金屬化合物對紫精/PVP薄膜變色及褪色性能研究

摘要：本文在已知研究成果的基礎(chǔ)上，采用不同變價金屬化合物SnCl2和CoCl2，與紫精以不同比例混合后再與聚乙烯吡咯烷酮（PVP）共混后制備成薄膜。對薄膜進行分組測試其變色性能、褪色性能和光疲勞性能，并作出最佳方案的選擇。

關(guān)鍵詞：SnCl2 CoCl2 薄膜 變色 褪色

一、含SnCl2的紫精/聚合物薄膜的制備及光致變色性能研究

1、SnCl2的紫精/聚合物薄膜制備

取2.0g紫精，根據(jù)SnCl2與紫精的摩爾比分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0，稱量 SnCl2 質(zhì)量，與10g H2O，5.0gPVP制備混合溶液，分別記為0#-6#溶液，觀察發(fā)現(xiàn)0#-4#溶解性較好，5#、6#溶解性差，為了制備光致變色性能良好的薄膜，選用0#-4#溶液進行研究。稱量0#-4#每份溶液0.15g均勻涂布在2.54×2.5cm2載玻片上，在溫室喝暗箱進行干燥以后，在相對濕度為58%的干燥器內(nèi)避光放置一天，用一表面涂有N-甲基吡咯烷酮的玻璃片緊貼在薄膜上，避光保存。薄膜透明性良好，當(dāng)SnCl2含量較高時，薄膜呈淡藍(lán)色，用測厚儀測得膜厚約為0.1mm。

2、薄膜性能的測試方法

變色性能測定：將制得的紫精/PVP薄膜用紫外光(UV)分5次共100s照射，并對其紫外-可見光吸收光譜進行每次測定。

半衰期測定：薄膜UV光照100s后立即取出測定其吸光度A，然后在一定溫度、暗處褪色，測定薄膜吸光度降到A/2所需要的時間，即為半衰期。

3、結(jié)果與討論

變色性能：在正常光照條件下，經(jīng)過UV光照對含有SnCl2的紫精/PVP薄膜進行照射后，其變化由無色或淡藍(lán)色變?yōu)樯钏{(lán)色，隨著光照時間的延長，自由基陽離子不斷積累，顏色逐漸加深，且SnCl2的含量只是影響紫精光照后吸收峰的強弱，其曲線峰形沒有變化。

從色變?yōu)樗{(lán)紫色表明紫外光反應(yīng)使無色的紫精二價陽離子變?yōu)樗{(lán)紫色的自由基陽離子。隨著光照時間的增加，自由基陽離子不斷積累，顏色加深，吸光度呈遞增趨勢，在569nm和609nm處有兩個明顯的吸收峰。查文獻可知，551nm和606nm處吸收峰分別來自紫精自由基陽離子的二聚體和自由基陽離子。

褪色性能：從半衰期表征可以看出紫精/PVP薄膜的褪色速率，半衰期越短，褪色速率越快，不含SnCl2的薄膜室溫下很難褪色，60℃下半衰期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1個小時，SnCl2的加入可以加快薄膜褪色，縮短半衰期，改善紫精薄膜的褪色性能，因此可根據(jù)不同用途來調(diào)節(jié)SnCl2加入量制備有不同褪色速率的紫精薄膜。

由于含有SnCl2的紫精聚合物薄膜常溫下褪色過程極其緩慢，而且SnCl2的溶解性能也不好，無法進一步提高SnCl2的含量來提高其性能，此配方?jīng)]有達(dá)到預(yù)期效果。小組經(jīng)過研究決定添加一種溶解性好的金屬化合物來代替SnCl2，我們選擇了CoCl2，紅色單斜晶系結(jié)晶，易潮解，易溶于水。經(jīng)過去離子水和乙醇混合液的溶解測試，得到混合均勻的透明黏液，成膜性良好，黏液呈酒紅色，方案可行。

二、含CoCl2的紫精/聚合物薄膜的制備及光致變色性能研究

1、CoCl2的紫精/聚合物薄膜制備

取2.0g紫精，根據(jù)CoCl2與紫精的摩爾比分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，稱量CoCl2 質(zhì)量，與10g H2O，5.0gPVP制備混合溶液，分別記為0-5#溶液，觀察發(fā)現(xiàn)0#為無色透明液體，1#-5#為酒紅色透明液體。稱量0#-5# 五份溶液0.15g均勻涂布在2.54×2.5cm2載玻片上，室溫、暗箱干燥后，在相對濕度為58%的干燥器內(nèi)避光放置一天，用一表面涂有N-甲基吡咯烷酮的玻璃片緊貼在薄膜上，避光保存。薄膜透明性良好，呈淡紅色，非常美觀，用測厚儀測得膜厚約為 0.1mm。

2、薄膜性能測試方法

與上一個方案相同，測定CoCl2的紫精/聚合物薄膜變色性能和半衰期。

3、結(jié)果和討論

變色性能：含有CoCl2的紫精/PVP薄膜UV光照后，由無色或淡紅色變?yōu)樯钭仙S著光照時間的延長，自由基陽離子不斷積累，顏色逐漸加深，且CoCl2的含量只是影響紫精光照后吸收峰的強弱，其可見光吸收曲線峰形變化不大。

褪色性能：紫精/PVP薄膜的褪色速率可用半衰期表征，半衰期越短，褪色速率越快，不含CoCl2的薄膜室溫下很難褪色，50℃下半衰期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1h，CoCl2的加入可以加快薄膜褪色，縮短半衰期，改善紫精薄膜的褪色性能，但是效果不是很明顯，如圖五所示為4#樣品特征峰的吸光度隨褪色時間變化，1#-5#的半衰期均大于1h，褪色性能較SnCl2較差，但是可根據(jù)不同用途來調(diào)節(jié)CoCl2加入量制備有不同褪色速率的紫精薄膜，并且外觀美觀。

發(fā)現(xiàn)樣品在多次循環(huán)后依然能在光照后保持一個較高的吸光度，并能褪色至淡粉色（加熱可明顯加快），疲勞性能良好，但薄膜邊緣發(fā)黃。

三、結(jié)語

綜上所述，我們完成了兩種金屬化合物對紫精/PVP薄膜變色，褪色性能的研究，總體來說變價金屬化合物的加入可以改善紫精/聚合物薄膜褪色性能，光疲勞性，希望經(jīng)過這些實踐研究的出的結(jié)果對相關(guān)行業(yè)得到一些幫助。

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