高分子染料与小分子染料相比具有独特的光学特性以及在民用和军事领域潜在的应用价值,现已成为染料化学研究的一个新领域。高分子染料光吸收特性决定了颜色的深浅和浓淡以及能量转化效率,通过对光吸收的研究来揭示颜色和结构的关系,越来越受到人们的关注。高分子染料的荧光性能决定了染料色彩的鲜艳和亮丽程度,荧光增强效应可使染料利用率大幅度增加,对高分子染料的发展和推广具有非常重要意义。然而,目前对高分子染料光学吸收和荧光特性研究很不完善,制约高分子染料的发展。聚氨酯染料的特殊结构已成为一类具有重要研究价值的光学材料。水性聚氨酯染料具有的环保以及光吸收和荧光增强特性,能够克服高分子染料在水中溶解性不好、能量转化效率低和荧光量子产率低等缺点,在环保、生物制药、水处理和采油等领域中具有潜在的应用价值,正在成为染料化学研究的一个新研究方向。本论文鉴于小分子染料在光吸收、荧光发射、利用率、耐迁移、环保等性能方面存在的不足,而将染料高分子化可有效解决以上出现的一系列不足。在系统的调研了大量文献基础上,选用优异性能的水性聚氨酯为基体,以带有活性基团的小分子染料作为发色团,利用后扩链法和丙酮法将小分子染料通过化学键引入到聚氨酯链中,制备了水性聚氨酯染料四原色为主的一系列染料,实现了小分子染料的高分子化和水性化,采用现代测试方法研究水性聚氨酯染料的结构性能同时,探讨了水性聚氨酯染料光吸收特征与荧光增强效应,总结分子结构、分子所处的状态和外部环境等因素对水性聚氨酯染料的光学性能的影响。为进一步研究水性聚氨酯染料光吸收特征与荧光增强特性奠定基础。论文研究包括以下几个部分:1.设计合成了水性聚氨酯红色染料(WPU-DV17)。利用现代测试手段对其结构和性能进行表征,同时对其光吸收特征和荧光强度增强的机理,以及荧光对温度的响应特性,荧光稳定性进行研究。由于发色基团所处微环境不同,WPU-DV17荧光与DV17相比发生显著增强,WPU-DV17发射光的强度超过了原来反射光的强度,染料的色彩更加鲜艳和亮丽。WPU-DV17荧光在20-40 ℃荧光强度随温度升高而减弱,而50-80 ℃荧光强度随温度升高而增强。水性聚氨酯染料的双电子层结构,能有效保护发色基团,从而减少或阻止猝灭剂的作用,WPU-DV17在常温下很稳定,对猝灭剂也不敏感。2.设计合成了水性聚氨酯黄色染料(WPU-ACN)。利用现代测试手段对其结构和性能进行表征。通过紫外-可见光谱和荧光光谱对其光吸收、荧光增强机理、荧光对温度的响应和荧光稳定性等特性进行研究。WPU-ACN紫外吸收峰与ACN出现了 17nm的红移。由于阻止ACN间激基复合物的形成和增大了激发光吸收面积,WPU-ACN荧光强度相比染料单体发生明显增强,WPU-ACN发射光的强度超过了原来反射光的强度,染料的色彩更加鲜艳和亮丽。研究还发现,聚合物的荧光强度随着温度的升高而增强。水性聚氨酯染料的双电子层结构,能有效保护发色基团,从而减少或阻止猝灭剂的作用,WPU-ACN在常温下很稳定,对猝灭剂也不敏感。3.设计合成了水性聚氨酯蓝色染料(WPU-SB78)染料)。利用现代测试手段对其结构和性能进行研究。UV-Vis光谱中,WPU-SB78与SB78比较发现在520 nm和760 nm附近出现两个新的吸收峰,研究发现在760 nm处吸收峰随聚合物的分子量增加发生蓝移。随着温度的升高WPU-SB78存在增色和减色共存的现象。由于阻止SB78间激基复合物的形成和增大了激发光吸收面积WPU-SB78荧光强度与SB78相比发生明显增强。由于WPU-SB78荧光量子产率增加,发射光的强度超过了原来反射光的强度,染料的色彩更加鲜艳和亮丽。WPU-SB78荧光强度在20 ℃-40 ℃范围内随温度的升高而增强,而40 ℃-90 ℃随着温度的升高而减弱。水性聚氨酯染料的双电子层结构,能有效保护发色基团,从而减少或阻止猝灭剂的作用,WPU-SB78在常温下很稳定,对猝灭剂也不敏感。4.利用后扩链法将DV26接入聚氨酯主链形成水性聚氨酯紫色染料(WPU-DV26)。利用现代测试手段对其结构进行研究,同时用对光吸收特性、荧光增强机理、荧光对温度的响应特性、荧光稳定性等特征进行研究。在UV-Vis光谱中WPU-DV26相比DV26发生了明显的蓝移。由于阻止DV26间激基复合物的形成和增大了激发光吸收面积,WPU-DV26荧光强度相比DV26发生明显增强,WPU-DV26发射光的强度超过了原来反射光的强度,染料的色彩更加鲜艳和亮丽。研究还发现,聚合物的荧光强度随着温度的升高而减弱,并随浓度的增加表现为先增强后减弱。水性聚氨酯染料的双电子层结构,能有效保护发色基团,从而减少或阻止猝灭剂的作用WPU-DV26在常温下很稳定,对猝灭剂也不敏感。5.设计合成了水性聚氨酯黑色染料和水性聚氨酯增白剂。经丙酮法分别合成制备出黑色水性聚氨酯EBT-PU和BDO-PU。研究发现由于EBT接入聚氨酯分子链时引起助色团-OH消失以及EBT中偶氮基生色团与萘环等整体共轭体系受到影响,528 nm处的UV-Vis吸收峰出现了 44 nm的红移。虽然EBT-PU和BDO-PU分子链中软硬段都不相容,但EBT共轭结构较BDO的脂肪链结构对软硬段不相容性影响更大。实验证实EBT-PU染料是非晶聚合物,EBT的共轭结构可使EBT-PU热稳定性得到明显改善。通过丙酮法将荧光增白剂VBL接入水性聚氨酯链合成水性聚氨酯荧光增白剂(WPU-VBL)。现代测试手段表明VBL已接入聚氨酯链中。在UV-Vis光谱中WPU-VBL相比VBL发生了 16nm的蓝移。高分子染料的荧光量子产率、乳液的平均粒径以及VBL的含量被分别研究。荧光光谱表明,由于VBL所处的微环境不同,在相同条件下与单体相比聚合物的荧光强度发生明显增强。WPU-VBL发射光的强度超过了原来反射光的强度,染料的色彩更加洁白和亮丽。研究还发现,聚合物的荧光强度随着温度的升高而减弱,并随浓度的升高先增强后减弱。水性聚氨酯染料的双电子层结构,能有效保护发色基团,从而减少或阻止猝灭剂的作用,WPU-VBL在常温下很稳定,对猝灭剂也不敏感。本论文设计合成了水性聚氨酯染料四原色为主的一系列染料,合成的水性聚氨酯染料的颜色相对于小分子染料有一定的变化,染料的色彩更加鲜艳和亮丽。研究了水性聚氨酯染料光吸收特征,实现了水性聚氨酯染料荧光增强,荧光对温度的响应,以及荧光对猝灭剂的稳定性。为水性聚氨酯染料的应用发展提供支撑,为制备具有特殊用途的荧光聚合物拓展新的研究思路,为进一步研究高分子染料光学特性奠定基础。