【摘 要】
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光致变色材料在生活中各个领域的应用越来越受到人们关注,光致变色包括化学变色与物理变色。羧甲基纤维素具有无毒、易溶于水、成膜性好等特性,在合成功能性材料上具有广阔前景,将其与稀土离子结合可获得紫外激发荧光性能材料。结构色是由亚微米周期性结构引起的布拉格衍射和双折射材料的色偏振等光干涉现象引起的,在自然界中广泛存在,为新型器件、传感器和光学加密的应用提供巨大的可能性。本论文采用共沉淀法合成了羧甲基纤维
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光致变色材料在生活中各个领域的应用越来越受到人们关注,光致变色包括化学变色与物理变色。羧甲基纤维素具有无毒、易溶于水、成膜性好等特性,在合成功能性材料上具有广阔前景,将其与稀土离子结合可获得紫外激发荧光性能材料。结构色是由亚微米周期性结构引起的布拉格衍射和双折射材料的色偏振等光干涉现象引起的,在自然界中广泛存在,为新型器件、传感器和光学加密的应用提供巨大的可能性。本论文采用共沉淀法合成了羧甲基纤维素基稀土复合荧光材料,采用控制变量法合成结构色油墨,并且对两种光致变色材料的性能和在防伪领域应用进行深入的研究。其主要内容包括以下三个部分:首先,采用共沉淀法制备CMC/La F3:Eu3+复合材料。CMC分子表面周围包含大量羟基,可以有效吸附La F3:Eu3+纳米晶粒。通过FT-IR、XPS、SEM、XRD、TGA和荧光光谱等表征方式对功能化的CMC/La F3:Eu3+复合材料进行了表征。综合考虑红外光谱(FTIR)、光致发光光谱(PL)、场发射扫描电子显微镜扫描图(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TGA)的表征结果,得到Eu3+和La3+的最佳掺杂比可为4:6~5:5,稀土离子的掺杂浓度可在质量分数为30%~40%之间,制备CMC/La F3:Eu3+复合材料的温度优选为70~80℃。因此,本实验为制备环保荧光材料提供了一种有效的方法,有望应用于光致发光防伪领域。然后,采用控制变量法制备防伪效果优异的结构色油墨配方。结构色油墨具有优异随角异色效果,因此可应用于防伪领域。通过采用NDJ-79旋转粘度仪、X-Rite分光光度计、NOVO-GLOSS光泽度仪、3M胶带等对结构色油墨的性能进行表征;采用相机对结构色油墨印品的效果进行表征;采用酸碱试剂、数显鼓风干燥箱、冰箱等对结构色油墨的耐抗性进行表征。综合考虑粘度、色度、色密度、光泽度、附着牢度、色差、反射光谱曲线和耐抗测试等表征结果,得到结构色油墨中结构色颜料占比在13%左右,树脂占比在27%~30%之间,结构色颜料部分珠光颜料与光变颜料比例为2:8,此时油墨印刷效果最佳,且其光变效果与珠光闪烁效果都较好。较小粒径光变颜料可实现柔和变色效果,较大粒径光变颜料结构色变色对比明显;较小粒径珠光颜料可呈现柔和珍珠光,较大粒径珠光颜料呈现闪光珍珠光,闪烁效果明显。最后,将上述方法制得的光致变色材料应用于印刷包装防伪领域。首先将CMC/La F3:Eu3+复合材料通过流延法制备了CMC/La F3:Eu3+复合薄膜,CMC本身具有较好的成膜性,通过添加适量助剂,制备成具有较好性能的CMC/La F3:Eu3+复合薄膜。另外,将制得的结构色油墨通过丝网印刷方式印制于门票上,以用于门票产品的防伪。通过场发射扫描电子显微镜、荧光光谱仪、PTI万能试验机、紫外可见分光光度计和UV灯激发等表征方式,对CMC/La F3:Eu3+复合薄膜性能进行表征。综合考虑场发射扫描电子显微镜扫描图、荧光发射光谱、应力-应变曲线、透光率曲线、紫外激发宏观光学图的表征结果,我们所制备的透明防伪膜表现出良好的荧光强度、透明性并具有良好的机械性能,CMC/La F3:Eu3+复合材料在20天内能显示出稳定的发光强度。因此,这项工作为制备环保防伪薄膜提供了一种有效的方法,有望应用于光致发光防伪领域。同时,通过采用分光光度计对结构色印品进行表征,得到印品在不同角度的光谱反射率曲线,制得的结构色防伪样品随角度异色效果较好且闪烁效果明显,在印刷包装防伪领域具有广阔应用前景。
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