功能性染料课件

第五章 功能性染料 功能性染料的分类和用途 色素分类类功能特性应应用实实例 光致变色色素光照发生颜色变化玩具、服装、变色纤维 热致变色色素 受热或受冷而发生 颜色的变化 热敏纸（传真纸、心电 图纸 等）、示温材料 电致变色色素电场 下变色广告版、液晶 光盘用色素吸收激光发热 分解CD-R和DVD-R光盘 功能性染料的分类和用途 色素分类类功能特性应应用实实例 生物医用色素与生物体内的金属例 子结合后荧光性能发 生改变，光照产生单 线态 氧 疾病监测 、DNA测序 、荧光探针、光动力 治疗 太阳能存储用色素将光能转化为化学能玩具、服装、变色纤 维 化学发光色素氧化反应发 光化学光棒 5.1 光致变色色素 光致变色现象指的是物质（有机分子或无极分子）受 到光照射后，其最大吸收波长（或反射光的波长）发生变 化的现象。具有这种性质的物质称为光致变色材料或光致 变色色素。 AB 1 2， 光致变色材料的应用 光致变色色素加入透明树脂中，制成变色材料， 可以用于太阳眼镜片、服装、玩具等 用光致变色色素制成防伪油墨 光信息存储（可擦式光盘、CD-E） 分子开关，应用于光电技术和光控装置中 5.1 光致变色色素 5.1.1 光致变色色素的分类 （1）由共轭链变化导致的光致变色色素 螺吡喃类 螺噁嗪类 联吡啶类 （1）由共轭链变化导致的光致变色色素 氮丙啶类 噁嗪类 （2）由顺-反结构变化引起的光致变色色素 硫靛类 偶氮类 （3）由分子内质子转移产生颜色变化的光致变色色素 西夫碱类 呫吨酮类 （4）由开环-闭环反应引起变色的光致变色色素 俘精酸酐类 芳香稠环化合物类 （5）由加氧-脱氧反应引起变色的光致变色色素 （6）由光氧化-还原反应引起变色的光致变色色素 三芳二吡嗪类 四氯萘酮类 （7）由均裂反应引起变色的光致变色色素 5.5 光盘用色素 1、光盘的类型： CDROM： read only memory CDWORM：write once read many CDRW： Rewritables CD：compact disc 只读： 可写： 5.5 光盘用色素 2、CD-R光盘的用途： 5.5 光盘用色素 3、CD-R光盘的结构： 5.5 光盘用色素 4、CD-R光盘的结构及记录原理： 保护层： 反射层： 记录层： 基盘：由聚碳酸酯经注塑成型,刻有螺旋沟槽。 利用旋转涂布法均匀涂上一层染料 利用真空溅射法镀上一层金或银作为反射层 保护膜，一般涂一层清漆 激光烧蚀形成的凹坑 780nm激光器 5.5 光盘用色素 4、CD-R光盘的结构及记录原理： 5.5 光盘用色素 5、CD-R光盘的生产过程： 染料溶液配制 旋涂和洗边 反射层保护层 5.5 光盘用色素 6、CD-R光盘染料的要求： 在溶剂中（尤其是在醇中）的溶解度好，便于加工 制成的膜能吸收激光光源，有高的记录灵敏度 成膜后的反射率高，要求在20%以上 热传导率要低，记录时形成比较陡的凹坑 对热、光、湿度的稳定性好，保存稳定性好 5.5 光盘用色素 7、CD-R光盘的种类： 绿盘（Cyanine，菁） 日本太阳诱电公司（Taiyo yuden） 金盘（Phthalocyanine，酞菁） 美国柯达公司 蓝盘（Azo，偶氮） 日本三菱化学公司（Mitsubishi Chemical Company） 几种光致变色材料 一、俘精酸酐 俘精酸酐是芳取代的二亚甲基丁二酸酐化合物的统称 其分子通式可表示为： 几种光致变色材料 俘精酸酐是芳取代的二亚甲基丁二酸酐化合物的统称 其分子通式可表示为： 几种光致变色材料 二、吲哚啉苯并螺噻喃 螺吡喃 螺噻喃 螺噁嗪 几种光致变色材料 三、偶氮化台物 5.2 热致变色色素 示温材料、丝网印刷和凹版印刷用油墨（如各种 薄膜、标签、包装物、日用品、玩具等需要随温度变 色制品的印刷） 热致变色现象是指某些物质在受热或受冷时所发生的 色变。具有热致变色特性的物质成为热致变色材料。 热致变色材料的应用主要有： 5.2 热致变色色素 1、晶型转变： 无机热致变色材料的变色机理主要有： 5.2 热致变色色素 5.2 热致变色色素 2、热分解分子结构改变机理 含有内结晶水的Cu、Co、Ni等的无机盐类可逆热致变 色材料的变色主要是由物质分子结构改变引起的，即物 质被加热到一定温度时失去结晶水而引起颜色变化，当 冷却时其重新吸收环境中的水汽，逐渐恢复到原来的颜 色。 这类可逆热致变色材料受热后变色快，但颜色复原 需要较长的时间和较高的相对湿度，受环境影响较大。 5.2 热致变色色素 3、分子间化学反应机理 该机理亦可称之为“电子得失机理”，即发生分子 间的化学反应，电子在不同的组分中转移引起氧化还原 型的变化，从而导致颜色的改变。 5.2 热致变色色素 4、配位几何构型变化机理 大多数金属配位化合物的变色机理是配位几何构型 变色，其变色主要是由电子跃迁引起的。 如(CH3)2CHNH3CuCl3受热后配位数由5变为6，引起构 型由平面锥型变为双锥型。 5.2 热致变色色素 液晶是介于固态与各向同性液态之间的中间态物相，即 为三维有序的空间结构和各向同性的均质熔融物质。热致液 晶是指由温度变化所引起的，并且只能在一定温度范围内存 在的晶态物质。 液晶类可逆热致变色材料具有层状结构，分子长轴在层 内相互平行，但邻近分子层之间分子轴方向有偏移，因而形 成螺旋结构，其周期性的层间距称为螺距，温度变化会使螺 距发生变化，而不同的螺距会反射不同波长的光，从而显示 出颜色变化。大多数胆甾液晶的螺距对温度都有很强的依赖 性，只要温度稍微变化，选择散射光波长就会有很大变化。 液晶类可逆热致变色材料及其变色机理 5.2 热致变色色素 有机类可逆热致变色材料主要由电子给予体(发色剂)， 电子接受体（显色剂）、溶剂三部分组成，其中决定颜色的 是电子给予体，决定显色深浅的是电子接受体，溶剂则决定 变色温度。 变色机理： 通常情况下电子给予体和电子接受体的氧化还原电位接 近，当温度变化时，二者氧化还原电位相对变化程度不同， 使氧化还原反应的方向随着温度的改变而改变，通过电子的 转移而吸收或辐射一定波长的光，表观上便有了颜色的变化 。 有机类可逆热致变色材料及其变色机理 5.2 热致变色色素 5.2 热致变色色素 目前研究和开发的发色剂种类比较多，根据有机化合物 的命名可将其分为：三芳甲烷类、荧烷类、吲哚啉苯酞类、 吩噻嗪类、螺吡喃类、席夫碱类、螺环类、双蒽酮类等，而 现阶段对三芳甲烷类和荧烷类发色剂的研究和开发最多。 发色剂 5.2.2 有机热致变色材料 三芳甲烷类热致变色色素 无色蓝色 分子体系中的一个碳原子由sp3杂化态转为sp2杂化 态，使原先被隔开的体系转变为完整的大体系，进 而使化合物改变颜色。 荧烷类热致变色色素 5.2.2 有机热致变色材料 显色剂是引起热变色的有机化合物，它接受发色剂 提供的电子而产生颜色反应。 显色剂主要分为无机类和有机类： 无机类主要是一些酸性白土或活性白土以及高岭土 、铝镁硅酸盐类。 常用有机类显色剂主要有：酚羟基化合物及其衍生 物，如双酚A、对羟基苯甲酸苄酯、4-羟基香豆素等；羧 基化合物及其衍生物，如己酸、辛酸、硬脂酸、对苯二 甲酸及一些可以提供质子的路易斯酸等。 显色剂 5.2.2 有机热致变色材料 溶剂又被称之为“温度调节剂”，是一系列调节温 度变化的有机化合物，其决定可逆热致变色材料的变色 温度。如果要调节设计变色温度，可改变所用的溶剂。 溶剂的熔点对热致变色材料的变色温度具有决定作用， 但不影响颜色变化。 溶剂 5.2.2 有机热致变色材料 5.3 有机电致变色色素 无机电致变色色素主要是过渡金属氧化物（氧化 钨、氧化镍、氧化钴等）络合物、普鲁士蓝等； 有机电致变色色素根据分子量的大小又可分为有 机小分子电致变色材料和高分子电致变色材料。 热致变色现象是指在外接电压或者电流的驱动下，物 质发生电化学氧化还原反应而引起颜色变化的现象。具有 电致变色特性的物质成为电致变色色素。 电致变色色素可分为无机变色色素和有机电致变色 色素。 有机电致变色色素的特性 1、颜色变化的可逆性、方便性、灵敏性、多色性； 2、颜色深度的可控性； 3、颜色的记忆性； 4、电致变色材料的驱动电压低； 5、颜色环境适应性强。 电致变色色素的应用 电致变色显示器 电致变色智能窗玻璃 无眩反光镜 电致变色存储器件 5.3.2有机电致变色色素的分类 5.3.2.1 有机小分子电致变色色素 1、紫罗精及其衍生物类 2、蒽醌类 5.3.2有机电致变色色素的分类 3、金属酞菁类4、芳香胺类 5.3.2有机电致变色色素的分类 5、氮杂环衍生物类6、荧烷类 5.3.2有机电致变色色素的分类 7、螺吡喃类8、六芳基乙烷衍生物类 5.4 电致发光材料 电致发光现象是某些物质受到外界电场的作用下而将 电能直接转换成光能的现象。具有这种性能的材料称为电 致发光材料。 新型的电致发光材料，具有能耗低、易弯曲、响应速度快 ，视角广、可大面积显示、发光色彩齐全、可与现有各种技术 兼容等优点。 5.4 电致发光材料 5.4 有机电致发光的原理及器件结构 发光原理： 5.4 有机电致发光的原理及器件结构 5.4 电致发光材料 从目前的研究成果来看,作为有机电致发光器件核心的发光材料可分 为以下4类: 1、小分子有机染料： 这类材料具有高的荧光效率,并且可以通过真空沉积法成膜,但是成膜后 容易结晶,有时甚至易于其它的有机材料形成激基复合物,因此这类材料的单 独应用比较少。 2、金属络合物： 其中典型的可以8-羟基喹啉络合物(Alq3)为代表,还有现在研究比较 多的一些稀土元素的络合物，这类材料的性质介于无机和有机之间。它 们除可作为EL的发光材料外，还可作为电子传输材料