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 質量，與10g H2O，5.0gPVP制備混合溶液，分別記為0#-6#溶液，觀察發現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SnCl2含量較高時，薄膜呈淡藍色，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、結果與討論

變色性能：在正常光照條件下，經過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色變為深藍色，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。

從色變為藍紫色表明紫外光反應使無色的紫精二價陽離子變為藍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℃下半衰期遠遠大于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，因此可根據不同用途來調節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，此配方沒有達到預期效果。小組經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，紅色單斜晶系結晶，易潮解，易溶于水。經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 質量，與10g H2O，5.0gPVP制備混合溶液，分別記為0-5#溶液，觀察發現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，由無色或淡紅色變為深紫色，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℃下半衰期遠遠大于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，但是可根據不同用途來調節CoCl2加入量制備有不同褪色速率的紫精薄膜，并且外觀美觀。

發現樣品在多次循環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，但薄膜邊緣發黃。

三、結語

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，希望經過這些實踐研究的出的結果對相關行業得到一些幫助。

參考文獻：

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