基于荧光聚丙烯酸酯扩链剂的水性聚氨酯合成及性能研究

摘要

与荧光小分子相比，荧光高分子因为具有更好的稳定性和可调节性受到了广泛关注，能够应用于荧光涂料、传感器、探针、成像等多个领域。通过将荧光小分子共混到高分子基质中能得到有荧光性能的复合物，但得到的复合物存在相容性不好，混合不均，稳定性差等缺陷而限制了其应用。本文通过化学键连接将荧光基团引入高分子链中，合成了三种荧光聚丙烯酸酯二元醇，并将其作为扩链剂制备得到了结构可调、耐候性好、贮存稳定，发光性能优异的荧光水性聚氨酯材料。
　　本文利用7-羟基香豆素、9-蒽醇与甲基丙烯酰氯发生酯化反应得到2-羰基-2氢-烯-8-基丙烯酸甲酯(CMA)和蒽-9基-甲基丙烯酸甲酯（AMMA），1，8-萘二甲酸酐先与乙醇反应得到2-(2-羟基乙基-1H-苯并[de]异喹啉-1，3(2H)-二酮再与甲基丙烯酰氯反应得带有双键的2-(1，3-双氧化-1H-苯并[de]异喹啉-2(3H)-基)乙基-2-甲基丙烯酸酯（BIEMA）。再将这三种荧光小分子与丙烯酸酯单体共聚，3-巯基-1，2-丙二醇为链转移剂合成了荧光聚丙烯酸酯二元醇，研究了链转移剂与引发剂比例对分子量的影响并分析表征得知三种荧光聚丙烯酸酯二元醇溶液在紫外灯365 nm照射下能发出蓝色荧光。
　　选取分子量2000的荧光聚丙烯酸酯二元醇用作扩链剂部分或全部替代1，4-丁二醇与聚四氢呋喃醚二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸聚合反应得到荧光水性聚氨酯。对乳液粒径、分子量及其分布进行了测试，利用DSC和TGA对热力学性能进行了测试，结果证明成功合成了稳定性好的水性聚氨酯材料。对乳液和薄膜进行了紫外和荧光测试，发现CPUA、AMPUA乳液和薄膜均能发出蓝色荧光，CPUA乳液的最大发射峰位于450nm，AMPUA最大发射峰始终位于411 nm附近，荧光性能稳定，丙烯酸酯的含量及荧光基团含量多少对发光性能没有影响;BIEPUA乳液和薄膜随着丙烯酸酯含量的增加，由蓝色荧光变为蓝绿色荧光，荧光寿命在纳秒级别，证实了萘酸酐生色基团随着含量增加在高分子体系中受激发容易形成激基缔合物，发射波长产生红移。将不同比例萘酸酐衍生物(BBI)与空白样水性聚氨酯共混表征了发光性能，进一步证实了激基缔合物理论。