第三节 光致变色色素
光致变色现象（Photochromism）最早发现于1867年，当时发现黄色的四并苯经光照后颜色褪去，经过加热又呈现黄色。1956年有人发现具有光致变色性能的物质可用作光记录介质，于是引起了IT产业界的兴趣。
光致变色现象指的是物质（有机分子或无机晶体）受到光照射后，其最大吸收波长（或反射光的波长）发生变化的现象。具有这种性质的物质称为光致变色材料或光致变色色素 （Photochromic colorant），这类色素有可能在显示材料、传感器以及装潢等方面得到应用，但这类色素要实用化必须同时满足以下条件：
（1）变化前后的两个最大吸收波长（或反射光的波长）至少有一个在可见光区。
（2）变化前后的物理状态具有足够的稳定性。
（3）两种状态之间的变化要有较高的抗疲劳性，即有足够长的循环寿命。
（4）两种状态之间变换的响应速度要足够快，灵敏度要足够高。
（5）制造成本要足够低。
光致变色材料或光致变色色素分为无机和有机两大类。本节主要介绍有机光致变色色素。
一、有机光致变色色素
有机光致变色色素的种类根据变色机理划分：
1.由共轭链变化导致变色的光致变色色素 这类色素分子经光激发，其化学结构因电荷转移发生变化，导致化合物由无色变为有色，或由有色变为无色，颜色的变化较明显。这类色素的化学结构类别主要有螺吡喃类、螺
嗪类、联吡啶类、氮丙啶类、嗪类等，其中螺吡喃类是有机光致变色色素中研究最早和最多的体系。1952年Hirsbberg提出这类化合物具有作为光化学记忆和可变密度的光学快门的可能性。
2.由顺—反式结构变化引起变色的光致变色色素 这类分子吸收光能量后可使分子构造由顺式向反式或由反式向顺式转化，同时使分子的颜色发生变化，色差往往不大但可区别，这类色素的化学类别有硫靛类、偶氮类等。
3.由分子内质子转移产生颜色变化的光致变色色素 这类分子在光照下会发生分子内质子的转移，使得分子的颜色由无色或浅黄色变为橙红色，如席夫碱类、呫吨类化合物。席夫碱类化合物具有良好的抗疲劳性能，不易光化学降解，其成色—消色循环可达104～105次。此外，席夫碱类化合物还具有光响应速度快的优点，光致变色可在皮秒级范围内发生。
4.由开环—闭环反应引起变色的光致变色色素 这类分子在光照下会发生分子内开环—闭环反应，它们通常具有良好的热稳定性。如俘精酸酐类、二杂芳乙烯类、二甲基芘类化合物等。俘精酸酐类化合物是取代的琥珀酸衍生物，多呈艳丽的黄色。1978年，杂环类俘精酸酐的问世导致了对俘精酸酐类光致变色色素研究的迅速发展。
5.由加氧—脱氧反应引起变色的光致变色色素 这类色素一般为芳香稠环类化合物，它们在氧的作用下，经一定波长的光照射，稠环内会形成过氧桥构造，经另一波长光照射又会失去氧，回复原状，在此过程中伴随着颜色的改变。这类化合物大多具有荧光和光致变色的双重特性。
6.由光氧化—还原反应引起变色的光致变色色素 三芳二吡嗪醌经光化学还原反应，其中的羰基会转变成羟基，在此过程中伴随着颜色的变化，由原先的黄色转变成绿色。
7.由均裂反应引起变色的光致变色色素 四氯萘酮分子受光照发生键的均裂，产生了一个橙色的三氯萘氧自由基和一个氯自由基，这个反应是可逆的。
二、光致变色色素的应用
光致变色色素可以用来制光致变色油墨；将光致变色色素加入透明树脂中，制成光变色材料，可用于太阳眼镜片、服装、玩具等。
（1）光致变色油墨的配方及制备工艺：3份螺-吲哚-萘嗪类化合物，溶于57份醋酯纤维素丙酸酯、20份甲苯和20份乙醇中，混合物在60℃下加热15min，在80℃减压下将溶剂蒸干，将残余物粉碎成1～20μm微粒，即可作为光致变色色素的制备物使用。
（2）水性油墨的配方及制备工艺：48%丙烯酸聚合物的水乳液（Joncryl 89）69份，49%丙烯酸聚合物的水乳液（Joncryl 74）6份，消泡剂0.02份，聚乙烯蜡1.0份，异丙醇8份，水3份以及上述光致变色制备物13份，在三辊机中调合成油墨，用普通的方法印在纸上，印品在360nm波长的光照射下，会由无色变成蓝色。
用同样的方法，以俘精酸酐类光致变色色素替换螺嗪类色素，可以制成水性凹版印刷油墨，在光照下由无色变成桃红色。
将光致变色色素与高聚物结合在一起，可以制成具有光变色性能的材料，在光电技术和光控装置中有很好的应用前景，如通过磺酰氨基将偶氮苯和赖氨酸接枝在一起，可制成含偶氮基团的多肽高聚物：
将这种多肽化合物溶于六氟丙烯中，会由偶氮苯的顺—反光异构化而引起颜色的变化。
通过下列方法可将螺吡喃引入L-赖氨酸高聚物的侧链上：
可逆的光致变色化合物作为可擦拭激光光盘染料具有潜在的应用价值，它作为信息存储介质具有可提高读写速度、增加信息存储、降低生产成本等优点。前面所述的俘精酸酐类化合物是很有希望的可用于可擦拭光盘的色素。