[發(fā)明專利]一種基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN112625289B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈慧芳;楊壯剛
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J7/04
• 分類號(hào): C08J7/04;C08L51/00;C08F265/02;C08F220/20;C08F220/06
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 齊鍵

本發(fā)明公開了一種基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體由聚丙烯酸彈性體層、光子晶體層和聚丙烯酸彈性體層依次層疊而成。本發(fā)明的基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體具有明亮的結(jié)構(gòu)色，顏色無角度依賴性，且在保持原有光子晶體光學(xué)特性的情況下柔韌性、自恢復(fù)性和機(jī)械強(qiáng)度都得到提高，另外還具有一定的耐溶劑性，可以用于制備電線電纜保護(hù)套、桌墊、家具裝飾材料、玩具、實(shí)體標(biāo)志等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光子晶體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)色彈性材料是由不同折射率的介質(zhì)通過周期性排列形成的具有光子晶體結(jié)構(gòu)的材料，其可以通過調(diào)整光子禁帶寬度而顯示出不同的結(jié)構(gòu)色，因此，可以用于可穿戴柔性設(shè)備、醫(yī)療器械、美容假體等領(lǐng)域。

現(xiàn)階段大部分的研究主要集中在球形粒子的反蛋白石結(jié)構(gòu)，其制備過程如下：先用球形納米粒子(如聚苯乙烯微球、二氧化硅微球等)自組裝得到光子晶體模板，然后將彈性體前體液滲透到光子晶體間隙中，固化后將球形粒子刻蝕得到反蛋白石結(jié)構(gòu)的彈性體材料。不過，此過程較為復(fù)雜，而且光子晶體模板骨架在前體液填充階段易坍塌。

最近，有研究者通過對球形納米粒子進(jìn)行改性，使其與彈性體前體液具有很好的相容性，同時(shí)引入金屬離子形成配位絡(luò)合物，通過旋涂、噴涂或熱輔助沉積等方法制備得到了顏色可調(diào)、無角度依賴、具有一定自愈合性能的超分子結(jié)構(gòu)色彈性體(TAN H,LYU Q,XIEZ,et al.Metallosupramolecular Photonic Elastomers with Self-HealingCapability and Angle-Independent Color[J].Adv Mater,2019,31(6):e1805496.)。不過，該方法需對納米粒子以及黑色素添加物都進(jìn)行改性，操作要求高，而且制備得到的彈性體機(jī)械強(qiáng)度較低。

聚丙烯酸是一種親水性的弱電解質(zhì)材料，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，基于聚丙烯酸的彈性材料都具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)，聚丙烯酸主鏈中含有大量的羧基，在弱堿性條件下可以轉(zhuǎn)化為羧酸根負(fù)離子與金屬離子進(jìn)行配位。研究者們通過將球形納米粒子與超分子聚丙烯酸彈性體相結(jié)合，制備得到了具有較高機(jī)械強(qiáng)度的聚丙烯酸超分子結(jié)構(gòu)色彈性體(WUJ,NIU W,ZHANG S,et al.A flexible and robust dual-network supramolecularelastic film with solvent resistance and brilliant structural colors[J].NewJournal of Chemistry,2019,43(29):11517-23.)，但是這種超分子彈性體要實(shí)現(xiàn)配位作用需要用堿性物質(zhì)來調(diào)節(jié)pH，導(dǎo)致制備得到的超分子聚丙烯酸彈性體顏色偏黃，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)色彈性體的顏色，極大地限制了其應(yīng)用。

因此，有必要開發(fā)一種具有明亮的結(jié)構(gòu)色、顏色無角度依賴性、機(jī)械強(qiáng)度大、具有自恢復(fù)性的結(jié)構(gòu)色彈性體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體。

本發(fā)明的目的之二在于提供上述基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體的制備方法。

本發(fā)明的目的之三在于提供上述基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體的應(yīng)用。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體，其由聚丙烯酸彈性體層、光子晶體層和聚丙烯酸彈性體層依次層疊而成；所述聚丙烯酸彈性體層由聚丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯和二烯丙基二硫醚通過光聚合得到；所述光子晶體層由聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)納米粒子、聚乙烯醇和碳納米管組成；所述聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)納米粒子由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸通過乳液聚合得到。

上述基于聚丙烯酸的結(jié)構(gòu)色彈性體的制備方法包括以下步驟：