[發(fā)明專利]一種電泳沉積制備結構色纖維的方法

無效

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• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103074757A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 李耀剛;劉志福;王宏志;張青紅
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M10/10
• 分類號: D06M10/10;C08F120/14
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發(fā)明屬于纖維染色領域，特別涉及一種電泳沉積制備結構色纖維的方法。

背景技術

我國是一個紡織大國，紡織業(yè)在國民經濟中占有舉足輕重的地位，但是紡織材料所用纖維的傳統(tǒng)染色過程中存在著大量的重金屬離子和有毒的中間體，這些對人類和環(huán)境造成嚴重的負面影響。目前國內外的學者在制備無污染纖維方面不斷做著貢獻，例如M.Y.Han等在Advanced?Materials?Vol.23(2011)pp.1463-1466中報道了將熒光染料注入到馴化的蠶幼蟲中，通過改變蠶的飲食習慣，可以直接生產出具有熒光顯色性能的蠶絲纖維，但是需要外界紫外光的照射才可以達到熒光效果。而結構染色能夠成為解決這一問題的良好方案，它是使光波與纖維表面微結構發(fā)生散射、衍射或干涉而產生的各種顏色的物理過程，是源自自然界中蝴蝶翅膀、蛋白石結構顯色的仿生概念。如果能在纖維的表面形成一層結構色，能夠行之有效的克服傳統(tǒng)染色過程中的缺陷并造就智能的結構顯色纖維。

近幾年在結構色纖維研究領域，國內外的研究者都在積極尋求操作簡單、效果好的賦予纖維顏色的路線。K.Q.Zhang等在J.Fiber?Bioeng.Inform.Vol.2(2010)pp.214-218報道了在玻璃纖維的表面通過蘸取沉積的方法組裝了一層SiO₂納米球，實現(xiàn)了結構色，但是這種方法缺乏長程有序；申請人等在Chemical?Communications?Vol.47(2011)pp.12801-12803中報道了在玻璃纖維表面自組裝一層蛋白石結構，從而實現(xiàn)玻璃纖維表面結構色的目標；M.Skorobogatiy等在Optics?Express,Vol.16(2008)pp.15677-15693中制備聚合物光子晶體光纖也發(fā)現(xiàn)了結構色的效應，當入射光在其制備的PMMA/PS多層結構的光纖中傳播的時候，由于多層結構之間折射率的差別，部分光從光纖中透出，宏觀上也可以觀察到色彩鮮艷的顏色，這為利用二維光子晶體結構制備結構色纖維提供了必要的理論依據(jù)和實驗條件，但是前提是要有外界光源；J.J.Baumberg在Optics?Express,Vol.19(2011)pp.3144-3154中將PS球分散于聚合物中利用紡絲機制備出了一種基于蛋白石結構的結構色纖維，但是其顯色性有待進一步提高。綜上所述，制備一種電場調控的結構色纖維仍具有一定的理論和現(xiàn)實意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種電泳沉積制備結構色纖維的方法，本發(fā)明所制備的結構色纖維具有優(yōu)異的光學性能，本發(fā)明無需有毒化學染料，對減少染整工業(yè)的環(huán)境污染具有重要的參考價值。

以甲基丙烯酸甲酯MMA、過硫酸鉀為起始原料，采用乳液聚合法制備得到聚甲基丙烯酸甲酯PMMA納米球，并將聚甲基丙烯酸甲酯PMMA納米球與去離子水混合得到分散液；將分散液置于環(huán)形容器中，將單根或一束纖維置于環(huán)形容器的中心處，通過附加電場電泳沉積，然后將纖維從容器中拉出，干燥，制備得到PMMA納米球組裝的結構色纖維，通過改變PMMA納米球的粒徑實現(xiàn)藍色、綠色、紅色的結構色纖維；甲基丙烯酸甲酯MMA與過硫酸鉀的摩爾配比為：1:100~8:100。

所述PMMA納米球的粒徑為150~280nm。

所述分散液的濃度為8mg/mL~40mg/mL。

所述的纖維為碳纖維、有機導電纖維或金屬纖維。

所述的制備結構色纖維的納米球同時也可以是聚苯乙烯、SiO₂或ZnS納米球。

所述電泳電壓為2~12V，沉積時間為20~300s。

所述電泳沉積結束后干燥的溫度為75~90℃，時間為0.5~2h。

本發(fā)明是這樣實施的：先將制備的不同粒徑的PMMA納米球與去離子水按一定比例混合得到分散液；將分散液置于環(huán)形容器中，將單根或一束纖維置于環(huán)形容器的中心處，通過調節(jié)電壓和電泳沉積時間改變纖維表面組裝納米球薄膜的厚度，沉積結束后將纖維從容器中拉出，并在一定溫度的烘箱中干燥一段時間，制備得到PMMA納米球組裝的結構色纖維。

有益效果

（1）本發(fā)明是將PMMA納米球在一定的環(huán)形電場中電泳沉積到碳纖維上，得到結構色碳纖維，具有優(yōu)異的光學性能，在光子晶體結構染色方向有著重要的應用，可用于制備顏色可調的光子晶體纖維、光子晶體顏色傳感器等，具有良好的應用前景；

（2）本發(fā)明無需有毒化學染料，對減少染整工業(yè)的環(huán)境污染具有重要的參考價值。

附圖說明