letalskih vozovnic,potovalnih ~ekov, certifikatov ipd.

3.5 Uporaba termokromnih barvil na tekstilijah

Uporaba termokromnih barvil na tekstilijah �17� bis-tveno zaostaja za drugimi podro~ji, ker je med {tevilni-mi znanimi termokromnimi barvili malo tak{nih, ki sosposobna razviti barvne spremembe v temperaturnemobmo~ju med –15 in +40 �C.

Termokromna barvila najpogosteje nana{ajo na tek-stilije s pigmentnim tiskom ali kot premaze, ki jih do-datno povr{insko za{~itijo s tankim slojem laka ali po-liuretana. V mikrokapsulah so barvila raztopljena v to-pilih (npr. alkoholu).

Tak{no tkanino s premazom iz mikrokapsul, ki vse-bujejo termokromna barvila, alkohol in ustrezne kom-ponente za razvoj temperaturno regulirane spremem-be barve, je razvil japonski Toray. Premaz je dodatnoza{~itil s poliuretanom. Tkanina deluje kot ve~barvanatekstilija, ki v temperaturnem intervalu med –40 in+80 C iz {tirih osnovnih barv omogo~a 64 barvnihodtenkov v temperaturnem razmiku 5 �C, ki se spre-minjajo reverzibilno. Omenjene tkanine so uporabneza smu~arske kombinezone (spreminjajo barvo v tem-peraturnem obmo~ju 11�19 C), za `enska obla~ila(spreminjajo barvo v temperaturnem obmo~ju 13�22C) in za sen~ila (spreminjajo barvo v temperaturnemobmo~ju 24�32 C) �18�.

V temperaturnem obmo~ju 5�15 �C ka`ejo znatnebarvne spremembe holesterni teko~i kristali, katerih upo-raba v mikrokapsulah je mogo~a tudi na tekstilijah �19�.

Posledica reverzibilnega spreminjanja barve termo-kromnih barvil je tudi posredno spreminjanje sposob-nosti tekstilije za absorpcijo toplote: a) Svetlej{i barvni toni oziroma bela barva termokrom-

nih pigmentov vplivajo na pove~an odboj toplote,temnej{i barvni toni pa pove~ajo absorpcijo toplote.Te u~inke so `e koristno izrabili v premazih za gasil-ske uniforme, ki postanejo pri visokih zunanjihtemperaturah beli in odbijajo toploto.

b) Termokromni pigmenti na medicinskih povojih spre-menijo barvo glede na proizvedeno toploto. Spre-memba barve pove, kdaj je treba povoj zamenjati.

c) Termokromna barvila lahko pospe{ijo precej{nje di-menzijske spremembe vlaken. Pri vi{jih zunanjihtemperaturah se vlakna, ki vsebujejo termokromnabarvila, skr~ijo. Pri tem se pore v tkanini pove~ajo,kar omogo~i prehod ve~je koli~ine zraka in ohlaja-nje telesa. V mrzlem okolju se vlakna raz{irijo in za-prejo pore, tako da tkanina lahko ~im bolj zadr`i te-lesno toploto.

d) Elektroprevodna vlakna, kot so npr. kovinska vlak-na, prevle~ena s termokromnim barvilom, se podvplivom elektri~nega toka segrejejo in s tem razli~-no obarvajo. Njihova uporaba je primerna za panel-ne zavese �20, 21�, za obla~ila pa manj, ker termo-kromna barvila te`ijo k tvorbi made`ev okrog to-plej{ih delov telesa, kar bi bilo verjetno nesprejem-ljivo za uporabnike.

4.0 ELEKTROKROMIZEM (electrochromism)

Elektrokromizem je reverzibilna sprememba barvezaradi elektrokemi~ne redoks reakcije – oksidacije ozi-roma redukcije. Redoks reakcijo spro`ijo {ibki elektri~-ni tokovi pri napetosti pod enim do nekaj voltov. Pod

TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20 15

Slika 12: Elektrokromizem polianilina v razli~nih reducira-nih oblikah

levko oblika polianilinaRUMENA BARVA

polianilinska solZELENA BARVA

polianilinMODRA BARVA

permigranilin^RNA BARVA

Page 10: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

vplivom elektri~nega toka elektrokromne snovi spre-menijo barvo iz brezbarvne v obarvno obliko, iz enebarve v drugo ali v ve~ razli~nih barv. Primer ve~barv-nega elektrokromizma je polianilin, ki lahko nastopa vrumeni, zeleni, temno modri ali ~rni barvi, odvisno odelektri~nega potenciala (slika 12).

4.1 Tipi elektrokromnih snovi

– anorganski oksidi prehodnih kovin, kot so iridij, ro-dij, rutenij, volfram, magnezij, kobalt...

– prusko modra – Fe (III) heksacianoferat (II); to jeanorganski pigment za barve, lake, tiskarska ~rnila

– kovinski ftalocianini– viologen – 4,4’-dipiridinske spojine– fulereni – C60; tanki filmi fulerena v prisotnosti al-

kalnih kovin kot protiionov spreminjajo barvo iz ru-meno-rjave v srebrno-~rno

– elektroprevodni polimeri: polipiroli, polianilin, poli-tiofen, polifurani, poliarbazoli idr.

4.2 Mehanizmi elektrokromizma

Elektrokromna barvila so bila med prvimi uporablje-na za merjenje elektri~nega toka in napetosti v elek-trokemiji. Elektrokromna barvila spremenijo barvopod vplivom elektri~nega toka, zato so uporabna vtako skonstruiranih elektrokromnih napravah, ki delu-jejo kot baterije. Tak{no elektrokromno napravo se-stavlja elektrokromna katoda, ki je lo~ena z ustreznimtrdnim ali teko~im elektrolitom od nasprotne elektro-kromne anode. Anodo pokriva elektrokromna snov, kiima v oksidiranem stanju enako barvo, kot jo ima dru-ga izbrana elektrokromna snov na katodi v reducira-nem stanju. Shema take elektrokromne naprave je pri-kazana na sliki 13. Po za~etnem zagonu celice s pul-zom elektri~nega toka napetosti nekaj voltov se spro`iredoks reakcija, ki privede do barvne spremembe elek-trokromnega barvila na elektrodah. Redoks reakcija sesama vzdr`uje z malo ali celo brez dodatnega zunanje-ga elektri~nega toka. Ponavadi so elektrode iz prevod-nega stekla, prekrite s polimerom, katerega barva se voksidiranem stanju razlikuje od barve v reduciranemstanju. Glavna podro~ja uporabe elektrokromnih barvil

so avtomobilska ogledala, pametna okna, ki prilagajajovpadlo svetlobo, in vizualni prikazovalniki, ki so kon-kurenca zaslonom LCD. Na tekstilijah so izmed na{te-tih elektrokromnih snovi do sedaj razvili le uporaboelektroprevodnih polimerov.

4.3 Polimeri z lastno elektroprevodnostnjo (intrinsically conducting polymers, ICPs)

Polimeri s konjugiranimi -elektroni, kot so npr. po-liacetilen (PA), polianilin (PANI), politiofen (PTh), poli-pirol (PPY), polifenilenvinilen (PPV), poli-3,4-etilen-dioksitiofen (PEDOT) in {e nekateri (slika 14), imajonizko lastno elektroprevodnost, a ka`ejo nenavadnolastnost velike afinitete do elektronov. Ti polimeri ok-sidirajo ali se reducirajo veliko la`e in hitreje kot na-vadni polimeri. Snovi, ki ionizirajo elektroprevodnipolimer, postanejo protiioni ioniziranemu polimeru.Vplivajo na oksidacijo polimera in delujejo kot nosilcinaboja (charge carriers). Postopek obdelave polimeras tak{nimi snovmi se imenuje dopiranje. Oksidiranielektroprevodni polimeri imajo strukturo delokalizira-nih -elektronov, ki jih obdajajo anioni, to je negativ-no nabiti ioni. Ti kompenzirajo pozitivni naboj poli-merne verige (slika 15). Energijska vrzel med najvi{jo

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

16 TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20

Slika 13: Shema elektrokromne naprave �22�

aluminij

polimer s kromoforno skupino

prosojna prevodnapovr{ina, npr.indij-kositer-oksid

prevodno prosojno stekloSlika 14: Polimeri z lastno elektroprevodnostjo (ICPs): po-liacetilen (PA), polipirol (PPY), politiofen (PTh), polifenilenvinilen (PPV), polianilin (PANI) in poli-3,4-etilendioksitiofen(PEDOT)

PA

PPY

PTh PPV

PANIPEDOT

Page 11: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

zasedeno �orbitalo in najni`jo nezasedeno �orbitalov polimeru dolo~a lastne elektroopti~ne lastnosti poli-mera. Barvo elektrokromnega polimera je tako mogo-~e uravnavati z izbiro ustreznega protiiona oziroma us-trezne snovi za dopiranje. Elektroprevodni polimeripreidejo zopet v slabo prevodno ali neprevodno obli-ko z redukcijo polimera, kjer pride do odstranitveprotiiona in s tem tudi odstranitve strukture delokali-ziranih -elektronov.

Polifenilenvinilen (PPV) in poli-3,4-etilendioksitiofen(PEDOT) sodita med zadnje odkrite ICPs, ki se v dopi-rani obliki odlikujeta po visoki elektroprevodnosti, sta-bilnosti in veliki prosojnosti. Polifenilenvinilen (PPV)je konjugiran polimer z elektri~nimi in opti~nimi last-nostmi, ki so lastne kovinam in polprevodnikom, obtem pa ima mehanske lastnosti in sposobnost predela-ve, podobno plasti~nim materialom. Ta kombinacijaelektri~nih in mehanskih lastnosti je pritegnila znans-tvenike. Poli-3,4-etilendioksitiofen (PEDOT) prevajaelektri~ni tok pri nizkih napetostih in je polprevodnikpri visokih napetostih. Uporaben je za shranjevanje di-gitalnih informacij. Odkrili so ga leta 2003 na Princeto-nu (ZDA).

4.4 Kameleonska vlakna

Tri ameri{ke raziskovalne institucije – Clemson Uni-versity, Georgia Institute of Technology in Furman Uni-versity, ki so povezane v National Textile Center – raz-vijajo elektrokromna vlakna, ki so jih izumitelji poime-novali kameleonska vlakna �22� (slika 16). Vlakna so za-snovana na elektroprevodnih polimerih in molekulah,ki vsebujejo kromofore. Elektroprevodni polimeri sstrukturo {tevilnih konjugiranih dvojnih vezi, ki izelektronevtralnega brezbarvnega stanja v prisotnosti

protiiona oksidirajo v obarvano elektronabito stanje,ka`ejo barvne spremembe v ozkem obmo~ju vidnegaspektra. S kopolimerizacijo s cepljenjem (graft co-polymerisation) prevodnega polimera z molekulami,ki vsebujejo kromoforne skupine, so dosegli, da imajoICPs ve~jo ob~utljivost, in ka`ejo barvne spremembe v{ir{em obmo~ju vidnega spektra. Te molekule s kro-mofornimi skupinami so sposobne spremeniti absorp-cijo svetlobe v vidnem, UV ali IR obmo~ju pod vpli-vom elektri~nega polja. Take molekule, ki se dajo zelomo~no polarizirati, so npr. porfirini in obro~aste por-firinske strukture (slika 17). S kopolimerizacijo tehmolekul na ICPs so odkrili elektrokromne sisteme,ki dinami~no spreminjanjo barve. Uporabili so jih zaizdelavo kameleonskih vlaken (slika 16) ali za nepo-sredno vezavo na tekstilijo (sliki 18 in 19). Ta vlaknapod vplivom stati~nega ali dinami~nega elektri~negaali magnetnega polja lahko hitro spremenijo barvo,barvni ton, barvno globino ali prepustnost svetlobe.

TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20 17

Slika 15: Oksidirana (dopirana) oblika poli-3,4-etilendioksitiofena (PEDOT) s protiionom kot nosilcem elektronov.

Slika 16: Shema kameleonskega vlakna.

jedro – elektroda

transparentna elektroda

elektroprevodni polimer + emisivni polimer s kromoforno skupino

Page 12: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

Njihovo uporabo vidijo v premazih in aditivih, pri tek-stilijah na~rtujejo uporabo na preprogah, zavesah,stenskih tapetah, kamufla`nih obla~ilih, T-shirts, pa-metnih uniformah ipd. Kameleonska vlakna danes {eniso na trgu.

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

18 TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20

Slika 17: Obro~aste porfirinske strukture kot elektrokrom-ni molekulski kromoforji �22�

Slika 18: Shema elektrokromnega sistema: tekstilija (mo-dra barva) – prevodni polimer (svetlo modra barva) – blokkromofornih molekul (rde~a in zelena barva) �23�

Slika 19: Elektrokromni sistem na tekstilnem substratu �24�

tekstilija – substrat

tekstilija – substrat

prevodni polimerni film

prevodni polimerni film

porfirin / Pd katalizator

cmyk

Page 13: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

5.0 Solvatokromizem (solvatochromism, solvationchromism)

Uporaba solvatokromizma na obla~ilih je omejenana redke primere, kot so kopalne obleke, kjer nastopi-jo spremembe barve v stiku z vodo.

Primer uporabe solvatokromizma na tekstilijah jetudi rob~ek, na katerega je nanesen bel pigment TiO2.Rob~ek postane prozoren, ko se zmo~i, podobno kotmokro mle~no bru{eno steklo �25�. Na trgu so tudirob~ki, ki so suhi beli, mokri pa obarvani.

Na tem podro~ju potekajo raziskave solvatokromiz-ma na higienskih izdelkih, in sicer za sanitarne brisa-~e, plenice in vlo`ke. Te impregnirajo s solvatokromni-mi pigmenti, ki v odvisnosti od koncentracije glukozein nitratov v telesnih izlo~kih spremenijo barvo.

Raziskujejo tudi uporabo solvatokromizma za napo-ved za~etka ovulacije, nose~nosti, prisotnost dolo~enihbakterij in virusnih infekcij.

6.0 SKLEP

Barva je za tekstilije izjemno pomembna, saj pravilo-ma odigra odlo~ilno vlogo pri nakupu tekstilij. Izrabafenomenov razli~nih kromizmov se v zadnjem desetletjuzelo hitro {iri na podro~je tekstilij, kjer pa za sedaj {ezaostaja za drugimi podro~ji. Izkori{~anje kromizma natekstilijah daje mo`nost kreiranja barvno aktivnih mate-rialov, ki se odzivajo na okoljske spremembe. Barvnoaktivna vlakna vstopajo na podro~je klasi~ne tekstilneindustrije, kjer pomenijo novo dodano vrednost teksti-lij, po drugi strani pa osvajajo nova podro~ja uporabe,od promocijskih, kamufla`nih, signalizacijskih, varoval-nih idr.: voja{ke »pametne« uniforme, ki se barvno pri-lagajajo okolju, talne obloge, zavese, tapete in modnaobla~ila, inteligentne medicinske tekstilije idr.

Uporaba kromizmov na tekstilijah je {e vedno ome-jena predvsem na fotokromizem, termokromizem insolvatokromizem, v za~etni fazi razvoja je uporabaelektrokromizma na tekstilijah.

Poleg cene je obstojnost fotokromnih in termokrom-nih barvil glavna ovira za njihovo {ir{o uporabo na tek-stilnih materialih, ki so izpostavljeni ponavljajo~emu sepranju. Nekatera od teh barvil so ob~utljiva na vlago,kisik v belilnih sredstvih, pralna sredstva in mehanskoobdelavo. Zato se je bolj kot neposredni nanos na tek-stilije v obliki premazov ali kot neposrednega dodatkav vlakna kot aditiva uveljavila tehnologija mikrokapsuli-ranja. Mikrokapsule iz stekla, se~nine ali melaminfor-maldehida �17� varujejo pred prehitrim staranjem foto-kromnih in termokromnih barvil, ki ob primerno izbra-nem vezivu omogo~ajo `eleno `ivljenjsko dobo izdelka.

1 Fotokromen: ki spreminja svojo barvo pri razli~nih stopnjahosvetlitve: fotokromni materiali; fotokromno steklo. �26�

Fotokromna barvila na trgu

Na podro~ju fotokromnih barvil za tekstilije ima {i-roko ponudbo ameri{ko podjetje SolarActive Interna-tional, ki pod za{~itenim imenom SolarActive™ tr`i fo-tokromna ~rnila, tr`i pa tudi s temi barvili obarvanepreje za vezenje in tkanine, ki jih potiskajo ali tudiobarvajo s fotokromnimi barvili, ter razli~ne izdelkeod obla~il (T-shirts, poro~ne obleke, otro{ka obla~ila)do gumbov, nakita, igra~ ipd. �27�

Podjetje Detco Enterprise iz Severne Karoline (ZDA)prav tako prodaja fotokromna barvila in obla~ila, poti-skana s fotokromnimi barvili �28�.

Ameri{ko podjetje PPG Optical Products �29� je spe-cializirano za proizvodnjo fotokromnih barvil. Tr`i fo-tokromna barvila pod za{~itenim imenom Photosol(Photosol� 0265, 33672, 5-3, 7-106 in 7-49). Barvila sov rde~em, rumenem in modrem barvnem tonu, s kom-binacijo pa je mogo~e dose~i tudi zeleni, rjavi in sivibarvni ton in razli~ne barvne globine. So netopna vvodi. Topna so v organskih topilih in v ve~ini organ-skih polimerov. Primerna so za uporabo na tekstilijah;za varovanje, ki je vidno spektroskopsko ali s posebni-mi instrumenti; za ~rnila za tiskanje s {ablonami; zapremaze laminatov, avtomobilov, industrijskih in ve-soljskih naprav; za opti~ne le~e idr. Nana{ajo jih s ti-skanjem, brizganjem, barvanjem v kopeli ali jih doda-jajo plasti~nim masam kot barvni koncentrat (master-batch), kar je mogo~e tudi pri izdelavi nekaterih sinte-ti~nih vlaken, obarvanih v masi.

VIRI:

�1� Chromic Materials. http://www.tut.fi/units/ms/teva/projects/intelligentt.../chromic.ht �30. 11. 2004�

�2� BOUAS-LAURENT, H. in DÜRR, H. Organic photochro-mism. (IUPAC Technical report.) Pure and Applied Chemi-stry, 2001, vol. 73, no. 4, p. 639-665.

�3� SUH, HJ. et al. The crystalline-state photochromism, ther-mochromism and X-ray structural characterization of anew spiroxazine. Dyes and pigments, 2002, vol. 57, 2002,p. 149–159.

�4� ISO 105-B05:1993 Textiles – Tests for colour fastness –Part B05: Detection and assessment of photochromism.;AATCC Test Method 139-2000: Colorfastness to Light: De-tection of Photochromism.

�5� NEVES, J. et al. Potentialities and limitations of simultane-ous application of flavours, photo and thermochromicpigments. Book of Procedings of the International TextileClothing & Design Conference. Magic World of Textiles.Dubrovnik, October 03nd-06th 2004. Zagreb: Faculty ofTextile Technology University of Zagreb, 2004, p. 911-915.

�6� SCHLECHTE, J. Photochromic systems and their use indata storage. http://www.chem.umn.edu/studsem/ abstract9798/schlechte3398/Abstract.html �30. 11. 2004�

TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20 19

Page 14: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje …tekstilka.weebly.com/uploads/6/0/6/9/6069199/2005_barvno... · 2018. 10. 8. · pomeni fotokemi~ni prehod barvila

�7� SHAH, RB. Photochromic dyes and photochromic pheno-mena on textile and leather.http://www.tex.hw.ac.uk/ResearchSemminars/html/seminars1.htm �12.11.2004�

�8� VIKOVÁ, M. Visual assesment UV radiation by colourchangeable textile sensors. V AIC 2004 Color and Paints,Interim Meeting of the International Color Association;Porto Alegre, Brazil, November 2-5, 2004.

�9� VIKOVÁ, M. UV sensible sensors based on textile fibres.http://centrum.vslib.cz/sekceB/publikace/2003/3331.pdf�30. 11. 2004�

�10� VIKOVÁ, M. Textile photo chromic sensors for protectivetextile. V 5th International Conference TEXSCI 2003 Textile Science 2003, June 16 – 18, 2003, Liberec, CzechRepublic.http://www.ft.vslib.cz/english/news/ts2003/schedule.doc�30. 11. 2004�

�11� Photochromic liquid crystal. http://www.aist.go.jp/NIMC/overview/v21.html

�12� TOWNS, A. The Heat is on for New Colours. JSDC, 1999,vol. 115, no. July/Auvgust, p. 196-198.

�13� IUPAC Compendium of Chemical Terminology.(http://www.iupac.org/publications/compendium/index.html �25. 01. 2005�

�14� COATES, D. et al. Thermochromic liquid crystalline me-dium. US Patent No. 6,660,345 B2, 9. Dec. 2003.

�15� What are Twisted and Chiral Liquid Crystals?http://www.fys.ruu.nl/~meppelnk/pola/twist.html�30. 11. 2004�

�16� DynaColor. Material safety data. Chromatic TechnologyInc. http://www.ctiinks.com/tech/docs/pdf/MSDS/MSDSScreenTextile.pdf �30.11.2004�

�17� AITKEN, D. et al. Textile applications of thermochromicsystems. Review of Progress in Coloration, 1996, vol.26, p. 1–8.

�18� New fibers. Second edition. Uredila T. Hongu in G. O. Phil-lips. Cambridge : Woodhead Publishing, 1997, p. 56–58.

�19� NELSON, G. Application of microencapsulation in textiles.International Journal of Pharmaceutics, 2002, vol. 242,p. 55–62.

�20� ORTH, M. et al. An Electronically controllable, visuallydynamic textile, fabric or flexible substrat. U.S. Patent Ap-plication Serial No. 10/455,683.

�21� Electric plaid. http://www.ifmachines.com/company.html�30. 11. 2004�

�22� GREGORY, RV., TIMOTHY, H. and SAMUELS, RJ. Chame-leon fibers: color tunable molecular & oligomeric devices.http://www.p2pays.org/ref/04/03831.htm �30. 11. 2004�

�23� Surface mounting of chromophores.http://alpha.furman.edu/�hanks/ntc/Surface1.html�25.01.2005�

�24� Surface mounting of chromophores.http://alpha.furman.edu/�hanks/ntc/Surface3.html?26,17�25. 01. 2005�

�25� New fibers. Second edition. Uredila T. Hongu in GO. Phil-lips. Cambridge: Woodhead Publishing, 1997, p. 58–59.

�26� Slovar slovenskega knji`nega jezika. Prva knjiga A-H.Ljubljana : Dr`avna zalo`ba Slovenije, 1987, str. 648.

�27� SolarActive™ International.http://www.solaractiveintl.com/ �30. 11. 2004�

�28� Thermochromic T-shirt. Photochromic T-shirt. Detco En-terprise. http://www.designinsite.dk/htmsider/r3302.htm�30. 11. 2004�

�29� Photosol Photochromic Dyes.http://www.corporate.ppg.com/PPG/opticalprod/en/photosol/default.htm �30. 11. 2004�

Prispelo/Received: 11-2004; sprejeto/accepted: 01-2005

doc. dr. Tatjana Rijavec: Barvno aktivne tekstilije – kromizem ali reverzibilno spreminjanje barve

20 TEKSTILEC, 2005, let. 48, {t. 1-3, str. 7–20