有机可逆热致变色材料微胶囊的制备及性能研究

发布时间：2020-07-06 08:13

【摘要】：荧烷作为第三代热敏染料,已成为热致变色材料的主体。由荧烷为隐色体组成的有机可逆热致变色材料已经在防伪、示温、纺织及日常生活等各个领域得到了广泛应用。采用微胶囊技术对有机可逆热致变色材料进行包覆能够解决其热稳定性和耐酸碱性较差等问题,大大拓宽了有机可逆热致变色材料的应用领域。首先,本文以间二乙胺基苯酚和邻苯二甲酸酐为原料合成了一种重要的荧烷热敏染料中间体2-羧基-4-二乙胺基-2-羟基二苯甲酮(KETO),收率为69.8%;以KETO和对羟基二苯胺为原料,在浓硫酸为催化剂和脱水剂的作用下,合成了2-苯胺基-6-二乙胺基荧烷(热敏绿),收率为55.1%;以邻苯二甲酸酐和间甲氧基苯酚为原料,在对甲苯磺酸催化下一步缩合得到了3,6-二甲氧基荧烷(热敏黄),收率为45.8%。其次,以热敏绿-双酚AF-十二醇组成的三组分复配物为芯材,脲醛树脂为壁材,采用原位聚合法制备了有机可逆热致变色材料微胶囊。通过对微胶囊的形貌、粒径大小和分布的分析,得出制备微胶囊的最佳工艺条件为:乳化速度为2000 rpm,乳化时间为30 min,乳化剂浓度为3%,乳化剂用量为芯材的5倍;微胶囊的变色温度为16℃,变色区间为12~26℃,且具有很好的变色循环性;有机可逆热致变色变色复配物经过微胶囊化包覆后,大大提高了其热稳定性和室温贮存性,以及耐溶剂和耐酸碱性。然后,通过原位聚合法制备了纳米SiO_2改性脲醛树脂/十二醇微胶囊,探讨了各种因素对微胶囊渗透率的影响,得出微胶囊的最佳制备条件为:芯壁比为1:2、固化终点pH=1.5~2、NH_4Cl和PVA用量分别为5%和4%、纳米SiO_2含量为3%。制备的微胶囊为光滑的规则球形,粒径为1.85~5μm,芯材含量为79.3%,包封率为62.5%,相变潜热为148.4J/g。纳米SiO_2改性的微胶囊与同样工艺条件下制备的未改性微胶囊相比,其渗透率降低了45.9%。最后,以热敏绿-双酚AF-十二醇组成的三组分复配物为芯材,采用界面聚合法制备了有机可逆热致变色材料微胶囊,并优化了工艺条件。制备的微胶囊变色性能良好,但分散性较差,还有待进一步优化制备工艺,以提高微胶囊的分散性。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34
【图文】：

吸收光谱,变色机理,碳原子

图 1-2 荧烷染料的变色机理Figure 1-2 Discoloration mechanism of fluorane dye对于左边的无色荧烷分子，由于中心碳原子成环构成 SP3杂化的四面体结构，分子不在同一平面上，不能构成一个共辄体系，因此呈现无色态。由于其中心碳原子具有一定的亲电子性，与显色剂反应后，在溶剂存在下，显色剂（如羧酸类、酚类、路易斯酸等）接受电子后解离出 H+，进而进攻荧烷的中心碳原子，使其内酯环断裂，中心碳原子由 SP3杂化态转变为 SP2杂化的平面构型，形成一个大的共辄结构，导致其发射和吸收光谱发生变化，形成右侧的醌式结构，从而呈现出不同的颜色[49-51]。1.2.2 荧烷染料的研究进展与其他染料相比，荧烷染料具有以下显著优点：（1）稳定性好；（2）灵敏度高；（3）发色密度大；（4）在荧烷母体上引入不同取代基团可得到不同颜色的染

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相对低分子量的预聚物，当预聚物尺寸逐步增大后，沉积在芯材物质的表面，由于交联及聚合的不断进行，最终形成固体的胶囊外壳，所生成的聚合物薄膜可覆盖芯材液滴的全部表面。其原理示意图如图1-4所示。原位聚合法操作易于掌握，反应易于控制，成本低，适合工业化生产，是目前制备有机可逆热致变色材料微

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图 1-5 界面聚合法制备微胶囊的原理示意图re 1-5 The schematic of microcapsules prepared by interfacial poly等[83]以聚氨酯为壁材，采用界面聚合法分别制备了三微胶囊，研究了二苯甲酮、苯甲酸苯酯和苄基苯基醚度和对比度的影响。结果表明，以苯甲酸苯酯为溶剂颜色变化最灵敏，与未包覆的芯材相比，微胶囊的稳提出及意义第三代热敏染料，已成为热致变色材料的主体。在我国术等原因，目前市面上能购得的荧烷染料主要是热敏部分需要进口，成本较高，因此自己合成所需的荧烷染荧烷为隐色体组成的有机可逆热致变色材料已经在防

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