一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体及其制备方法和应用。本发明专利技术的基于聚丙烯酸的结构色弹性体由聚丙烯酸弹性体层、光子晶体层和聚丙烯酸弹性体层依次层叠而成。本发明专利技术的基于聚丙烯酸的结构色弹性体具有明亮的结构色，颜色无角度依赖性，且在保持原有光子晶体光学特性的情况下柔韧性、自恢复性和机械强度都得到提高，另外还具有一定的耐溶剂性，可以用于制备电线电缆保护套、桌垫、家具装饰材料、玩具、实体标志等，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体及其制备方法和应用
本专利技术涉及光子晶体材料
，具体涉及一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体及其制备方法和应用。
技术介绍
结构色弹性材料是由不同折射率的介质通过周期性排列形成的具有光子晶体结构的材料，其可以通过调整光子禁带宽度而显示出不同的结构色，因此，可以用于可穿戴柔性设备、医疗器械、美容假体等领域。现阶段大部分的研究主要集中在球形粒子的反蛋白石结构，其制备过程如下：先用球形纳米粒子(如聚苯乙烯微球、二氧化硅微球等)自组装得到光子晶体模板，然后将弹性体前体液渗透到光子晶体间隙中，固化后将球形粒子刻蚀得到反蛋白石结构的弹性体材料。不过，此过程较为复杂，而且光子晶体模板骨架在前体液填充阶段易坍塌。最近，有研究者通过对球形纳米粒子进行改性，使其与弹性体前体液具有很好的相容性，同时引入金属离子形成配位络合物，通过旋涂、喷涂或热辅助沉积等方法制备得到了颜色可调、无角度依赖、具有一定自愈合性能的超分子结构色弹性体(TANH,LYUQ,XIEZ,etal.MetallosupramolecularPhotonicElastomerswithSelf-HealingCapabilityandAngle-IndependentColor[J].AdvMater,2019,31(6):e1805496.)。不过，该方法需对纳米粒子以及黑色素添加物都进行改性，操作要求高，而且制备得到的弹性体机械强度较低。聚丙烯酸是一种亲水性的弱电解质材料，玻璃化转变温度较高，基于聚丙烯酸的弹性材料都具有很高的机械强度，同时，聚丙烯酸主链中含有大量的羧基，在弱碱性条件下可以转化为羧酸根负离子与金属离子进行配位。研究者们通过将球形纳米粒子与超分子聚丙烯酸弹性体相结合，制备得到了具有较高机械强度的聚丙烯酸超分子结构色弹性体(WUJ,NIUW,ZHANGS,etal.Aflexibleandrobustdual-networksupramolecularelasticfilmwithsolventresistanceandbrilliantstructuralcolors[J].NewJournalofChemistry,2019,43(29):11517-23.)，但是这种超分子弹性体要实现配位作用需要用碱性物质来调节pH，导致制备得到的超分子聚丙烯酸弹性体颜色偏黄，严重影响了结构色弹性体的颜色，极大地限制了其应用。因此，有必要开发一种具有明亮的结构色、颜色无角度依赖性、机械强度大、具有自恢复性的结构色弹性体。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体。本专利技术的目的之二在于提供上述基于聚丙烯酸的结构色弹性体的制备方法。本专利技术的目的之三在于提供上述基于聚丙烯酸的结构色弹性体的应用。本专利技术所采取的技术方案是：一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体，其由聚丙烯酸弹性体层、光子晶体层和聚丙烯酸弹性体层依次层叠而成；所述聚丙烯酸弹性体层由聚丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯和二烯丙基二硫醚通过光聚合得到；所述光子晶体层由聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子、聚乙烯醇和碳纳米管组成；所述聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸通过乳液聚合得到。上述基于聚丙烯酸的结构色弹性体的制备方法包括以下步骤：1)将聚丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯、二烯丙基二硫醚和光引发剂分散在溶剂中配制成前体液，再取前体液注入模具进行光聚合，得到聚丙烯酸弹性体层；2)将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、乳化剂和pH调节剂分散在水中，再加入引发剂，进行乳液聚合，得到聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子；3)将聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子、聚乙烯醇和碳纳米管混合分散在水中配制成分散液，再将分散液涂覆在聚丙烯酸弹性体层上，进行粒子自组装和成膜，在聚丙烯酸弹性体层上形成光子晶体层；4)将步骤1)中的前体液涂覆在光子晶体层上，进行光聚合，在光子晶体层上形成聚丙烯酸弹性体层，即得基于聚丙烯酸的结构色弹性体。优选的，步骤1)所述聚丙烯酸(PAA)的用量为丙烯酸羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和甲基丙烯酸(MAA)总质量的75％～85％。优选的，步骤1)所述丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸的质量比为1:0.25～2:0.25～0.5。优选的，步骤1)所述聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的用量为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸总质量的2％～4％。优选的，步骤1)所述二烯丙基二硫醚(DADs)的用量为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸总质量的0.1％～0.8％。优选的，步骤1)所述聚丙烯酸的重均分子量为2000g/mol～4000g/mol。优选的，步骤1)所述聚乙二醇二丙烯酸酯的数均分子量为500g/mol～700g/mol。优选的，步骤1)所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的至少一种。进一步优选的，步骤1)所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮。优选的，步骤1)所述光引发剂的用量为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸总质量的2％～3％。优选的，步骤1)所述溶剂由水和乙醇按照质量比为1:1～2:1复配而成。优选的，步骤1)所述溶剂的用量为聚丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸总质量的2倍～3倍。优选的，步骤1)所述光聚合采用波长365nm、功率10w的紫外灯，照射时间为1.5h～2h。优选的，步骤2)所述苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)的质量比为1:0.05～0.1:0.05～0.1。优选的，步骤2)所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠(LAS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二醇硫酸钠中的至少一种。优选的，步骤2)所述乳化剂的用量为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸总质量的0.15％～0.3％。优选的，步骤2)所述pH调节剂为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。进一步优选的，步骤2)所述pH调节剂为碳酸氢钠。优选的，步骤2)所述pH调节剂的用量为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸总质量的2％～4％。优选的，步骤2)所述引发剂为过硫酸铵(APS)、过硫酸钾(KPS)、过氧化二苯甲酰(BPO)中的至少一种。优选的，步骤2)所述引发剂的用量为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸总质量的3％～4％。优选的，步骤2)所述乳液聚合在70℃～80℃下进行，聚合时间为6h～10h。优选的，步骤3)所述聚乙烯醇(PVA)的用量为聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子质量的0.3％～1％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体，其特征在于：所述基于聚丙烯酸的结构色弹性体由聚丙烯酸弹性体层、光子晶体层和聚丙烯酸弹性体层依次层叠而成；所述聚丙烯酸弹性体层由聚丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯和二烯丙基二硫醚通过光聚合得到；所述光子晶体层由聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子、聚乙烯醇和碳纳米管组成；所述聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸通过乳液聚合得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体，其特征在于：所述基于聚丙烯酸的结构色弹性体由聚丙烯酸弹性体层、光子晶体层和聚丙烯酸弹性体层依次层叠而成；所述聚丙烯酸弹性体层由聚丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯和二烯丙基二硫醚通过光聚合得到；所述光子晶体层由聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子、聚乙烯醇和碳纳米管组成；所述聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸通过乳液聚合得到。


2.权利要求1所述的基于聚丙烯酸的结构色弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将聚丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯、二烯丙基二硫醚和光引发剂分散在溶剂中配制成前体液，再取前体液注入模具进行光聚合，得到聚丙烯酸弹性体层；
2)将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、乳化剂和pH调节剂分散在水中，再加入引发剂，进行乳液聚合，得到聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子；
3)将聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子、聚乙烯醇和碳纳米管混合分散在水中配制成分散液，再将分散液涂覆在聚丙烯酸弹性体层上，进行粒子自组装和成膜，在聚丙烯酸弹性体层上形成光子晶体层；
4)将步骤1)中的前体液涂覆在光子晶体层上，进行光聚合，在光子晶体层上形成聚丙烯酸弹性体层，即得基于聚丙烯酸的结构色弹性体。


3.根据权利要求2所述的基于聚丙烯酸的结构色弹性体的制备方法，其特征在于：步骤1)所述聚丙烯酸的用量为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸总质量的75％～85％；步骤1)所述丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸的质量比为1:0.25～2:0.25～0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈慧芳，杨壮刚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44