苯乙烯吡啶盐染料制备与荧光纤维研究

论文摘要

在众多的有机非线性光学材料中,分子结构一端是供电子基团,而另一端是受电子基团的氨基取代苯乙烯吡啶盐（简称苯乙烯吡啶盐）在科学与技术应用领域有很多成功的应用。氨基取代苯乙烯吡啶盐类衍生物也是潜在的光致二阶非线性光学材料,可以用于制造兼有线性荧光和非线性荧光性能的多功能材料。但是,就作者的知识面而言,还没有见到将氨基取代苯乙烯吡啶盐应用于制备荧光纤维（织物）的报道。在本论文中,作者合成了11种氨基取代苯乙烯吡啶盐,并尝试通过不同途径制备含有这些苯乙烯吡啶盐的荧光纤维材料。主要研究内容和结论包括以下四个部分:1)首先合成了11种苯乙烯吡啶盐,并确认它们的分子结构。其次,测试了这些化合物的光学性质,包括溶液态的线性/非线性光学性质、固体粉末的荧光发射光谱。随着苯乙烯吡啶盐染料分子结构中供电子基团上羟基的增加,染料的紫外吸收光谱和单光子荧光发射光谱有蓝移趋势;而随着受电基团上亚甲基数目的增加,染料的紫外吸收光谱和单光子荧光发射光谱的波长位置变化很小。阴离子不仅影响染料的溶解性,而且也影响光学性质。随着溶剂极性的增强,苯乙烯吡啶盐染料紫外吸收光谱发生蓝移、单光子荧光发射光谱发生红移、荧光强度下降、荧光量子产率下降的趋势。6种苯乙烯吡啶盐染料的DMF溶液具有明显的双光子吸收现象;通过Z-扫描测试计算出苯乙烯吡啶盐染料DHEASPT-C8的非线性吸收系数β与三阶非线性极化率系数x（3）分别为3.09×10-11m/W和4.78×10-12esu。2)在比较温和的聚合反应条件下,合成出苯乙烯吡啶盐染料基团接在聚合物侧链上的聚酰亚胺齐聚物（PI-C1、PI-C8）和聚硅氧烷齐聚物（SI-C4）,它们在300℃以前有很好的热稳定性。它们有明显的紫外吸收峰和单光子荧光发射峰,相对于原来的苯乙烯吡啶盐染料,聚酰亚胺齐聚物的吸收峰峰位和荧光发射峰峰位发生了明显的蓝移,而聚硅氧烷齐聚物没有明显的不同。3)采用传统的阳离子染料染色工艺,将部分水溶性苯乙烯吡啶盐染料用于腈纶织物染色和真丝绸染色,所染织物的耐晒牢度为2级,但是染色织物的反射率曲线中发射区域的反射率大于100%,表明它们具有相似于商业荧光染料—荧光黄X-10GFF提供荧光效果的能力。苯乙烯吡啶盐染料在腈纶织物上的吸附属于Langmuir型吸附;随着荧光染料分子中吡啶盐端所接的烷基链长的增加,上染速度变缓,上染率增加。4)把苯乙烯吡啶盐染料掺杂到成纤聚合物（聚酰胺酸、聚乙烯醇、聚乳酸、聚氯乙烯、聚氨酯）溶液中,通过静电纺丝工艺可以制备出荧光纤维膜,纤维直径处于纳米级范围。为了提高静电纺丝膜荧光的稳定性,合成出两种无机荧光粉(Eu2WO6和NaCaPO4:Eu2+),并制备出掺杂有Eu2WO6的荧光纤维膜。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有机非线性光学材料的研究进展
• 1.2.1 有机二阶非线性光学材料
• 1.2.2 有机三阶非线性光学材料
• 1.3 极化聚合物材料的制备
• 1.3.1 主-客掺杂聚合物体系
• 1.3.2 功能型极化聚合物
• 1.4 发光纤维的研究
• 1.4.1 蓄光纤维
• 1.4.2 荧光纤维
• 1.5 研究思路和内容
• 1.6 创新之处
• 第二章 苯乙烯吡啶盐染料的制备与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原材料
• 2.2.2 合成路线
• 2.2.3 表征手段
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 N-烷基取代卤化吡啶盐合成与表征
• 2.3.2 对位取代氨基苯甲醛分子的合成与表征
• 2.3.3 苯乙烯吡啶盐染料的合成与表征
• 2.3.4 苯乙烯吡啶盐染料的溶解性能
• 第三章 苯乙烯吡啶盐染料的光学性质
• 3.1 前言
• 3.2 测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 染料溶液的单光子吸收光谱和单光子荧光发射光谱
• 3.3.2 染料溶液的双光子荧光光谱
• 3.3.3 Z-扫描测定染料溶液的非线性光学性能
• 3.3.4 固态染料的发射光谱和荧光衰减曲线
• 3.4 本章小结
• 第四章 荧光聚合物的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原材料
• 4.2.2 聚合路线
• 4.2.3 测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 聚酰亚胺体系
• 4.3.2 聚硅氧烷体系
• 4.4 本章小结
• 第五章 苯乙烯吡啶盐染料的染色性能
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原材料
• 5.2.2 染色实验
• 5.2.3 测试方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 腈纶织物染色
• 5.3.2 真丝绸染色
• 5.4 本章小结
• 第六章 静电纺丝法制荧光纤维膜
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验原材料
• 6.2.2 静电纺丝实验
• 6.2.3 测试方法
• 6.3 实验结果与讨论
• 6.3.1 聚酰亚胺体系
• 6.3.2 聚乙烯醇（PVA）体系
• 6.3.3 聚乳酸（PLA）体系
• 6.3.4 聚氯乙烯（PVC）体系
• 6.3.5 聚氨酯（PU）体系
• 6.3.6 无机荧光粉/纤维聚合物共混体系
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 主要实验结论和规律
• 7.1.1 合成系列苯乙烯吡啶盐染料
• 7.1.2 苯乙烯吡啶盐染料的光学性质研究
• 7.1.3 荧光聚合物的研究
• 7.1.4 苯乙烯吡啶盐染料的染色性能
• 7.1.5 静电纺丝法制荧光纤维膜
• 7.2 论文中存在的问题和有待深入研究的内容
• 参考文献
• 攻读学位期间完成的科研成果
• 致谢