Fotohromne boje

By   /  12. marta 2018.  /  Komentari su isključeni na Fotohromne boje

Autor: Anica Lancuški

U opštem slučaju, hromizam predstavlja reverzibilnu promenu u boji neke hemijske supstance pod uticajem stimulanasa iz spoljne sredine. Podela hromizma u odnosu na vrstu spoljnjeg stimulansa je data u Tabeli 1. 

STIMULANS POJAVA
Svetlost Fotohromizam
Toplota Termohromizam
Elektricitet Elektrohromizam
Pritisak Piezohromizam
Polarnost rastvarača Solvatohromizam
Trenje Tribohromizam
Napon pare Vapohromizam
Joni (pH) Jonohromizam
Elektronski mlaz Tribohromizam

Tabela 1. Podela hromizama u odnosu na vrstu stimulansa kojim se ostvaruje promena u boji

 

Fotohromizam je reverzibilna promena hemijske supstance koja nastaje kao posledica apsorpcije elektromagnetnog zračenja (svetlosti) na različitoj talasnoj dužini. 
Fotohromne boje su supstance koje ispoljavaju fenomen fotohromizma. Usled izlaganja UV zračenju, fotohromne boje podležu promeni konformacije, što se vizuelno manifestuje kao promena boje, najčešće iz bezbojnog u obojeni oblik (Slika 1).


Slika 1. Promena konformacije spirooksazinske boje izlaganjem UV i vidljivom svetlošću sa 2D animacijom konformacione promene

 

Na Slici 1, na primeru spirooksazinske boje, je prikazana promena konformacije usled ozračivanja UV i vidljivom svetlošću (VIS). Neobojeni oblik spirooksazina ima sp3 hibridizovan spiro-atom ugljenika koji razdvaja molekul na dve polovine. Svaka polovina se sastoji od benzenskih heterocikličnih prstenova čiji su π sistemi ortogonalni na spiro-ugljenik. Prilikom UV zračenja, kovalentna veza između spiro-ugljenika i kiseonika oksazinskog prstena se raskida. Prsten se otvara u planarni oblik a π sistemi su konjugovani celom dužinom molekula, što je osnovni uslov da bi hemijska supstanca bila obojena (apsorpcija elektromagnetnog zračenja se odigrava u oblasti vidljive svetlosti). Ovo takođe uslovljava to da je spirooksazinskim bojama potreban određen prostor kako bi se konformaciona promena odigrala.

Fotohromne boje su našle široku primenu u industriji i nauci za sledeće upotrebe:

Optička stakla i sočiva – kada sunčeva svetlost padne na ovakav materijal, fotohromni molekuli apsorbuju UV zrake, menjaju boju u tamniju (Slika 2), i tako štite oči od štetnih UV zraka.


Slika 2. Foto-osetljiva stakla različite boje nakon interakcije sa UV zracima

 

Tekstilna industrija – tekstilni proizvodi koji nakon izlaganja UV zracima pokazuju promenu u boji koja može imati indikativni, kamuflažni ili modni karakter. Primer promene boje tkanine pod dejstvom UV zračenja je prikazan na Slici 3. Ako se radi o odevnom predmetu, ovakva promena se u praksi odigrava npr. prilikom izlaska iz zatvorenog prostora u spoljnu sredinu. Odevni predmet je neobojen dok se nalazimo unutra, a prilikom izlaska napolje i izlaganja sunčevim zracima (ili npr. UV svetlosti u diskotekama i kafićima) postaje obojena.


Slika 3. (a) Tkanina posle izlaganja UV zracima; (b) Tkanina pre izlaganja UV zracima (vidljiva svetlost)

 

High-tech primena za optičko skladištenje podataka – Sa aspekta naučnih straživanja, interesantna su dostignuća Wanga2 sa saradnicima. Oni su razvili fotopremeštanje (eng. photoswitching) u sistemu hidrogel/boja: poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPA) / spirooksazinska boja (SPO). Na hlorid akrilne kiseline (Slika 4, struktura br 2) je hemijski vezana fotohromna boja, SPO (Slika 4, struktura br 1). Ovako dobijeni monomer (Slika 4, struktura br 3) je umrežen sa N-izopropilakrilamidom (Slika 4, struktura 4) pomoću N,N’-metilenbisakrilamida (BIS) (Slika 4, struktura br 5). Dobijena je jedna stabilna i fleksibilna struktura gela PNIPA-SPO-BIS.


Slika 4. Hemijske reakcije dobijanja PNIPA-SPO-BIS hidrogela

 

Ova hibridna struktura je našla primenu kao novo sredstvo elektronskog ažuriranja podataka optičkim putem (eng. new recording media for optical information storage) kao što ilustrovano na Slici 5. Plave oblasti na Slici 5 reprezentuju hidrogel ozračen UV svetlošću. Ozračivanjem PNIPA-SPO-BIS hidrogela UV svetlošću stvara se zapis, dok se isti briše ozračivanjem vidljivom svetlošću a proces se može ponoviti više puta. Imajući u vidu reverzibilnu fotoizomerizaciju i visoku otpornost na zamor, PNIPA-SPO-BIS hidrogel je važan kandidat kao materijal za optičko brisanje/pisanje/čuvanje podataka.


Slika 5. Šema ažuriranja podataka na PNIPA-SPO-BIS hidrogel

Fotohromne boje su uveliko prisutne u našoj svakodnevici, i njihova oblast primene je veoma široka. Matrice u koje se fotohromne boje ugrađuju se neprestano modifikuju i koriguju, kako bi im omogućile najrazličitiju namenu. Poboljšanje postojanosti fotohromnog odgovora, očuvanje reverzibilnosti konformacionih promena, minimiziranje pH osetljivosti fotohromnih boja su samo neki od izazova koje možemo očekivati da budu rešeni u budućnosti.

Reference:

  1. S. Datta Roy, M.L. Gulrajani,Smart Colorants for Textile, The 86th Textile Institute World Conference, Hong Kong, 18-21 November 2008, Conference Proceedings (CD-ROM), 281-294 (2008) (ISBN 978-962-367-628-1)
  2. S. Wang, M. K. Choi, S. H. Kim,Bistable photoswitching in poly(N-isopropylacrylamide) with spironaphthoxazine hydrogel for optical data storage, J Photochem Photobiol A: Chemistry 2008, 198, 150-155.
  3. A. Lancuški,Ugradnja fotohromnih boja u mikročestice hidrogelova na bazi hitozana i poli(N-izopropilakrilamida),diplomski rad, Tehnološko Metalurški Fakultet Univerziteta u Beogradu, 2010.

  


RSS
%d bloggers like this: