光致变色现象及其在建筑装饰材料领域的应用
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇光致变色现象及其在建筑装饰材料领域的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
Photochromic Materials and Its Application in the Field of Architectural Decoration
Sun Binbin
（Shaanxi Institute of Technology，Xi'an 710300，China）
摘要： 介绍了常见的光致变色材料类型，分析了光致变色在建筑装饰材料领域的应用前景，综述了光致变色涂料、光致变色玻璃领域的研究新进展。并对光致变色建筑材料的发展前景进行了展望。
Abstract: The type of photochromic materials was introduced and the application of photochromic material in the field of architecture decoration was analyzed. The recently research progress of photochromic coating and photochromic glass was reviewed and the future of photochromic architectural material was predicted by authors.
关键词： 光致变色 建筑装饰 涂料 玻璃 综述
Key words: photochromism；architecture decoration；coating; glass；reviewed
中图分类号：TU56+4 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）29-0101-02
0引言
光致变色现象是指一种物质在受到一定波长的光的照射下，可进行特定的化学反应，获得另一种物质，由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化，而在另一波长的光照射下或热的作用下，又能恢复到原物质的形式。1881年，英国化学家T・L・Phipson在邮局的门柱上涂了一种奇妙的油漆，油漆白天受日照后，颜色就发黑，到了夜间就恢复为白色[1]。如果在城市标志性建筑的表面装饰上一层光致变色材料，这个建筑就可以在不同时间和地点，根据环境中敏感光线的强度差别呈现不同的颜色，成为变色建筑，增加城市的神奇色彩，装饰和美化环境。
1光致变色材料介绍
光致变色材料可分为无机和有机两大类。传统的无机光致变色材料有金属卤化物、金属羰合物、金属氧化物等，有着化学性能稳定、光致变色循环次数较高的优点，但是无机光致变色材料光电效率低、颜色单调[2]。相对无机光致变色材料而言，有机光致变色材料有着光线过滤功能优良、光电效率高、光响应速率快、对颜色的选择范围宽的诸多优点[3]，成为目前研究的热点。有机光致变色材料按其反应类型可大致分为以下几类。
1.1 键的异裂螺吡喃和螺f嗪等都属于这种类型，利用紫外线激发无色的螺吡喃时，即可导致螺碳-氧键的异裂，生成吸收在长波区域的开环的部花菁类化合物。研究表明螺吡喃的抗疲劳性较差，易被氧化降解。螺f嗪是在螺吡喃的基础上发展起来的，与螺吡喃相比抗疲劳性能大大提高。
1.2 键的均裂六苯基双咪唑在光照下发生键的均裂，生成很活泼的三苯基咪唑自由基，由于后者很容易同氧结合，在氧的存在下其光致变色循环仅仅能往复几次，抗疲劳性能差。
1.3 质子转移互变体系水杨醛缩苯胺类希夫碱类光致变色材料在紫外光照射下，发生质子由氧到氮的转移而显示出由黄色到橘红的颜色变化。此类化合物的耐疲劳性很好，但在室温下，在溶液中，光致变色产物稳定性很差。
1.4 顺反异构偶氮苯是一类通过顺反异构方式实现光致变色的化合物，由于含有-N=N-，形成顺反异构现象。光和热的作用可使顺式和反式偶氮苯之间发生转化，反式结构一般比顺式结构稳定。
1.5 周环反应体系该体系的典型化合物是俘精酸酐类，一般情况下，俘精酸酐反应过程中不产生活泼的自由基、离子或偶极中间体，因此其热稳定性和抗疲劳性获得了很大提高。吡喃类化合物也可以通过可逆周环反应实现光致变色，其具有较好的光响应性、较快的褪色速率和较好的光稳定性。
2光致变色在建筑装饰材料领域的应用
光致变色材料可应用于墙面涂料及建筑物标示等场合，以光致变色涂料、光致变色玻璃等常见的建筑装饰材料形式出现。
2.1 光致变色涂料涂料是以高分子材料为主体，以有机溶剂、水或空气为分散介质的多种物质混合物，涂于物体表面，可以形成一层致密、连续、均匀的薄膜，对物体有保护、装饰等作用。因早期的涂料以植物油或天然树脂漆为主要成膜物质，故常把涂料叫油漆。涂料目前已远远超出了油漆本身，成为五大合成材料之一。涂料是常用的建筑保护装饰材料，因价格相对低廉、施工方便、易于更新，所以使用十分普及。随着现代科技的发展，涂料除了传统的保护装饰作用外，还出现了许多特殊功能，光致变色涂料便是一种会因为环境中敏感光线强度的变化而导致自身颜色相应变化的“智能涂料”。
光致变色涂料采用或向基体中添加光致变色材料制成。青岛科技大学张恒[4]等研制开发了一种有机光致变色功能涂料，配方见表1，其涂层表现出明显的光致变色性。研究了涂料的稳定性能和涂层的稳定性，指出关键是化合物呈色体必须有足够的热稳定性和耐疲劳性。
天津城市建设学院柏立岗[5]等以市售涂料为基料，加入自制的光致变色材料，制备出一种可以光调控、智能化的光致变色涂料，配方见表2。可以根据实际需要更换不同的光致变色材料，或者根据不同比例的光致变色材料之间配色得到多种颜色变换的效果。
吉林建筑工程学院王立艳等[6]配制了一种螺f嗪光致变色聚丙烯酸酯涂料，配方见表3，研究了涂料的光致变色性能和抗疲劳性能，结果表明，涂膜在紫外灯照射下由无色变为蓝色，这种变化是可逆的。而且，紫外灯连续照射器小时后，涂膜仍具有良好的可逆光致变色性能，证实了这种光致变色涂料具有较高的抗疲劳性能。
2.2 光致变色玻璃无机玻璃以透明性好、不透水、坚硬耐磨、难熔、绝缘等优点被广泛用于建筑物门窗、天窗、幕墙等部位，成为现代建筑不可缺少的主要材料。无机光致变色玻璃传统的制备方法[7]是将光致变色物质等直接加入到基体玻璃配合料中，采用传统的高温熔炼工艺熔制浇铸，成片状玻璃，再经退火、分段热处理、研磨加工等工序制成玻璃制品。卤化银无机玻璃是一种传统的无机光致变色玻璃，在一定波长的光照下，卤化银粒子吸收能量发生分解，生成尺寸很小的胶体银与卤素，阻挡了光线的透过，使玻璃变暗。当撤去照射光后，胶体银与卤素重新结合在一起，生成卤化银，玻璃又变得透明[8]。传统方法制备的无机光致变色玻璃，整片玻璃的光致变色效果是均一的。
将光致变色物质制成涂层或薄膜，涂覆于成型的无机玻璃上，成为涂膜光致变色玻璃，根据不同需要，进行不同样式的涂覆，产生不同的光致变色效果。在两片或多片无机玻璃之间用光致变色夹层，可加工制成光致变色夹层玻璃，使用不同的光致变色夹层，可制成不同效果的光致变色夹层玻璃，已在中国耀华玻璃集团公司投产[9]。
与无机玻璃的刚性相比，有机玻璃则有着良好的韧性，易于加工。将有机光致变色物质在有机玻璃成型过程中加入到有机玻璃配合料中，一起成型则可制备出透明的有机光致变色玻璃。
光致变色玻璃可以防紫外线、防眩光，用于建筑幕墙可保护视力，并具有装饰美化等功能。
3结束语
光致变色现象发现到今天已有一百多年的历史，由于潜在的经济效益，在国内外引起了很大的研究兴趣。对于光致变色新型建筑材料的研究，正如我们以前指出[10]：①光致变色材料成色体的热稳定性差不一定是劣势。比如将光致变色螺嗪应用于建筑材料领域，正是利用其在紫外光的作用下可逆的变色反应来增加涂料的装饰功能，因此并不需要其具有特别好的热稳定性，只要能够合理利用并在一定时间里控制其热稳定性即可，这一点目前技术已经可以实现。②光致变色材料商品化的真正制约因素是光疲劳现象。光致变色建筑材料的疲劳直接导致商品的使用寿命缩短，商品性价比降低，从而失去市场竞争力。
目前由于经济成本和厂商对光致变色建筑材料的市场认知度问题，在加上光致变色技术在现阶段本身也不够成熟，光致变色材料在发达国家的建筑材料领域的应用也才起步，但由于其在建筑材料领域存在巨大的潜在市场，光致变色功能建筑材料的诱人前景正在促使相关研究和产业化的加速发展。
参考文献：
[1]苏慈生.有机光致变色材料的开发与应用[J].涂料技术，1991，（1）:1-5.
[2]蔡弘华，罗仲宽.光致变色材料的发展现状及其在建筑上的应用前景[J].广东建材，2007，（7）:22-23.
[3]王颖，李健，顾卡丽.智能变色涂层[J].中国表面工程，2007，20，（3）:9-14.
[4]张恒，杨卓如.有机光致变色功能涂料的研制[J].合成材料老化与应用，2007，36，（3）:22-26.
[5]柏立岗，谈廷风.掺杂萘并吡喃的涂料光致变色性能研究[J].涂料工业，2007，37，（10）:291-32.
[6]王立艳，张国，肖力光.光致变色涂料的制备及其性能研究[J].吉林工程技术师范学院学报，2008，24，（10）:65-66.
[7]王立艳，张国.光致变色玻璃的研究进展[J].科技创新导报，2008，（35）：249.
[8]沈庆月，陆春华，许仲梓.光致变色材料的研究与应用[J].材料导报，2005，19，（10）:31-35.
[9]李小娟.一步法光致变色EVA夹层玻璃的生产[J].玻璃，2005，（1）:55-56.
[10]孙宾宾，傅正生，陈洁.光致变色材料在军事领域的应用[J].陕西国防工业职业技术学院学报，2007，17，（1）:38-40.