一种聚合物压致变色材料及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 一种聚合物压致变色材料及其制备方法与应用 (Polymer piezochromic material and preparation method and application thereof ) 是由 侯学清 何淑花 罗迎春 肖寒 刘恩弟 于 2021-01-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种聚合物压致变色材料及其制备方法与应用,属于荧光材料技术领域。本聚合物压致变色材料,所述聚合物压致变色材料的结构式如下：本发明还提供上述聚合物压致变色材料的制备方法及应用。本聚合物压致变色材料在压力作用下,由原来的晶态转变为无定型态,改变了其固态条件下的堆积方式,具有压致变色性能,能够广泛应用于压致变色技术领域。(The invention relates to a polymer piezochromic material and a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of fluorescent materials. The structural formula of the polymer piezochromic material is as follows: the invention also provides a preparation method and application of the polymer piezochromic material. The polymer piezochromic material is changed from the original crystalline state to the amorphous state under the action of pressure, changes the accumulation mode under the solid state condition, has piezochromic performance, and can be widely applied to the field of piezochromic technology.)
技术领域
本发明属于荧光材料技术领域，具体涉及一种聚合物压致变色材料及其制备方法与应用。
背景技术
共轭高分子材料通过外界刺激，如溶剂、温度以及压力的改变，导致光性能的明显变化。通过外界压力的变化使其荧光性能发生改变的聚合物材料被称为压致变色高分子材料。由于外界压力的刺激，改变了聚合物分子内部的堆积方式，从而达到控制其荧光性能的目的。
然而，相对于改变溶剂和温度使其光性能发生变化的聚合物，通过改变压力使共轭高分子发生光性能变化的材料并不多。
因此，开发一种具有压致变色性能的聚合物材料具有潜在的应用价值。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种聚合物压致变色材料及其制备方法与应用。
其一，本发明为了解决上述技术问题提供一种聚合物压致变色材料。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种聚合物压致变色材料，所述聚合物压致变色材料的结构式如下：
本发明的聚合物压致变色材料的有益效果是：
本聚合物压致变色材料在压力作用下，由原来的晶态转变为无定型态，改变了其固态条件下的堆积方式，其荧光最大发射波长向长波长方向移动，固体荧光颜色由紫红色变为深红色；在溶剂熏蒸后，其固体荧光最大发射波长恢复至初始状态，具有压致变色性能，能够广泛应用于压致变色技术领域。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述聚合物压致变色材料初始状态下呈现出紫红色固态荧光，研磨后呈现出深红色固态荧光，固态荧光发射波长从644nm红移至668nm，固态荧光波长红移达到24nm，经熏蒸后，恢复初始状态下的紫红色固态荧光。
采用上述进一步方案的有益效果是：具有优异的压致变色性能。
其二，本发明为了解决上述技术问题提供一种聚合物压致变色材料的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种如上述的聚合物压致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、取1-3mmol的1,4-二丁氧基对苯二甲醛和1-3mmol的对苯二乙腈，加入溶剂溶解，并加热搅拌至完全溶解，得到混合液；
S2、向步骤S1得到的所述混合液中，加入2-4mmol的叔丁醇钾固体，并加热搅拌反应，反应结束后先过滤，取滤渣洗涤，然后干燥，即得到聚合物压致变色材料。
本发明的聚合物压致变色材料的制备方法的有益效果是：
(1)本制备方法的合成路线合理可行，步骤简单，条件温和以及收率较高；
(2)本发明制备得到的聚合物材料具有压致变色性能，在压力作用下，由原来的晶态转变为无定型态，改变了其固态条件下的堆积方式，实现变色，在功能材料方面具有潜在的应用价值。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，在步骤S1中，所述溶剂为叔丁醇、正丁醇和乙醇中的一种或多种按任意比例的混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是：利于1,4-二丁氧基对苯二甲醛和对苯二乙腈的溶解，另外叔丁醇、正丁醇和乙醇气味小，利于生产操作。
进一步，在步骤S1中，所述加热搅拌的温度为50-70℃。
采用上述进一步方案的有益效果是：利于溶解，提高溶解度。
进一步，在步骤S2中，所述加热搅拌反应的温度为50-70℃，搅拌的转速为1000-1500r/min，反应时间为5-7h。
采用上述进一步方案的有益效果是：利于进行聚合反应，提高产物收率。
进一步，在步骤S2中，所述过滤的方式为减压抽滤。
采用上述进一步方案的有益效果是：利于固液分离，提高效率。
进一步，在步骤S2中，所述洗涤采用的溶剂为甲醇和乙醇中的一种或两种按任意比例的混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是：利于洗去杂质。
其三，本发明为了解决上述技术问题提供一种聚合物压致变色材料应用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：上述的聚合物压致变色材料在发光器件领域、微应力传感领域、信息存储领域或商标防伪领域中任一领域中的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的聚合物压致变色材料的荧光发射光谱图；
图2为本发明实施例1制得的聚合物压致变色材料的粉末X射线衍射谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种聚合物压致变色材料，所述聚合物压致变色材料的结构式如下：
所述聚合物压致变色材料初始状态下呈现出紫红色固态荧光，研磨后呈现出深红色固态荧光，经熏蒸后，恢复初始状态下的紫红色固态荧光。
另外，本实施例还提供一种上述聚合物压致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、取1mmol的1,4-二丁氧基对苯二甲醛和1mmol的对苯二乙腈加入两口烧瓶中，加入溶剂溶解，其中溶剂为正丁醇，加热至50℃，并搅拌至完全溶解，得到混合液。
S2、向步骤S1得到的所述混合液中，加入2mmol的叔丁醇钾固体，加热至50℃，并在1000r/min的转速下搅拌反应5h，反应结束后先减压抽滤，取滤渣，采用乙醇洗涤，然后干燥，即得到聚合物压致变色材料。
具体反应式如下：
实施例2
本实施例提供一种聚合物压致变色材料，所述聚合物压致变色材料的结构式如下：
所述聚合物压致变色材料初始状态下呈现出紫红色固态荧光，研磨后呈现出深红色固态荧光，经熏蒸后，恢复初始状态下的紫红色固态荧光。
另外，本实施例还提供一种上述聚合物压致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、取2mmol的1,4-二丁氧基对苯二甲醛和2mmol的对苯二乙腈加入两口烧瓶中，加入溶剂溶解，其中溶剂为叔丁醇，加热至60℃，并搅拌至完全溶解，得到混合液；
S2、向步骤S1得到的所述混合液中，加入3mmol的叔丁醇钾固体，加热至60℃，并在1300r/min的转速下搅拌反应6h，反应结束后先减压抽滤，取滤渣，采用甲醇洗涤，然后干燥，即得到聚合物压致变色材料。
具体反应式如下：
实施例3
本实施例提供一种聚合物压致变色材料，所述聚合物压致变色材料的结构式如下：
所述聚合物压致变色材料初始状态下呈现出紫红色固态荧光，研磨后呈现出深红色固态荧光，经熏蒸后，恢复初始状态下的紫红色固态荧光。
另外，本实施例还提供一种上述聚合物压致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、取3mmol的1,4-二丁氧基对苯二甲醛和3mmol的对苯二乙腈，加入溶剂溶解，其中溶剂为乙醇，加热至70℃，并搅拌至完全溶解，得到混合液；
S2、向步骤S1得到的所述混合液中，加入3mmol的叔丁醇钾固体，加热至70℃，并在1500r/min的转速下搅拌反应7h，反应结束后先减压抽滤，取滤渣，采用乙醇洗涤，然后干燥，即得到聚合物压致变色材料。
具体反应式如下：
实施例4
本实施例提供一种聚合物压致变色材料，所述聚合物压致变色材料的结构式如下：
所述聚合物压致变色材料初始状态下呈现出紫红色固态荧光，研磨后呈现出深红色固态荧光，经熏蒸后，恢复初始状态下的紫红色固态荧光。
另外，本实施例还提供一种上述聚合物压致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、取2mmol的1,4-二丁氧基对苯二甲醛和1mmol的对苯二乙腈，加入溶剂溶解，其中溶剂为叔丁醇和正丁醇按任意比例的混合物，加热至65℃，并搅拌至完全溶解，得到混合液；
S2、向步骤S1得到的所述混合液中，加入4mmol的叔丁醇钾固体，加热至70℃，并在1500r/min的转速下搅拌反应7h，反应结束后先减压抽滤，取滤渣，采用甲醇和乙醇按任意比例的混合物洗涤，然后干燥，即得到聚合物压致变色材料。
具体反应式如下：
实施例5
本实施例提供一种聚合物压致变色材料，所述聚合物压致变色材料的结构式如下：
所述聚合物压致变色材料初始状态下呈现出紫红色固态荧光，研磨后呈现出深红色固态荧光，经熏蒸后，恢复初始状态下的紫红色固态荧光。
另外，本实施例还提供一种上述聚合物压致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、取3mmol的1,4-二丁氧基对苯二甲醛和1mmol的对苯二乙腈，加入溶剂溶解，其中溶剂为叔丁醇、正丁醇和乙醇按任意比例的混合物，加热至70℃，并搅拌至完全溶解，得到混合液；
S2、向步骤S1得到的所述混合液中，加入2mmol的叔丁醇钾固体，加热至55℃，并在1200r/min的转速下搅拌反应6h，反应结束后先减压抽滤，取滤渣，采用甲醇和乙醇按任意比例的混合物洗涤，然后干燥，即得到聚合物压致变色材料。
具体反应式如下：
实验例1
本实验例对实施例1制得的聚合物压致变色材料进行结构表征，包括GPC和核磁氢谱，具体如下：
目标产物的GPC测试结果为：聚合物分布均匀，其中数均分子量为3921，重均分子量为4191，Z均分子量为4656，分布系数为1.0688；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.99(s,2H),7.87(s,2H),7.61(d,J＝8.6Hz,4H),7.30(d,J＝8.6Hz,4H),6.67(s,2H),4.11(t,J＝6.3Hz,4H),1.89-1.78(m,4H),1.50-1.46(m,4H),0.90(t,J＝12.5Hz,6H)。
实验例2
本实验例对实施例1制得的聚合物压致变色材料的压致变色性能检测，具体检测荧光发射光谱图和粉末X射线衍射谱图，具体如图1和图2所示。
从图1可以看出，该聚合物压致变色材料在初始状态下呈现出紫红色固态荧光，用研钵研磨后呈现出深红色固态荧光。图1清楚的表明了研磨前后该聚合物压致变色材料的固态荧光发射波长从644nm红移至668nm，固态荧光波长红移达到24nm。研磨后的样品通过溶剂熏蒸，其固态荧光恢复至初始状态，发射波长644nm。说明聚合物压致变色材料具有典型的压致变色性能。
从图2可以看出，该聚合物压致变色材料在初始状态下呈现出紫红色固态荧光，用研钵研磨后呈现出深红色固态荧光。图2清楚的表明了研磨前后聚合物压致变色材料的粉末X射线衍射谱图，研磨前聚合物压致变色材料的粉末X射线衍射具有明显的峰型，表明为晶型化合物；研磨后其粉末X射线衍射出现包峰，没有明确的峰型，表明为非晶型化合物。研磨后的样品通过溶剂熏蒸，其粉末X射线衍射主要出峰位置基本恢复至初始状态，说明聚合物压致变色材料具有典型的压致变色性能。
聚合物压致变色材料由原来的晶态转变为无定型态，改变了其固态条件下的堆积方式，进而导致聚合物压致变色材料的荧光最大发射波长向长波长方向移动，固体荧光颜色由紫红色变为深红色；在溶剂熏蒸后，聚合物压致变色材料还可以从无定型态转变为晶态，其固体荧光最大发射波长恢复至初始状态，具有压致变色性能。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
需要注意的是，本发明中的“包括”意指其除所述成分外，还可以包括其他成分，所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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