新型光敏变色纤维的制备及变色机理研究

光敏变色纤维是一类新型智能材料，可用于民用、安全、防伪和军事等领域。目前已制备的光敏纤维尚存在缺点：耐高温、耐光牢度不理想，反复使用性和稳定性较差，发色褪色速度缓慢等。针对这些问题，本文旨在设计合成热、光稳定性好，耐疲劳性强，对纤维亲和力高的光致变色染料，主要是带有羧基、磺酸基等活性基团的两类新型俘精酸酐衍生物，再通过染色印花加工工艺将这两类染料以共价键连接在纤维分子的主链或侧链上，使纤维本身具有光致变色特性，且变色性能优良、纤维性能不受影响；并通过研究纤维微结构、变色染料结构、染料和纤维间相互作用力、染料在纤维微结构中的形态等因素研究光敏变色纤维的性能及变色机理，以期制备出性能优良的光敏变色纤维。

吲哚取代俘精酸酐光致变色化合物具有良好的热稳定性和抗疲劳性能，在制备光致变色纺织品方面具有潜在的应用价值。该项目主要是致力于光敏纤维的制备研究，具体研究结果如下：1、在设计合成俘精酸酐光致变色化合物时，先以2-甲基吲哚和3-甲基吲哚为原料通过N-烷基化反应、Vilsmeier-Haack反应、Friedel–Crafts酰基化反应合成10余种2-甲基-吲哚醛酮和3-甲基-吲哚醛酮中间体。2、以合成的3-甲基吲哚醛酮化合物与亚异丙基丁二酸二乙酯进行Stobbe缩合反应合成4个吲哚取代俘精酸酐化合物，其中2种醚基取代的俘精酸酐未见文献报道。对所合成的4个吲哚取代俘精酸酐的光致变色性能、热稳定性、抗疲劳性等性质进行比较分析，结果表明这4个俘精酸酐化合物均呈现良好的光致变色性能，热稳定性和耐疲劳性。吲哚环1位氮上的甲基被甲氧基乙基取代、吲哚环与酸酐环连接的亚甲基上的氢原子被甲基取代后，均能使4种俘精酸酐成色体-消色体的最大吸收波长差增大，而使C式成色体的荧光量子产率降低；吲哚环与酸酐环连接的亚甲基上的氢原子被甲基取代后，提高了φE-C和φC-E量子产率。由于不易溶于水,且水解稳定性差,4种俘精酸酐化合物均无法上染到棉纤维上。3、将合成的吲哚取代的俘精酸酐，与对苯二胺或对氨基酚缩合，合成2个吲哚取代的俘精酰亚胺化合物,对2个俘精酰亚胺的光致变色性能、稳定性、抗疲劳性等性质进行表征分析，结果表明羟基取代的俘精酰亚胺：非质子型溶剂中呈现良好的光致变色性能，具有优良的热稳定性﹑水解稳定性和抗疲劳性，吸附到壳聚糖膜上却无法消色；氨基取代的俘精酰亚胺具有很好的水解稳定性，在溶剂中无法消色，上染羊毛后，色牢度良好但不具备光致变色性能。4、将俘精酸酐和对氨基苯磺酸缩合脱水，合成水溶性吲哚取代的俘精酰亚胺化合物，用ESI-MS谱确定有产物生成，但未分离得到纯的各种异构体。该染料易溶于水，水溶液最大吸收563 nm，且水解稳定性热稳定性较高。该俘精酰亚胺染料可上染羊毛，制得的红棕色羊毛不具备光致变色现象，但易被400nm以上的可见光漂白。同样用吸收光谱相似的酸性玫瑰红（RB）染料，上染羊毛，制备羊毛负载玫瑰红光敏剂的新型光敏纤维，上染率达97%，用此光敏纤维光敏氧化呋喃衍生物，可生成羟基丁烯酸内酯类化合物，产率达70％，该光敏羊毛经400nm以上的光持续光照40小时，褪色率为96%。