可逆变色薄膜的成型机理及应用

2007/8/10 15:04:24

　　可逆变色薄膜是一种新型的功能性薄膜，它在不同的环境温度下，可通过外界温度的刺激而使其色彩发生变化，它具有广泛的用途。因此，可逆变色薄膜成为人们研究的热点。但由于它的研究和制备涉及到有机材料与无机材料之间的反应与相容，而且其内部的组织结构不同，很难实现其相容性。故很难真正从机理和应用上对此难题进行解决，本文的研究具有较大的技术突破。　　一、变色成型的机理　　1．高分子合金体系及相容性原理　　（1）高分子合金体系　　我们这里所用到的技术是将聚合物这种高分子材料与无机材料中的离子进行接枝。但由于有机材料与无机离子间的结合很难实现，而要应用两种以上的高分子材料进行反应结合后再加入无机离子，最后得到使其变色所需的组成结构。这里就用到所谓的高分子合金体系原理。　　所谓高分子合金，即由两种或两种以上具有不同性质的高分子材料经共混并采用相应的相容化技术而得到的多相多组份体系。研究制备高分子合金的目的是为了使材料实现高性能化或功能化。然而，由于大部分不同种类的高分子之间是热力学非相容的体系，单纯的混合混炼，只能导致体系产生宏观相分离，不仅不能达到所求的目的和效果，而且会使材料失去使用的价值。对于这样的高分子共混体系，相容剂往往发挥着至关重要的作用，其少量的添加就可以使体系的微观相态结构得到很好的调整和控制，而使共混材料达到高性能化和功能化的效果。　　（2）相容性原理　　相容性原理就是利用相容剂的界面活性将无机离子分散到有机材料组织中的各个界面，相容剂的作用极其重要。　　所谓相容剂在热力学本质上可以理解为界面活性剂，在高分子合金体系中使用的相容剂一般具有较高的分子量，当在不相容的高分子体系中添加相容剂，并在一定温度下经混合混炼后，相容剂将被局限在2种高分子之间的界面上，直到降低界面张力、增加界面层厚度、降低分散粒子尺寸的作用，使体系最终形成具有宏观均匀、微观相分离特征的热力学稳定的相态结构。由于相容剂对高分子合金体系的混合性和稳定性会产生重要的影响。因此，相容剂的合理选择和使用，对高分子合金化技术的实现是至关重要的。　　根据相容剂和合金体系中基体高分子之间的作用特征，可将其分为两类，即非反应型相容剂和反应型相容剂。我们这里用到的是非反应型相容剂。在不相容的高分子体系中通过添加非反应型相容剂而实现相容化的方法，在高分子合金技术中是最常见的。非反应型相容剂一般为共聚物，可以是嵌段共聚物，也可以是接枝共聚物或无规共聚物。　　2．可逆变色机理　　任何有机材料都是有机化合物的组合体。高分子有机材料就是有机化合物的内容之一。我们可对有机化合物的可逆变色加以分析。　　有机化合物产生可逆热色变可认为是由于随温度改变，分子结构发生了如下变化：电子给予体与电子接受体（如酸-碱、酮-醇、内酰亚胺-内酰胺）间发生了平衡移动；两种空间构型或两种晶体结构互变；分子受热开环或产生自由基等。例如有机汞染料随温度（或光强度）变化，其结构的平衡移动为：　　无机化合物的可逆热色变化常常是由于晶相变化，配位基几何构型或配位数发生变化（有机金属化合物色变亦经常是这种原因）。　　例如，三价铬离子具有热色现象。随温度上升颜色从红→紫→绿，根据对三价铬与铝、镓、镁-铝、镧-铝-镓和钇-铝混合氧化物的研究，证明热色变是由于加热时离子晶格膨胀的结果。在化合物中，铬离子占据八面体或似八面体晶格点阵，温度变化时，随中心离子（如Si、Be、S或Hg）距离变化而发生色变。　　在混合晶体中，随铬含量改变，晶格常数也发生变化，导致颜色变化。如2A12O3和Cr2O3的混合晶体中，铬原子小于8%时，在室温下是红色，超过8%是绿色。即铬含量到8%时，混合晶体的晶格常数不变，混合晶体的晶格常数不变，然后随Cr2O3量增加而增加。同样，一定含量的混合晶体受热时，晶格常数改变，也会产生颜色变化。因此，三价铬离子热色变温度随温度和混合体中铬含量变化而改变：58%Cr的色变温度为90K；8%Cr为460，k2%，Cr为650k。又如，双-三氟乙酰丙酮酯与酮的复合物为兰色，熔化后为深绿色。这是由于溶化后晶格被破坏，发生缔合，使每一个铜原子的配位数比结晶时提高所致。（待续）

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