CN114891134A - 多色可调的动态荧光离子聚合物、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了多色可调的动态荧光离子聚合物、制备方法及应用，属于光学防伪材料领域。多色可调的动态荧光离子聚合物可由氯甲基聚苯乙烯交联树脂与2,6‑二萘‑4,4′‑联吡啶衍生物按一定比例混合反应获得。多色可调的动态荧光离子聚合物的发光特征受阴离子及反应比的影响调控，因而，调节阴离子及反应比可实现离子聚合物多样的发光特征。特别地，这类多色可调的动态荧光离子聚合物受到不同溶剂刺激作用，呈现高对比度的、可逆的、多色可调的发光，在高级防伪及信息存储等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于光学防伪材料领域，具体涉及一种多色可调的动态荧光离子聚合物及其制备方法与防伪应用。
背景技术
随着社会发展，假冒伪劣物品的出现严重影响了全世界人们的日常生活。为防止杜绝假冒伪劣，各种防伪技术应运而生，比如光学防伪技术、水印、条形码、二维码等。特别地，简单的荧光光学防伪技术引起了广泛的关注与研究，并获得实际应用。
就其荧光防伪材料而言，实际应用所用的荧光材料在光激发下呈现一种单色发光，属于一阶静态荧光防伪材料。然而，这类静态荧光防伪材料易于仿制，难以满足多阶高级防伪的要求。相比较而言，动态光学防伪材料，在一定情况下，可呈现多色可调的发光，即在外界刺激作用下，其可呈现多种颜色的发光，从而可实现多种防伪状态，在高级防伪技术中具有巨大的应用潜能。因而，动态光学防伪材料的研究引起了广泛的关注。
目前，大量不同种类的多色可调动态发光材料被合成，主要包括碳点，无机发光材料，金属有机框架聚合物，超分子复合材料，有机小分子染料，以及聚合物等等。尽管已取得了较大的进步，但是所构筑的很大部分多色可调的发光材料，往往要求复杂而耗时的合成，部分多色可调发光的晶态材料不适于加工处理，一些多组分掺杂的复合材料光学不稳定以及具有不可逆的可调发光。这些不足严重限制了相关材料的实际应用。为实现高级防伪的目标，需要进一步发展合成简单、低消耗、易加工处理、固体下多色可调的动态发光材料。
有机聚合物来源广泛，易于合成，易于加工处理，具有丰富多样的结构，可实现多样而特别的多色可调的动态发光，在高级防伪应用中展现巨大潜力，其吸引了广大研究者的强烈研究兴趣。迄今为止，一些结构可变的聚合物实现了有趣的多色可调的发光，但是，这些聚合物大部分发光效率相对较低(Angew.Chem.Int.Ed.2022,DOI:10.1002/anie.202112290)。此外，一些基于聚集诱导增强发光发色基团构筑的聚合物呈现高效的发光，但是，它们呈现不可逆的动态发光(Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,25246-25251)。值得注意的是，这些相关的多色可调发光聚合物存在合成路线长消耗大等问题。这系列不足之处限制了这些多色可调发光聚合物的实际应用。
发明内容
本发明的目的旨在提供多色可调的动态荧光离子聚合物及其制备方法，以解决现有技术的问题。
本发明的技术方案：
多色可调的动态荧光离子聚合物，结构式如下所示：
其中：R1为H、OH、OCH3或Br；R2为H、OH、OCH3或Br；x取值为0.005～0.95；y取值为0.05～0.995；
本发明提供上述多色可调的动态荧光离子聚合物的制备方法，其反应步骤如下：
在惰性气体保护下或空气中，将氯甲基聚苯乙烯交联树脂(P)与2,6-二萘-4,4′-联吡啶衍生物(L)混合，并与含阴离子[PF6]-或[BF4]-的过量无机盐，在有机溶剂中反应，并在加热的条件下，搅拌反应12-16小时，停止反应，冷却至室温，抽滤，用有机溶剂反复洗涤，60～80℃烘干，获得最终产物。
所述多色可调的动态荧光离子聚合物合成反应式如下：
其中，R1为H、OH、OCH3或Br；R2为H、OH、OCH3或Br；x取值为0.005～0.95；y取值为0.05～0.995；n用来标记不同的聚合物。
所述动态荧光离子聚合物的制备方法，氯甲基聚苯乙烯交联树脂与2,6-二萘-4,4′-联吡啶衍生物的质量比为500:1～1:10。
所述动态荧光离子聚合物的制备方法，使用的含阴离子[PF6]-或[BF4]-的无机盐包括六氟磷酸铵(NH4PF6)或四氟硼酸钠(NaBF4)，但不限于这两种无机盐。
所述动态荧光离子聚合物的制备方法，反应时使用的溶剂为乙腈或二甲基甲酰胺等。
所述动态荧光离子聚合物的制备方法，洗涤用的有机溶剂为乙腈、二甲基甲酰胺、二氯甲烷和甲醇。
所述动态荧光离子聚合物的制备方法，使用的加热温度为90～100℃。
上述多色可调的动态发光离子聚合物应用，所述的多色可调的动态发光离子聚合物应用于防伪与信息存储等领域。
本发明的有益效果：该聚合物合成原材料易得，合成方法简单，产率高。该聚合物材料呈现高效的发光。其在不同溶剂刺激作用下，呈现多重可调的多色发光，而且还具有优异的可逆性，在高级防伪及信息存储等领域具有巨大的应用前景。
附图说明
图1是离子聚合物P1-PF6和P1-BF4的SEM图。
图2是离子聚合物P1-PF6和P1-BF4的粉末衍射图。
图3是离子聚合物P1-PF6在干燥状态和不同溶剂下的发色光谱。
图4是离子聚合物P1-BF4在干燥状态和不同溶剂下的发色光谱。
图5是离子聚合物P2-PF6在干燥状态和不同溶剂下的发色光谱。
图6是离子聚合物P2-BF4在干燥状态和不同溶剂下的发色光谱。
图7是实施例防伪应用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
含六氟磷酸根的离子聚合物P1-PF6的制备方法。
在氮气保护下，将氯甲基聚苯乙烯交联树脂(100mg)，2,6-二萘-4,4′-联吡啶(10mg)、过量无机盐六氟磷酸铵(100mg)加入到100ml反应瓶，再加入15ml有机溶剂乙腈，此时，混合体系呈蓝色发光。升高温度至100℃，搅拌反应12小时，停止反应，冷却至室温，抽滤，用乙腈，二甲基甲酰胺，二氯甲烷，甲醇有机溶剂反复洗涤，60℃烘干，获得大量浅黄色离子聚合物P1-PF6。该离子聚合物为20-80微米的球形，如图1，粉末衍射表明该离子聚合物为无定型态，如图2。
离子聚合物P1-PF6的光学性能测试。
在紫外灯照射下(激发波长为365nm)，离子聚合物P1-PF6粉末样品呈现亮的青色发光。在样品上，滴加二氯甲烷，样品发光由青色转变为黄色。溶剂二氯甲烷挥发后，发光又转变为青色。这表明离子聚合物P1-PF6的发光具有优异的可逆性。滴加乙醇(ethanol)发光颜色变化不明显。滴加乙酸乙酯(EA)发光偏绿色。滴加二甲基甲酰胺，样品发光强度明显减弱，加入溶剂后发光有增强，待溶剂挥发后，又恢复到初始的发光。干燥状态以及不同溶剂状态下的光谱测试，进一步证明了上述发光现象，如图3。干燥的P1-PF6发光寿命为8.87ns，为荧光发射。总之，离子聚合物P1-PF6在不同溶剂刺激作用下，可呈现多色可调的发光，其可作为防伪与信息存储材料。
实施例2：
改变阴离子，制备含四氟硼酸根的离子聚合物P1-BF4。
在氮气保护下，将氯甲基聚苯乙烯交联树脂(100mg)，2,6-二萘-4,4′-联吡啶(10mg)、过量无机盐四氟硼酸钠(NaBF4)(100mg)加入到100ml反应瓶，再加入15ml有机溶剂乙腈，此时，混合体系呈蓝色发光。升高温度至100℃，搅拌反应12小时，停止反应，冷却至室温，抽滤，用乙腈，二甲基甲酰胺，二氯甲烷，甲醇有机溶剂反复洗涤，60℃烘干，获得大量黄色离子聚合物P1-BF4。该离子聚合物为20-80微米的球形，如图1，粉末衍射表明该离子聚合物为无定型态，如图2。
离子聚合物P1-BF4的光学性能测试。
在紫外灯照射下(激发波长为365nm)，离子聚合物P1-BF4粉末样品呈现亮的黄绿色发光。在样品中滴加二氯甲烷，样品发光由黄绿色转变为黄色。溶剂二氯甲烷挥发后，发光又转变为黄绿色。这表明离子聚合物P1-BF4的发光具有优异的可逆性。在样品中滴加二甲基甲酰胺，样品发光强度明显减弱，加入溶剂后发光有增强，待溶剂挥发后，又恢复到初始的发光。干燥状态以及不同溶剂状态下的光谱测试，进一步证明了上述发光现象，如图4。显然，离子聚合物P1-BF4在不同溶剂刺激作用下，可呈现多色可调的发光，其也可作为防伪与信息存储材料。
实施例3：
改变反应比例，制备含六氟磷酸根离子聚合物P2-PF6。
在氮气保护下，将氯甲基聚苯乙烯交联树脂(100mg)，2,6-二萘-4,4′-联吡啶(50mg)、过量无机盐六氟磷酸铵(100mg)加入到100ml反应瓶，再加入15ml有机溶剂乙腈，此时，混合体系呈蓝色发光。升高温度至100℃，搅拌反应12小时，停止反应，冷却至室温，抽滤，用乙腈，二甲基甲酰胺，二氯甲烷，甲醇有机溶剂反复洗涤，60℃烘干，获得大量黄色离子聚合物P2-PF6。该离子聚合物属于无定型态。
离子聚合物P2-PF6的光学性能测试。在紫外灯照射下(激发波长为365nm)，离子聚合物P2-PF6粉末样品呈现亮的黄绿色发光。在样品中滴加二氯甲烷，样品发光由黄绿色转变为深黄色。溶剂二氯甲烷挥发后，发光又转变为黄绿色。这表明材料发光具有优异的可逆性。在样品中滴加二甲基甲酰胺，样品发光强度明显减弱，加入溶剂后发光有增强，待溶剂挥发后，又恢复到初始的发光。干燥状态以及不同溶剂状态下的光谱测试，进一步证明了上述发光现象，如图5。显然，离子聚合物P2-PF6在不同溶剂刺激作用下，可呈现多色可调的发光，其也可作为防伪与信息存储材料。
实施例4：
含六氟磷酸根离子聚合物P2-BF4的制备方法。
在氮气保护下，将氯甲基聚苯乙烯交联树脂(100mg)，2,6-二萘-4,4′-联吡啶(50mg)、过量无机盐四氟硼酸钠(NaBF4)(100mg)加入到100ml反应瓶，再加入15ml有机溶剂乙腈，此时，混合体系呈蓝色发光。升高温度至100℃，搅拌反应12小时，停止反应，冷却至室温，抽滤，用乙腈，二甲基甲酰胺，二氯甲烷，甲醇有机溶剂反复洗涤，60℃烘干，获得大量离子聚合物P2-BF4。该离子聚合物属于无定型态。
离子聚合物P2-BF4的光学性能测试。
在紫外灯照射下(激发波长为365nm)，离子聚合物P2-BF4粉末样品呈现亮的绿黄色发光。在样品上，滴加二氯甲烷(DCM)，样品发光由绿黄色转变为黄色。溶剂二氯甲烷挥发后，发光又转变为绿黄色。这表明材料发光具有优异的可逆性。滴加乙醇(ethanol)和乙酸乙酯(EA)发光颜色变化不明显。滴加二甲基甲酰胺(DMF)，样品发光强度明显减弱，加入溶剂后发光有增强，待溶剂挥发后，又恢复到初始的发光。干燥状态以及不同溶剂状态下的光谱测试，进一步证明了上述发光现象，如图6。显然，离子聚合物P2-BF4在不同溶剂刺激作用下，可呈现多色可调的发光，其也可作为防伪与信息存储材料。
实施例5：一种多重光学模式防伪应用。
以P2-PF6作为防伪材料，在滤纸上书写字母‘C’为防伪图层。在紫外灯(365nm)照射下，字母‘C’干燥状态下的发光颜色为黄色。滴加二氯甲烷在字母‘C’上后，其发光颜色转变为橙色，溶剂挥发干后，发光又恢复到黄色。滴加乙酸乙酯，发光颜色没有明显变化。滴加DMF发光颜色变为暗褐色，3分钟后部分溶剂挥发，发光稍微变亮。然后滴加乙醇，发光立即转变为亮黄色。溶剂挥发后，发光恢复到和初始态一样的发光，如图7。因此，这类离子聚合物呈现多重防伪能力。
以上所述发明仅为实施案例而已，并不用以限制本发明。对于本发明系列材料掺杂少部分其它发光体，抑或是利用类似反应掺杂反应了其它少量发光体，类似材料都可呈现高对比的发光颜色变化，也可以作为防伪材料。凡在本发明内容之上所做的适当修改与改进，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.多色可调的动态荧光离子聚合物，其特征在于，结构式如下所示：
其中：R1为H、OH、OCH3或Br；R2为H、OH、OCH3或Br；x取值为0.005～0.95；y取值为0.05～0.995。
2.权利要求1所述的多色可调的动态荧光离子聚合物的制备方法，其特征在于，其反应步骤如下：
在惰性气体保护下或空气中，将氯甲基聚苯乙烯交联树脂与2,6-二萘-4,4′-联吡啶衍生物混合，并与含阴离子[PF6]-或[BF4]-的过量无机盐，在有机溶剂中反应，并在加热的条件下，搅拌反应12-16小时，停止反应，冷却至室温，抽滤，用有机溶剂反复洗涤，60～80℃烘干，获得最终产物；
所述多色可调的动态荧光离子聚合物合成反应式如下：
其中，R1为H、OH、OCH3或Br；R2为H、OH、OCH3或Br；x取值为0.005～0.95；y取值为0.05～0.995；n用来标记不同的聚合物。
3.根据权利要求2所述的多色可调的动态荧光离子聚合物的制备方法，其特征在于，氯甲基聚苯乙烯交联树脂与2,6-二萘-4,4′-联吡啶衍生物的质量比为500:1～1:10。
4.根据权利要求2所述的多色可调的动态荧光离子聚合物的制备方法，其特征在于，使用的含阴离子[PF6]-或[BF4]-的无机盐包括六氟磷酸铵NH4PF6或四氟硼酸钠NaBF4。
5.根据权利要求2所述的多色可调的动态荧光离子聚合物的制备方法，其特征在于，反应时使用的溶剂为乙腈或二甲基甲酰胺。
6.根据权利要求2所述的多色可调的动态荧光离子聚合物的制备方法，其特征在于，洗涤用的有机溶剂为乙腈、二甲基甲酰胺、二氯甲烷和甲醇。
7.根据权利要求2所述的多色可调的动态荧光离子聚合物的制备方法，其特征在于，使用的加热温度为90～100℃。
8.权利要求1-7任一所述的多色可调的动态荧光离子聚合物的应用，其特征在于，所述的色可调的动态荧光离子聚合物应用于防伪与信息存储等领域。
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2022
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