长寿命光致变色中空微球的可控构建及其在不同微环境下的变色机制

The photochromic behavior and life of photochromic polymer materials are critical to photochromic fabrics. In order to solve the low photo-response rate and poor fatigue resistance of traditional photochromic polymer materials in fabric applications, preliminary research was carried out in the early stage. The results showed that the physical doping of polymer materials can improve the photo-response rate of spiropyran to some extent. However, the fatigue resistance of spiropyran need to be further improved. Therefore, this project takes nano-cellulose and a series of spiropyran with different soft segments or different substituents as the research object to form nano-cellulose/spirolpyran composite by graft polymerization. The photochromic hollow microspheres are controllable prepared by Pickering emulsion polymerization with nano-cellulose/ spiropyran polymer material as the shell and a cavity inside. Importantly, this project will explore the photochromic behavior and fatigue resistance in different surroundings during the formation of hollow microspheres, reveal the controllable formation mechanism of photochromic hollow microspheres, establish the intrinsic link among microstructure, photochromic behavior and fatigue resistances of photochromic hollow microspheres and deeply elucidate the discoloration mechanism of the photochromic polymer material in different surroundings. This project has significance theoretical guiding for the photochromic behavior and photochromic mechanism of photochromic polymer materials, and lays a foundation for the development of photochromic fabrics.

光致变色高分子材料的变色行为及使用寿命对光致变色织物来说至关重要。针对传统光致变色高分子材料在织物应用中光响应速率低、耐疲劳性差这一难题，申请人前期研究发现：物理掺杂高分子材料可在一定程度上提高螺吡喃化合物的光响应速率，但其耐疲劳性仍较差。因此，本项目以纳米纤维素、系列含不同柔性链段、不同取代基的螺吡喃化合物为研究对象，通过接枝聚合形成纳米纤维素/螺吡喃复合材料，利用Pickering乳液聚合技术，可控构建壳层为纳米纤维素/螺吡喃高分子材料，内部为空腔的光致变色中空微球。探索在形成中空微球过程中不同微环境下光致变色行为及耐疲劳性，拟揭示光致变色中空微球的可控构建机理，建立光致变色中空微球的微结构调控与其变色行为、耐疲劳性之间的内在联系，阐明光致变色高分子材料在不同微环境下的变色机制。该项目对光致变色高分子材料的变色行为和变色机制的研究具有重要的理论指导意义，为光致变色织物的发展奠定基础。

光致变色高分子材料的变色行为及使用寿命对光致变色织物来说至关重要。申请人紧紧围绕光致变色化合物—螺吡喃在织物应用中难上染、光响应速率低、耐疲劳性差这些难题，展开本项目的研究工作。通过酯化反应设计合成系列不同柔性链段、不同取代基的螺吡喃化合物，研究其光致变色行为、耐疲劳性，探究其在染整微环境下的变色行为。结果表明：不同取代基（巯基、乙烯基）的螺吡喃化合物可通过点击化学法快速、高效的接枝到织物上，构筑长寿命光致变色涤纶织物；不同柔性链段的硅烷化螺吡喃化合物变色褪色较快，且易采用常规浸轧整理即可获得耐疲劳性好、牢度较高的光致变色织物，而羧基和羟基螺吡喃化合物变色褪色速率稍慢，在乳液和涂膜环境下与乳液相容性较差，通过优化工艺，可采用多步涂层的整理方式获得均匀的光致变色涂层表面，但耐皂洗牢度需要进一步加强。在此基础上，通过接枝、酯化等方法将螺吡喃化合物与纳米纤维素聚合形成纳米纤维素/螺吡喃复合材料，该光致变色高分子材料可作为光致变色Pickering稳定剂，为后续光致变色中空微球的制备奠定基础。其次，系统探究丙烯酸丁酯和硅烷偶联剂改性纳米纤维素，并利用Pickering乳液聚合技术，可控构建具有透气透湿纳米纤维素中空微球。通过优化探索与大量实验，获得了纳米纤维素基中空微球涂层材料，阐明了纳米纤维素基中空微球形成机理。此外，项目在系列螺吡喃化合物的基础上，扩展探究了采用点击化学法制备长寿命光致变色涤纶织物，建立合成参数与织物变色行为、耐疲劳性之间的内在联系，揭示了点击化学法在涤纶织物表面构筑长寿命光致变色涂层的界面作用机制。该项目对光致变色高分子材料的变色行为和变色机制的研究具有重要的理论指导意义，为智能光致变色涤纶织物增强了核心竞争力，显著提升了我国智能纺织品研发的创新能力，促进我国纺织行业的可持续发展。