染料超分子聚集体形成机理研究及新型纳米色素的制备

随着彩色印刷等行业对着色剂的使用要求越来越高，对于制备粒径分布均匀、水分散性好、色彩丰富、色强度高、耐光牢度高、耐候性好的高性能着色剂的相关研究引起了科学及相关工业领域的关注，其中，通过有机-无机杂化，层层自组装及异相乳液聚合等方法将染料作为客体（guest）封装于有机或无机载体（host）中，形成染料/聚合物（无机壳层）复合材料成为制备高性能新型纳米色素的有效方法。本项目针对目前新型纳米色素制备的研究现状所存在的包覆效率低、壳层材料单一等问题，采用改进的细乳液聚合法制备染料/聚合物新型纳米色素，探讨了聚合过程中染料分散情况、引发剂种类、表面活性剂种类及功能单体的引入对于制备过程的影响，以期得到形貌及功能多样化、高性能的新型纳米色素，并从染料聚集行为的研究入手，分析色素制备过程中的相关机理。

本课题分别采用细乳液聚合的方法及细乳化/溶剂蒸发的方法制备了染料/聚合物复合功能纳米色素。在采用细乳液聚合法制备纳米色素的过程中，克服了前期研究及其它研究团队相关研究中所存在的问题，通过添加功能单体，制备出表面带有功能基团的染料/聚合物复合纳米色素。选用了十六烷（HD）及甲基异丁酮（MIBK）两种不同的疏水物质作为助稳定剂，分析了助稳定剂种类及用量对聚苯乙烯/丙烯酸共聚物颗粒形貌的影响。TEM观察发现，当单体用量与助稳定剂质量比为1：1时，可得到大量具有空心结构的粒径为100nm左右的乳胶粒子。采用MIBK作为助稳定剂制备的纳米胶囊可作为载体封装油溶性染料以合成染料/共聚物复合纳米色素，并表现出较好的光稳定性能。针对前期细乳液聚合法合成复合纳米色素过程中存在的问题，参照项目任务书，对制备过程进行了改进，第二阶段主要采用细乳化/溶剂蒸发法制备溶剂型染料/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合纳米色素。系统分析了不同实验参数，包括表面活性剂浓度、聚合物浓度、染料装载量及超声时间对所制备的染料/聚合物复合色素形态的影响。结合TEM观察、X-射线光电子能谱（XPS）及元素分析，发现借助MESE法制备染料/PMMA复合色素纳米颗粒具备核壳异质的微观结构。借助紫外-可见分光光度计测试了溶剂型染料经包覆后在水油两相的迁移过程，其随着聚合物溶解所发生的动态变化证实了染料已封装于聚合物壳内。所制备的染料/聚合物复合纳米色素表现出优异的光学稳定性能、存储稳定性能及耐水牢度。此外，本课题还对荧光染料罗丹明在不同溶剂诱导条件下不同形貌及结构聚集体的机理进行了理论阐释。