多官能团螺吡喃光致变色材料的合成、表征及变色反应动力学研究

论文摘要

螺吡喃类衍生物由于其独特光物理性质可以满足许多功能材料的要求而成为最有应用前景的光致变色化合物之一,已经成为广大科学工作者的研究热点。重点探索了螺吡喃类光致变色化合物新的合成方法,并对所合成的光致变色化合物的结构与性能进行了表征与测试,对变色反应的动力学进行了研究,并用聚乙烯吡咯烷酮作为支载物支载螺吡喃类化合物进行静电纺丝,并对纺丝性能和纺丝成膜进行了一系列的探讨与研究。综述了有机光致变色化合物的研究进展,包括国内外研究现状的对比。从光致变色的历史发展、定义、变色机理和分类与用途进行了概述,重点论述了螺吡喃类光致变色化合物在合成方法上的研究进展和反应机理的探讨,介绍了动力学研究的方法,并结合当前的研究现状,提出了本论文的研究主题。利用2-亚甲基-1,3,3-三甲基吲哚啉、5-硝基水杨醛、2-溴代乙醇通过两步法第一步合成溴代羟乙基吲哚啉盐,第二步合成了1’-羟乙基,3’,3’-二甲基-6-硝基-螺-（2-氢-1-苯吡喃-2,2’-二吲哚啉）简称为硝基螺吡喃,在合成螺吡喃类光致变色化合物的路线上作了有益的尝试,总结了经验与教训。实验当中通过红外、核磁、质谱、紫外吸收等测试手段对合成产物硝基螺吡喃的结构、光学特性和变色反应动力学性能进行了表征。为了探讨苯环上带有吸电子基结构的螺吡喃的变色性能,借鉴硝基螺吡喃的合成经验,本章成功的合成了一种新的螺吡喃化合物1’,3’,3’-三甲基-6-羟基-螺-（2-氢-1-苯吡喃-2,2’-二吲哚啉）,简称为羟基螺吡喃,对新合成的产物进行了从结构与性能上进行表征与测试,通过红外、核磁、质谱等来解释产物的结构特征,通过紫外吸收来验证羟基螺吡喃的光致变色性能和开环闭环动力学性能。为了探讨共轭度的增加对螺吡喃变色性能的影响,创新性的合成了硝基螺吡喃与异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯化合物,简称为IPDI-NO2SP-HEMA,其中IPDI为异佛尔酮二异氰酸酯的缩写,NO2SP为硝基螺吡喃的缩写,HEMA为甲基丙烯酸羟乙酯的缩写。通过红外、核磁、质谱对产物进行了结构表征,通过紫外吸收对其进行光致变色和开环反应动力学的研究。参考IPDI-NO2SP-HEMA的合成经验,利用前面已合成的羟基螺吡喃与异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯合成化合物,简称为IPDI-OHSP-HEMA,通过红外和核磁手段验证它的结构,并通过紫外吸收测定其光致变色性能。简单介绍了静电纺丝技术,常用的测试手段,影响静电纺丝的因素。通过前面合成化合物的光学性能的对比,选择了硝基螺吡喃和其与异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯合成的化合物IPDI-NO2SP-HEMA为光致变色材料,采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为支载体,在丙酮溶液中通过络合作用生成络合产物使溶液分布均匀、稳定。通过不同的条件摸索,包括支载物PVPK30的纺丝浓度,溶剂的溶解极性,纺程、纺丝溶液流出速度、纺丝电压的调整等得到了静电纺丝的最佳条件。对纺丝原液进行了红外表征,说明了络合反应的发生,通过接触角试验测定了其亲水性与硝基螺吡喃和IPDI-NO2SP-HEMA含量的关系,通过扫描电镜观察了静电纺纤维的形态,通过紫外吸收测试了静电纺溶液涂膜的光致变色性能。最后是总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光致变色材料的定义
• 1.2 光致变色材料的研究概况
• 1.3 光致变色化合物的应用及发展前景
• 1.4 光致变色的反应机理
• 1.5 光致变色材料分类
• 1.6 论文主要研究内容:螺吡喃类光致变色材料
• 第二章 1'-羟乙基,3',3'-二甲基-6-硝基-螺-（2-氢-1-苯吡喃-2,2'-二吲哚啉）的合成、表征及动力学研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 螺吡喃变色反应动力学的研究
• 2.5 本章小结
• 第三章 1',3',3'-三甲基-6-羟基-螺-（2-氢-1-苯吡喃-2,2'-二吲哚啉）的合成、表征及动力学研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 羟基螺吡喃变色反应动力学的研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 硝基螺吡喃与异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯合成化合物的表征及动力学研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 2SP-HEMA变色反应动力学的研究'>4.4 IPDI-NO₂SP-HEMA变色反应动力学的研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 羟基螺吡喃与异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯合成化合物的表征及动力学研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 IPDI-OHSP-HEMA变色反应动力学的研究
• 5.5 本章小结
• 2SP-HEMA的静电纺丝研究'>第六章 聚乙烯吡咯烷酮支载的硝基螺吡喃和IPDI-NO₂SP-HEMA的静电纺丝研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.3 结果与讨论
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文