Page 69 - 《精细化工》2021年第4期

第 4 期 王彬彬，等: 热致变色聚合物研究进展 ·703·

在冷链运输中是否保存完好 [11] 。 到一定限制，而有机聚合物热致变色材料稳定性好、
种类丰富，已成为近年来的研究热点 [13] 。聚合物具
有稳定性高、柔韧性好、毒性小、廉价、制备简单
和可加工性强等优点，在新一代刺激响应材料中具
有不可替代的优势，聚合物的可控自组装及功能化
[9]
将是智能材料未来发展趋势 ，热致变色聚合物就
是其中一个重要的研究方向。
本文重点介绍了 5 种热致变色聚合物的变色机
理及近期的一些重要研究成果。热致变色有机小分

子分散到聚合物的工作已有综述报道 [1,14] ，不在本综
图 1 光与物质的相互作用示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the interactions between light 述范围内。
and material
1 热致变色聚合物
目前，热致变色材料种类繁多，按材料组成可
以分为无机、有机和有机金属配合物 [10,12] 。与无机 聚合物种类繁多，不同结构的聚合物与光的作
热致变色材料相比，有机热致变色材料具有易修饰、 用不同，因而其热致变色机理也不同，其中，常见的
颜色可调、变色明显、柔韧性强等诸多优点。其中， 热致变色聚合物有 5 种，分别为共轭聚合物、超分
有机小分子热致变色材料稳定性较差，实际应用受 子聚合物、凝胶、光子晶体和液晶聚合物，见表 1。

表 1 5 种常见热致变色聚合物的变色机理及应用
Table 1 Thremochromic mechanisms and applications of five thermochromic polymers
聚合物种类 变色机理 与光的作用 应用 参考文献
共轭聚合物 共轭骨架构象改变，共轭体系缩短 吸收 传感器、变色标签、变色油墨、医学诊断 [10]
超分子聚合物 非共价键断裂与形成，发色基团之间相互作用改变 吸收、发射 传感器、自愈材料、智能窗 [15]
凝胶 相态改变 散射 智能薄膜、智能窗、药物载体 [16]
光子晶体 折射率或晶面间距改变 反射 传感器、智能薄膜、通信 [17]
液晶聚合物 螺距改变 反射 变色纤维、显示器、信息存储、防伪 [18]

1.1 共轭聚合物 1.1.1 聚二乙炔
共轭聚合物是目前被研究最多的一类热致变色 聚二乙炔是由二乙炔单体的组装体在紫外线
聚合物，由于其稳定性高，且易于组装成器件，在 （UV）或 γ 射线照射下聚合而成，通常具有高度有
化学传感、生物检测及热致变色标签等方面有着重 序的共轭骨架和可定制的侧链结构。自 1969 年
要应用 [19] 。常见的热致变色共轭聚合物包括聚二乙 WEGNER [21] 首次报道以来，就得到了人们的广泛关
炔（PDAs）、聚噻吩（PTs）、聚(亚苯基亚乙烯)（PPVs） 注。聚二乙炔的制备不需要额外的引发剂，操作简
和聚(亚苯基亚乙炔)（PPEs），其变色机理普遍认为 单。该聚合物具有 C==C 和 C≡≡C 键（烯-炔）交替
和共轭骨架的构象有关系。1999 年，LECLERC [20] 的共轭骨架结构，是一种性能优良的变色材料，可
系统地阐述了共轭聚合物热致变色的原因，即在加 对多种刺激产生变色响应，如温度、有机溶剂、外
热条件下，聚合物主链发生扭曲， 电子共轭体系被 [22]
力和 pH 等 。聚二乙炔无论是在固体状态还是在
破坏，共轭长度缩短，吸收波长蓝移，从而表现出
溶液中都可以发生热致变色。通过对聚二乙炔变色
颜色变化，见图 2。
机理的研究发现，侧链之间的相互作用对聚合物的
整体构象及变色性能有着重要的影响 [19] 。改变侧链
基团可以调控聚二乙炔的热致变色性能，例如调控

变色可逆性。

图 2 共轭聚合物热致变色示意图
Fig. 2 Schematic diagram of thermochromic mechanism of
conjugated polymers