第五章 功能性染料.ppt

1、第五章 功能性染料,功能性染料的分類和用途,功能性染料的分類和用途,5.1 光致變色色素,光致變色現(xiàn)象指的是物質(zhì)（有機(jī)分子或無極分子）受到光照射后，其最大吸收波長（或反射光的波長）發(fā)生變化的現(xiàn)象。具有這種性質(zhì)的物質(zhì)稱為光致變色材料或光致變色色素。,光致變色材料的應(yīng)用,光致變色色素加入透明樹脂中，制成變色材料，可以用于太陽眼鏡片、服裝、玩具等 用光致變色色素制成防偽油墨 光信息存儲（可擦式光盤、CD-E） 分子開關(guān)，應(yīng)用于光電技術(shù)和光控裝置中,5.1 光致變色色素,5.1.1 光致變色色素的分類,（1）由共軛鏈變化導(dǎo)致的光致變色色素,螺吡喃類,螺噁嗪類,聯(lián)吡啶類,（1）由共軛鏈變化導(dǎo)致的光致變色

2、色素,氮丙啶類,噁嗪類,（2）由順-反結(jié)構(gòu)變化引起的光致變色色素,硫靛類,偶氮類,（3）由分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生顏色變化的光致變色色素,西夫堿類,呫噸酮類,（4）由開環(huán)-閉環(huán)反應(yīng)引起變色的光致變色色素,俘精酸酐類,芳香稠環(huán)化合物類,（5）由加氧-脫氧反應(yīng)引起變色的光致變色色素,（6）由光氧化-還原反應(yīng)引起變色的光致變色色素,三芳二吡嗪類,四氯萘酮類,（7）由均裂反應(yīng)引起變色的光致變色色素,幾種光致變色材料,一、俘精酸酐,俘精酸酐是芳取代的二亞甲基丁二酸酐化合物的統(tǒng)稱其分子通式可表示為：,幾種光致變色材料,幾種光致變色材料,二、吲哚啉苯并螺噻喃,螺吡喃,螺噻喃,螺噁嗪,幾種光致變色材料,三、偶氮化臺

3、物,5.2 熱致變色色素,示溫材料、絲網(wǎng)印刷和凹版印刷用油墨（如各種薄膜、標(biāo)簽、包裝物、日用品、玩具等需要隨溫度變色制品的印刷）,熱致變色現(xiàn)象是指某些物質(zhì)在受熱或受冷時所發(fā)生的色變。具有熱致變色特性的物質(zhì)成為熱致變色材料。,熱致變色材料的應(yīng)用主要有：,5.2 熱致變色色素,1、晶型轉(zhuǎn)變：,無機(jī)熱致變色材料的變色機(jī)理主要有：,5.2 熱致變色色素,5.2 熱致變色色素,2、熱分解分子結(jié)構(gòu)改變機(jī)理,含有內(nèi)結(jié)晶水的Cu、Co、Ni等的無機(jī)鹽類可逆熱致變色材料的變色主要是由物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變引起的，即物質(zhì)被加熱到一定溫度時失去結(jié)晶水而引起顏色變化，當(dāng)冷卻時其重新吸收環(huán)境中的水汽，逐漸恢復(fù)到原來的顏色。

4、這類可逆熱致變色材料受熱后變色快，但顏色復(fù)原需要較長的時間和較高的相對濕度，受環(huán)境影響較大。,5.2 熱致變色色素,3、分子間化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,該機(jī)理亦可稱之為“電子得失機(jī)理”，即發(fā)生分子間的化學(xué)反應(yīng)，電子在不同的組分中轉(zhuǎn)移引起氧化還原型的變化，從而導(dǎo)致顏色的改變。,5.2 熱致變色色素,4、配位幾何構(gòu)型變化機(jī)理,大多數(shù)金屬配位化合物的變色機(jī)理是配位幾何構(gòu)型變色，其變色主要是由電子躍遷引起的。 如(CH3)2CHNH3CuCl3受熱后配位數(shù)由5變?yōu)?，引起構(gòu)型由平面錐型變?yōu)殡p錐型。,5.2 熱致變色色素,液晶是介于固態(tài)與各向同性液態(tài)之間的中間態(tài)物相，即為三維有序的空間結(jié)構(gòu)和各向同性的均質(zhì)熔融物質(zhì)。

5、熱致液晶是指由溫度變化所引起的，并且只能在一定溫度范圍內(nèi)存在的晶態(tài)物質(zhì)。 液晶類可逆熱致變色材料具有層狀結(jié)構(gòu)，分子長軸在層內(nèi)相互平行，但鄰近分子層之間分子軸方向有偏移，因而形成螺旋結(jié)構(gòu)，其周期性的層間距稱為螺距，溫度變化會使螺距發(fā)生變化，而不同的螺距會反射不同波長的光，從而顯示出顏色變化。大多數(shù)膽甾液晶的螺距對溫度都有很強(qiáng)的依賴性，只要溫度稍微變化，選擇散射光波長就會有很大變化。,液晶類可逆熱致變色材料及其變色機(jī)理,5.2 熱致變色色素,有機(jī)類可逆熱致變色材料主要由電子給予體(發(fā)色劑)，電子接受體（顯色劑）、溶劑三部分組成，其中決定顏色的是電子給予體，決定顯色深淺的是電子接受體，溶劑則決定變色

6、溫度。 變色機(jī)理： 通常情況下電子給予體和電子接受體的氧化還原電位接近，當(dāng)溫度變化時，二者氧化還原電位相對變化程度不同，使氧化還原反應(yīng)的方向隨著溫度的改變而改變，通過電子的轉(zhuǎn)移而吸收或輻射一定波長的光，表觀上便有了顏色的變化。,有機(jī)類可逆熱致變色材料及其變色機(jī)理,5.2 熱致變色色素,5.2 熱致變色色素,目前研究和開發(fā)的發(fā)色劑種類比較多，根據(jù)有機(jī)化合物的命名可將其分為：三芳甲烷類、熒烷類、吲哚啉苯酞類、吩噻嗪類、螺吡喃類、席夫堿類、螺環(huán)類、雙蒽酮類等，而現(xiàn)階段對三芳甲烷類和熒烷類發(fā)色劑的研究和開發(fā)最多。,發(fā)色劑,5.2.2 有機(jī)熱致變色材料,三芳甲烷類熱致變色色素,無色,藍(lán)色,分子體系中的一

7、個碳原子由sp3雜化態(tài)轉(zhuǎn)為sp2雜化態(tài)，使原先被隔開的體系轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾拇篌w系，進(jìn)而使化合物改變顏色。,熒烷類熱致變色色素,5.2.2 有機(jī)熱致變色材料,顯色劑是引起熱變色的有機(jī)化合物，它接受發(fā)色劑提供的電子而產(chǎn)生顏色反應(yīng)。 顯色劑主要分為無機(jī)類和有機(jī)類： 無機(jī)類主要是一些酸性白土或活性白土以及高嶺土、鋁鎂硅酸鹽類。 常用有機(jī)類顯色劑主要有：酚羥基化合物及其衍生物，如雙酚A、對羥基苯甲酸芐酯、4-羥基香豆素等；羧基化合物及其衍生物，如己酸、辛酸、硬脂酸、對苯二甲酸及一些可以提供質(zhì)子的路易斯酸等。,顯色劑,5.2.2 有機(jī)熱致變色材料,溶劑又被稱之為“溫度調(diào)節(jié)劑”，是一系列調(diào)節(jié)溫度變化的有機(jī)化合物

8、，其決定可逆熱致變色材料的變色溫度。如果要調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)變色溫度，可改變所用的溶劑。溶劑的熔點(diǎn)對熱致變色材料的變色溫度具有決定作用，但不影響顏色變化。,溶劑,5.2.2 有機(jī)熱致變色材料,5.3 有機(jī)電致變色色素,無機(jī)電致變色色素主要是過渡金屬氧化物（氧化鎢、氧化鎳、氧化鈷等）絡(luò)合物、普魯士藍(lán)等； 有機(jī)電致變色色素根據(jù)分子量的大小又可分為有機(jī)小分子電致變色材料和高分子電致變色材料。,電致變色現(xiàn)象是指在外接電壓或者電流的驅(qū)動下，物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)而引起顏色變化的現(xiàn)象。具有電致變色特性的物質(zhì)成為電致變色色素。 電致變色色素可分為無機(jī)變色色素和有機(jī)電致變色色素。,有機(jī)電致變色色素的特性,1、顏色變

9、化的可逆性、方便性、靈敏性、多色性； 2、顏色深度的可控性； 3、顏色的記憶性； 4、電致變色材料的驅(qū)動電壓低； 5、顏色環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。,電致變色色素的應(yīng)用,電致變色顯示器 電致變色智能窗玻璃 無眩反光鏡 電致變色存儲器件,5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類,5.3.2.1 有機(jī)小分子電致變色色素,1、紫羅精及其衍生物類,2、蒽醌類,5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類,3、金屬酞菁類,4、芳香胺類,5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類,5、氮雜環(huán)衍生物類,6、熒烷類,5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類,7、螺吡喃類,8、六芳基乙烷衍生物類,5.4 電致發(fā)光材料,電致發(fā)光現(xiàn)象是某些物質(zhì)受到外界電場的作用下

10、而將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的現(xiàn)象。具有這種性能的材料稱為電致發(fā)光材料。,新型的電致發(fā)光材料，具有能耗低、易彎曲、響應(yīng)速度快，視角廣、可大面積顯示、發(fā)光色彩齊全、可與現(xiàn)有各種技術(shù)兼容等優(yōu)點(diǎn)。,5.4 電致發(fā)光材料,5.4 有機(jī)電致發(fā)光的原理及器件結(jié)構(gòu),發(fā)光原理：,5.4 有機(jī)電致發(fā)光的原理及器件結(jié)構(gòu),5.4 電致發(fā)光材料,從目前的研究成果來看,作為有機(jī)電致發(fā)光器件核心的發(fā)光材料可分為以下4類:,1、小分子有機(jī)染料：,這類材料具有高的熒光效率,并且可以通過真空沉積法成膜,但是成膜后容易結(jié)晶,有時甚至易于其它的有機(jī)材料形成激基復(fù)合物,因此這類材料的單獨(dú)應(yīng)用比較少。,2、金屬絡(luò)合物：,其中典型的可以8-羥

11、基喹啉絡(luò)合物(Alq3)為代表,還有現(xiàn)在研究比較多的一些稀土元素的絡(luò)合物，這類材料的性質(zhì)介于無機(jī)和有機(jī)之間。它們除可作為EL的發(fā)光材料外，還可作為電子傳輸材料。,3、有機(jī)聚合物材料：,典型的以聚對苯乙烯類(PPV)為代表,這類材料是目前研究最多的電致發(fā)光材料,它們具有如下特點(diǎn):1具有良好的加工性能,可制成大面積薄膜; 2具有良好的電、熱穩(wěn)定性;3其共軛聚合物電子結(jié)構(gòu)、發(fā)光顏色可在合成過程中進(jìn)行化學(xué)調(diào)節(jié)。,4、有機(jī)磷光材料：,有機(jī)磷光材料是很有競爭力的發(fā)光材料，有廣闊的應(yīng)用前景，他的研究應(yīng)該說方興未艾。主要的磷光材料是卟啉類和重金屬銥的配合物兩種。,5.4 電致發(fā)光材料,5.5 光盤用色素,1、

12、光盤的類型：,CDROM： read only memory,CDWORM：write once read many,CDRW： Rewritables,CD：compact disc,只讀：,可寫：,5.5 光盤用色素,2、CD-R光盤的用途：,5.5 光盤用色素,3、CD-R光盤的結(jié)構(gòu)：,5.5 光盤用色素,4、CD-R光盤的結(jié)構(gòu)及記錄原理：,保護(hù)層：,反射層：,記錄層：,基盤：,由聚碳酸酯經(jīng)注塑成型,刻有螺旋溝槽。,利用旋轉(zhuǎn)涂布法均勻涂上一層染料,利用真空濺射法鍍上一層金或銀作為反射層,保護(hù)膜，一般涂一層清漆,激光燒蝕形成的凹坑,780nm激光器,5.5 光盤用色素,4、CD-R光盤的結(jié)構(gòu)及記錄原理：,5.5 光盤用色素,5、CD-R光盤的生產(chǎn)過程：,染料溶液配制,旋涂和洗邊,反射層保護(hù)層,5.5 光盤用色素,6、CD-R光盤染料的要求：,在溶劑中（尤其是在醇中）的溶解度好，便于加工 制成的膜能吸收激光光源，有高的記錄靈敏度