彩色水性聚氨酯的合成制备及其光吸收特性研究

通过对有机小分子发色团进行包括反应后发色体颜色不变化、发色体颜色发生变化以及先合成出发色团再进行制备的三种改性反应合成出可发红黄蓝三原色的二元醇。利用已掌握的水性聚氨酯（WPU）合成技术，将三原色二元醇作为扩链剂并按一定组合方式分别接入到分子链中，得到可发红黄蓝三原色的WPU乳液。采用三原色乳液的共混组合，制备出在可见光频率范围分布的彩色水性聚氨酯树脂。通过红黄蓝三原色二元醇的线性组合，在一个分子链中一次接入2-3种有色二元醇，研究制得的WPU的紫外-可见光吸收特性，再与按同样比例的单一有色二元醇分别接入分子链得到的WPU再形成的共混物光吸收特性比较，研究有色二元醇、有色水性聚氨酯的光吸收特性与发色体发色机理之间的内在规律。将自制的含双羟基官能团的硅-、氟-、硅氟-聚醚二元醇等分别接入到有色水性聚氨酯分子链中，结合结构与性能的测试分析，获得具有多种功能特性的彩色水性聚氨酯树脂。

开展了彩色水性聚氨酯的合成制备及其光吸收特性的研究。在合成出蒽醌类红色1,5-双（2-羟乙基胺）蒽醌-9,10-二酮、蓝色1,4-双（2-羟乙基胺）蒽醌-9,10-二酮和黄色1,5-双（2-羟乙基氧）蒽醌-9,10-二酮三原色二元醇的基础上，以此作为扩链剂，分别合成出红色、蓝色和黄色三原色水性聚氨酯乳液。发现相比于其各自的单色二元醇，紫外可见光谱（UV-Vis）的最大吸收分别产生3nm、12nm、4nm的蓝移。将三原色乳液按不同比例共混制备出了颜色按一般红橙黄绿青蓝紫那样在可见光频率范围内连续分布的彩色水性聚氨酯树脂，成膜后得到系列的彩色水性聚氨酯材料。材料的各方面性能如热性能、机械性能和耐水性能等都可根据实际需要通过调节树脂合成时的原料比例进行控制。将三原色二元醇按单组分、二组分、三组分组合后作为扩链剂，并按不同组分比例接入聚氨酯分子链中制得组合二元醇型水性聚氨酯。发现组合二元醇型水性聚氨酯乳液的UV-Vis吸收特性仅为单一组分原色二元醇形成的水性聚氨酯乳液以及物理共混乳液UV-Vis吸收的按组分比例的线性叠加。不管发色团处于何种微环境，其UV-Vis吸收峰的位置只发生少量的蓝移或红移，吸收峰强度仅随发色团的浓度增大或减小，光吸收峰特性与乳液表观呈现的颜色并无直接的关系。合成出一种新型的黄色且具有荧光特征的可作为聚氨酯硬链段组分使用的二异氰酸酯3,6-di(hexamethylene urethano)spiro[xanthene-9,3’-phthalide] diisocyanate。为使彩色水性聚氨酯颜色更加艳丽，进一步合成制备出包括桃红色、紫色、黄绿色、蓝色在内的兼具颜色与荧光的二元醇及其相应的水性聚氨酯树脂；合成制备出四原色之一的黑色以及具有荧光增白功能的水性聚氨酯树脂。合成制备出具有对称结构的系列有色荧光型二元醇、有色偶氮型二元醇及其有色荧光型水性聚氨酯。研究发现，荧光发色团在被化学键入水性聚氨酯分子链后，呈现出典型的荧光增强效应。在发色团浓度相同的情况下，不仅形成的水性聚氨酯荧光强度相比小分子的显著增强，而且水性聚氨酯的荧光更加稳定。