基于罗丹明的可见—荧光双模式水致变色染料的开发及应用

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随着环境恶化、气候变暖等这些影响人类生存和发展问题的出现,保护环境、节约能源这一可持续的发展方式引起人们的日益关注。其中,由于纸张以及各类打印耗材使用所造成的破坏占有一席之位。因此,各国科学工作者也在积极探索,以便开发出可代替纸张的书写材料。近年来,越来越多的基于刺激响应体系的可重复书写材料被开发出来,我们课题组报道的无墨喷水可重复书写纸就是其中一项重要的突破。该可重复书写材料以绿色安全的水代替油墨进行喷水打印显色,实现打印内容的显示,同时通过控制纸张上水的保留和去除实现纸张的可重复使用,解决了办公室用纸等一次性用纸的浪费问题。而目前所开发的大多数喷水打印所生成的图像仅具有可见光下一种显色方式,然而,有些信息的传播记录涉及黑暗环境、防伪以及信息加密等,单一的可见光下显色不足以满足多样化的显示需求,因此,开发可见-荧光双模式的水致可重复擦写材料具有重大意义。在第二章中,我们在水致变色染料NH2-Rh的基础上,对其进行修饰,修饰后的AM-Rh染料具有荧光和可见双重模式的水致变色性质。为了实现染料的功能多样化,提高AM-Rh染料的水溶性方便工业应用,我们通过自由基共聚的方式将水溶性温敏聚合物引入AM-Rh水致变色染料体系。在得到聚合物染料后,通过紫外-可见吸收光谱法结合凝胶渗透色谱(GPC),我们对接枝有AM-Rh染料的聚合物进行了有效地表征并计算出聚合物染料中各个结构单元的比例,这为表征接枝少量功能分子的聚合物提供了一种有效的手段。所得聚合物兼具AM-Rh的可见-荧光双重模式的水致变色性质和聚合物的水溶性、温敏性以及溶液中的荧光可调性。不仅如此,AM-Rh在接枝到聚合物上之后,实现了固体状态下的荧光并获得较高的荧光量子产率,并且固体状态下的荧光强度可通过控制聚合物与染料的比例来调控。这为克服染料聚集诱导荧光淬灭现象提供了借鉴和参考。在第三章中,为了克服水致变色染料NH2-Rh难合成和AM-Rh染料及其聚合物难以实现可固体基质上应用的缺点,我们以商业化的罗丹明B为原料,进行两步简单修饰,得到一类新型的具有可见-荧光双重模式的水致变色染料,从中我们筛选出颜色靓丽的Propyl-N-Rh。对其水致变色性质和水致荧光变色性质及在喷水可重复打印纸的应用中进行了着重研究。所制备的喷水打印纸具有优异的可见-荧光双模式的水致变色性质,打印得到的图案在可见光及荧光双重模式下均具有较高的对比度、清晰度、分辨率。同时,双模式的显色方式使该类水致变色染料有望应用于信息加密和防伪等方面,极大地拓宽水致变色染料的应用范围。
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