Photochromic Properties of Cellulose Derivatives Having Spirobenzopyran Group

Cellulose acetate derivatives containing 6-(p-hexyloxyphenyl)carbonyl spirobenzopyran (CA-COSP) were prepared from base-catalyzed etherification of cellulose acetate, and their physical and photochromic properties were characterized. The degree of substitution of COSP was calculated from the amount of residual hydroxyl groups in cellulose acetate measured by the $^1H$-NMR and UV spectrometric data. It was ranging from 0.87 to 45.5% depending on the reaction condition. UV/vis spectrometry of the resulting CA-COSP revealed that the polymer shows a reversible color change by changing its color from colorless to blue upon UV irradiation forming a merocyanine structure, and returning back again to colorless spiropyran structure by visible light or by heat. The rate of color change was faster in solution than in the film. In the more polar solvent, the more stable was the resulting merocyanine, and the slower was the rate of reverse reaction to spiropyran. Compared to COSP blended with cellulose acetate, in which a phase separation was observed for samples containing more than 0.9 wt% of COSP, up to 48 wt% of COSP could be blended in CA-COSP without phase separation.

스피로벤조피란을 포함하는 셀룰로오스 유도체의 광변색 특성

6-(파라헥실페닐)카보닐 스피로벤조피란(6-(p-hexyloxyphenyl)carbonyl spirobenzopyran, COSP)기를 포함하는 새로운 초산 셀룰로오스 유도체(CA-COSP)를 초산 셀룰로오스의 에테르화 반응에 의해 합성하고 이들의 물리적 특성과 광변색 특성을 조사하였다. COSP 치환도는 $^1H$-NMR과 UV 분광학적으로 확인한 결과 반응조건에 따라 셀룰로오스 내 잔류 수산기에 대하여 0.87~45.5%가 됨을 알 수 있었다. 얻어진 CA-COSP의 자외선 분광학 실험 결과 이 고분자는 자외선에 의해 메로시아닌(merocyanine) 구조로 변화하면서 무색에서 푸른색으로 변색하고, 가시광선 또는 열에 의해 다시 투명한 스피로피란(spiropyran)으로 돌아오는 가역적인 색변화가 일어남을 알 수 있었다. 색변화는 용액에서의 경우가 필름보다 빠른 특성을 보여주었으며, 극성용매 중에서는 메로시아닌의 안정성이 더 높아져서 스피로피란으로의 역반응이 더 느리게 일어남을 확인하였다. COSP를 CA-COSP에 혼합할 경우의 상용성을 COSP를 초산 셀룰로오스에 혼합할 경우와 비교하였다. 그 결과 순수한 초산 셀룰로오스의 경우 0.9 wt% 이상 혼합하면 상분리가 관찰되었으나, CA-COSP의 경우에는 48%까지 COSP를 혼합하여도 상분리가 관찰되지 않았다.