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在化验室和车间老师傅都知道,我们的面料经过丝光或浓碱处理后,染色后的颜色会更深一些。这是什么原因呢?其实,这里还涉及到可见光与纺织品的知识,本篇文章节选宋新心远教授的《新型纤维与织物染整》一书,希望大家可以耐心读下去。

 

可见光与纺织品的作用概述

一、颜色的起因

自然界色彩缤纷,从蓝天、彩虹到五颜六色的花草、矿物和动物,颜色丰富多彩,真是万紫千红。颜色是可见光对人们视觉神经产生的反映。即一定波长的可见光,产生一定的颜色反映,颜色只是人的一种视觉感觉。 

 

 

1.颜色产生的原因

产生或发射可见光有多种多样的方式,因此颜色的起因也就多种多样。Nassau将颜色的起因大致分为以下五种类型: 

(1)电子的振动和简单激发:例如火焰、闪电、极光以及碘等的颜色效应,其中大部分属高温等离子体发射。

(2)电子配位场效应的跃迁:红宝石、祖母绿、绿松石以及各种金属络合染料(或颜料)中的金属络合颜色效应都属此类。

(3)电子在分子轨道间的跃迁:绝大多数有机染料(或颜料)和一些无机物(蓝宝石)的颜色效应属此类。

(4)电子在能带中的跃迁:有色金属(金、银、铜和铁)、半导体以及色心(紫晶、烟水晶)的颜色效应属此类。

(5)几何和物理光学效应:色散折射、散射、干涉和衍射的颜色效应。在这五种起因中,甚少可进一步细分为十五种。 

 

2.纺织品显色的原因

纺织品显色(包括染色和其他方式着色)属于光与大块固体物质的相互作用。使纺织品产生颜色有多种途径,目前主要是通过施加有色物质(吸附染料或固着上颜料)来产生颜色。

而且研究纺织品的颜色主要是立足于色素的分子结构,即染料或颜料分子结构与吸附光谱的关系,例如它们在水溶液或有机溶液中的吸收光谱。

严格地说,这种吸收光谱并不能完全反映纺织品的颜色,因为着色的纺织品的颜色不仅取决于染料和颜料的分子结构,还包括以下一些因素: 

(1)染料或颜料在纺织品上的吸附或固着状态。例如是单分子吸附层或是多分子吸附层;是聚集体或是结晶体,聚集体或结晶体的结构和大小;是分布在纤维表面或是纤维内部等。

(2)纤维的结构和形态。不同化学结构的纤维对光的吸收、反射等作用不同;不同纤维的超分子结构不同,对光的作用也不同,分子取向度、结晶度和结构体大小不同,对光的反射、散射、干涉等不会相同;不同纤维的形态结构不同,对光的作用不同。纤维粗细、表面积大小、不同截面形状和纤维中存在空穴、裂纹不同,都会影响纤维对光的作用,特别是会改变纤维的物理和几何光学效应。

(3)纤维上的施加物质不同,对光的作用不同。除了染料或颜料外,纤维上通过吸附或粘着还会施加许多其他物质,例如各种表面改性剂,特别是增深、增亮、反光以及各种成膜物质,会明显改变纤维对光的作用。由上述可知,作为一种着色体,纤维的颜色仅从染料或颜料分子结构来研究是不够的,而应该从多方面来考虑,包括着色纤维对光的吸收、发射和几何与物理光学效应。

 

二、可见光与纺织品的作用途径和方式

当一束光与纺织品发生相互作用时,至少会发生如图3-1所示的几种作用方式。

 

 

1.反射和漫反射

光照到纤维表面后会发生反射,与纤维表面十分光滑时,发生镜面反射,在一定方向产生很强的反射。但是纤维表面不是绝对平整光滑的,有一定的粗糙程度,所以还会发生一定程度的漫反射(图3-1中未表示出)。

从光与纤维的作用来看,镜面反射与纤维作用很弱,而漫反射则作用较密切,并会显现一定的颜色,因为漫反射光是光进入到纤维内一定深度后,发生散射而反射出纤维的,特别是纤维中的染料对光发生选择吸收后。漫反射光主要是吸收光的互补光,有很强的颜色效应。

染料对光的吸收主要发生在纤维内部,但一些情况下,当染料,特别是涂料中的颜料,主要处在纤维表面,此时不仅发生简单的反射,而且还发生吸收和漫反射。当纤维表面存在涂层、固体颗粒和各种整理剂时,光与纤维在表面的作用更加复杂,这将在后面讨论。

 

2.吸收、散射和透射

纤维可看成是半透明物体,部分光可进入纤维内部,在内部主要发生吸收、散射或发射荧光。吸收主要由染料和光发生互相作用,即发生选择吸收,互补光被漫反射或透过纤维,使纤维呈现颜色,未被吸收的光则在纤维内部发生散射,部分光也透射出来。

 

有荧光物质存在时,纤维吸收光后(主要是紫外线)发射出荧光,通过漫反射或透射,使纤维呈现荧光。纤维内对光的吸收、散射是交替多次发生的。纤维的不同超分子结构(结晶区和无定形区)对光的作用是不同的。

 

 

 

形态结构以及纤维内的空隙和空洞,例如棉等纤维的胞腔或原竹纤维的微孔,都会增加光在纤维内部的散射,使颜色变淡,而经过丝光或浓碱处理后,胞腔或微孔变小或消失,将会减少光在纤维内部的散射,使颜色变浓,所以说,棉织物的丝光增加颜色深度(或浓度),不仅是由于增加了纤维的无定形区,使染料上染增加,还与纤维的超分子结构和形态结构变化有关。值得注意的是,目前出现的一些多组分复合纤维,例如大豆、蚕蛹蛋白纤维等,在纤维内两种组分的界面上也存在较显著的反射或散射,并会使织物颜色变淡和不鲜艳。

 

3.折射和偏振

光折射和偏振大小取决于光在空气和纤维内的传播速度。折射角度大小和纤维的折射率有关。在光从纤维内透射出来时还会发生内反射,由于是从紧密组织的纤维透射到稀松的空气介质,内反射强度较入射时的反射要弱得多。

由于光在纤维内传播的速度不仅和纤维的折射率有关,还与光的波长有关,所以透射出的光有可能产生一定的色散作用,使反射光的颜色与透射光的颜色稍有不同,波长长的光透射强,反之弱。产生不同程度的色散会改变透射光的颜色。由于纤维是各向异性的,在不同方向有不同的光学性质,即多向色性,所以纤维对光不仅会发生反射、漫射、散射、吸收和折射,还会发生偏振、干涉和衍射。

又由于纺织品是一种多纤维的集聚体,加上纱线和织物组织结构不同,所以纺织品的光学性质很复杂,它们的变化会直接影响纺织品的颜色。我们可以从几何和物理光学,即反射、散射、折射、偏振、干涉和衍射作用来讨论光对纺织品颜色的影响,分析实现结构生色的途径和控制颜色的方法。

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