一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法制造技术

本发明专利技术涉及光致变色涂料技术领域，且公开了一种基于有机‑无机杂化的光致变色涂料及其制法，包括以下配方原料：萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物、磷钨酸水合物、硝酸镧六水合物、聚氨酯分散体、成膜助剂、分散剂、消泡剂。该一种基于有机‑无机杂化的光致变色涂料及其制法，当C

A photochromic coating based on organic-inorganic hybrid and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法
本专利技术涉及光致变色涂料
，具体为一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法。
技术介绍
光致变色材料是指受到光照后能够发生颜色变化的材料，某些化合物在一定的波长和强度的光照作用下，其分子结构发生变化，从而导致对光的吸收峰值和自身颜色的相应改变，光致变色材料中无机体系的光致变色效应通常伴随着可逆的氧化-还原反应，如过渡金属氧化物WO3、MoO3无机半导体材料，碘化钙和碘化汞混合晶体、氯化银等具有光致变色性的金属卤化物，有机体系的光致变色通常伴随着光化学相关的化学反应的发生，如顺反异构、聚合作用、氧化-还原、周环反应等从而引起有机分子结构的改变例如，偶氮化合物、六苯基双咪哇、二芳基乙烯类等有机光致变色材料，光致变色材料具有广泛的应用前景，如信息存储元件、装饰和防护包装材料、自显影全息记录照相、光学器件材料、涂料涂层或薄膜等方面。光致变色涂料是一种新型功能性涂料，具有良好的指示功能和美化作用，在电源开关、应急标牌、公路标识、工艺品等方面都有着广泛的用途，而无机体系光致变色涂料中过渡金属氧化物光致变色效率较低，颜色改变不明显，而金属卤化物通常需要掺杂过渡金属才能实现金属离子价态变化形成光致变色，导致涂料光致变色的可逆性较差，稀土配合物体系光致变色涂料在实际应用过程中很容易受到反应条件的制约和影响，如光照强度，光照响应时间、pH等因素，降低了其实用性和适用范围，而有机体系光致变色涂料的基体有机物化学性质不稳定，长期暴露在空气中容易被氧化分解，导致涂料失去变色性能。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，解决目前无机光致变色涂料变色效率较低，颜色改变不明显，并且变色可逆性较差的问题，同时又解决了有机体系光致变色涂料的基体有机物化学性质不稳定，长期暴露在空气中容易被氧化分解，导致涂料失去变色性能的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：10-14份萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物、18-22份磷钨酸水合物、15-20份硝酸镧六水合物、39-55份聚氨酯分散体、1-2.5份成膜助剂、0.5-1份分散剂、0.5-1.5份消泡剂、制法包括以及以下实验药品：无水N,N-二甲基甲酰胺、偶氮苯类化合物、1,4,5,8-萘四甲酸酐、冰乙酸、蒸馏水、乙二醇、无水乙醇。优选的，所述偶氮苯类化合物通式为R基团选自以下基团：氢原子、4-氨基、4-磺酸。优选的，所述冰乙酸质量分数≥98％。优选的，所述萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物为下列化合物之一其制备方法包括以下步骤：(1)向水热自动反应釜中加入200-800mL无水N,N-二甲基甲酰胺、再依次称取1,4,5,8-萘四甲酸酐和偶氮苯类化合物加入到反应釜中，再缓慢加入为冰乙酸，三者其物质的量摩尔比1:2.4-2.8:0.1-0.15，将反应釜温度升至120-130℃，匀速搅拌反应24-30h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当1,4,5,8-萘四甲酸酐反应完全后，将溶液冷却至室温，加入适量的蒸馏水和乙酸乙酯进行萃取，取乙酸乙酯有机相萃取3-5次，将乙酸乙酯有机相通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝1:3-4，将分离得到的含有产品的洗脱剂富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤除去洗脱剂，得到黄色固体产物萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物，反应方程式通式如下：优选的，磷钨酸水合物为H3PW12O40·36H2O，其质量分数≥95％。优选的，所述硝酸镧六水合物中La(NO3)3·6H2O质量分数为≥98％。优选的，所述聚氨酯分散体为聚氨酯水性分散液，固含量≥30％。优选的，所述成膜助剂为丙二醇苯醚和正丙醇混合物，其质量比为1:2.2-3。优选的，所述分散剂为HT-5040聚羧酸钠盐分散剂。优选的，所述消泡剂为HT-A10水性体系用分子级消泡剂。优选的，所述一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料制备方法包括以下步骤：(1)制备La3-PW12O40-C38H20N6O4R2有机-无机杂化配位物向水热自动反应釜中加入300-500mL蒸馏水、18-22份磷钨酸水合物和15-20份硝酸镧六水合物并搅拌至固体溶解，再加入350-600mL乙二醇和10-14份萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物，将反应釜温度升至140-150℃，匀速搅拌反应72-84h，反应结束后将物料冷却至室温，过滤除去溶剂得到固体混合物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤固体混合物，洗涤干净后置于烘箱中充分干燥，得到La3-PW12O40-C38H20N6O4R2有机-无机杂化配位物。(2)制备基于有机-无机杂化的光致变色涂料：向反应瓶中加入300-1000mL蒸馏水，再加入39-55份聚氨酯分散体、1-2.5份成膜助剂、0.5-1份分散剂、0.5-1.5份消泡剂和上述步骤(1)制得的La3-PW12O40-C38H20N6O4R2有机-无机杂化配位物，将反应瓶置于超声处理器中，加热至60-70℃，超声功率为800-1000W，超声频率为25-28KHz，进行超声分散2-4h，然后将反应瓶置于烘箱中，加热至90-95℃缓慢干燥水分，控制固液比为40-50％，制备得到基于有机-无机杂化的光致变色涂料。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：1、该一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，通过使用双螺旋手性网状结构的萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物C38H20N6O4R2作为涂料的有机组分，其结构中含有两个-N＝N-基团，当C38H20N6O4R2接受到光照时，两个-N＝N-基团产生可逆的顺-反异构反应，使黄色的反式C38H20N6O4R2转化为红色的顺式C38H20N6O4R2，当不接受光照时，由于顺式和反式的C38H20N6O4R2具有不同的紫外可见吸收光谱波段，使红色的顺式C38H20N6O4R2又转化为黄色的反式C38H20N6O4R2，完成可逆的光致变色过程，并且C38H20N6O4R2中含有荧光性很强四萘基甲酰基基团，可以吸收光子形成激发态，使C38H20N6O4R2产生颜色突变性能，展示出优异的荧光性能，并且结构中四个吸电子性甲酰基基团，降低了-N＝N-的电子云密度，使-N＝N-不容易被氧化，提高了C38H20N6O4R2的化学稳定性，从而大幅增强了涂料的稳定性和使用寿命。2、该一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，通过加入La3掺杂PW12O40与C38H20N6O4R2形成稳定配位物La3-PW12O40-C38H20N6O4R2，La3+很容易被还原，还原反应产生的电子在PW12O40与配体之间C38H20N6O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：10-14份萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物、18-22份磷钨酸水合物、15-20份硝酸镧六水合物、39-55份聚氨酯分散体、1-2.5份成膜助剂、0.5-1份分散剂、0.5-1.5份消泡剂、制法包括以及以下实验药品：无水N,N-二甲基甲酰胺、偶氮苯类化合物、1,4,5,8-萘四甲酸酐、冰乙酸、蒸馏水、乙二醇、无水乙醇。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：10-14份萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物、18-22份磷钨酸水合物、15-20份硝酸镧六水合物、39-55份聚氨酯分散体、1-2.5份成膜助剂、0.5-1份分散剂、0.5-1.5份消泡剂、制法包括以及以下实验药品：无水N,N-二甲基甲酰胺、偶氮苯类化合物、1,4,5,8-萘四甲酸酐、冰乙酸、蒸馏水、乙二醇、无水乙醇。


2.根据权利要求1所述的一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，其特征在于：所述偶氮苯类化合物通式为R基团选自以下基团：氢原子、4-氨基、4-磺酸。


3.根据权利要求1所述的一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，其特征在于：所述冰乙酸质量分数≥98％。


4.根据权利要求1所述的一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，其特征在于：所述萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物为下列化合物之一



其制备方法包括以下步骤：
(1)向水热自动反应釜中加入200-800mL无水N,N-二甲基甲酰胺、再依次称取1,4,5,8-萘四甲酸酐和偶氮苯类化合物加入到反应釜中，再缓慢加入为冰乙酸，三者其物质的量摩尔比1:2.4-2.8:0.1-0.15，将反应釜温度升至120-130℃，匀速搅拌反应24-30h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当1,4,5,8-萘四甲酸酐反应完全后，将溶液冷却至室温，加入适量的蒸馏水和乙酸乙酯进行萃取，取乙酸乙酯有机相萃取3-5次，将乙酸乙酯有机相通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝1:3-4，将分离得到的含有产品的洗脱剂富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤除去洗脱剂，得到黄色固体产物萘四甲酰基二酰亚胺偶氮苯衍生物，反应方程式通式如下：





5.根据权利要求1所述的一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制法，其特征在于：所述磷钨酸水合物为H3PW12O40·36H2O，其质量分数≥95％。


6.根据权利要求1所述的一种基于有机-无机杂化的光致变色涂料及其制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，姬芳芳，万惠林，
申请(专利权)人：嘉兴菱凡贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33