一种水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜及其制备方法，属于新材料制备领域。双反蛋白光子晶体树脂膜是由纳米微球嵌套在聚丙烯酸酯反蛋白骨架孔内、再进一步在双反蛋白光子晶体树脂膜的孔内，填充亲水性丙烯酰胺质量分数为2～8wt％的乙醇溶液，经过光聚合形成聚丙烯酰胺网络而得到的水写显色双反蛋白光子晶体树脂膜。亲水的双反蛋白光子晶体树脂膜能够诱导水渗透进入双反蛋白光子晶体树脂膜的孔内，使得反蛋白骨架孔内的微球在浮力作用下从随机分布到有序排列，从而消除了散射干扰，通过调控折射率比，产生亮丽的结构色，在作为水写纸、显示、传感、装饰材料上具有广泛的应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及结构色材料领域，特别涉及一种水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜及其制备方法，属于响应性光子晶体及其制备方法。

技术介绍

[0002]纸张作为信息存储和传播的重要媒介，极大地促进了人类文明的发展和进步。尽管当今世界以电子产品为主导，各种信息以数字方式快速记录和传输，但纸张在文化传承和社会经济增长中仍起着至关重要的作用。然而，传统纸张的过度生产和使用消耗了大量的自然资源，给我们的社会带来了严重的环境问题，近年来引起了人们的高度关注。因此，开发环境友好、低耗的功能材料，实现环境保护与经济发展的完美平衡，满足社会的可持续发展，已迫在眉睫。
[0003]与传统纸张相比，可重写水响应光子纸作为一种生态友好、低资源消耗的信息存储载体，为促进社会的可持续发展提供了潜在的可能性。张晓安等人通过在纸张中引入变色染料和显色剂复合组成的双分子水协同变色体系，利用染料和显影剂遇水前不发生显色，遇水后染料与显影剂发生作用而显示颜色，开发了无墨喷水打印技术(专利CN108873547A；CN108873546A；CN108873545A；NatCommun.2018,9,4819
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4827)。这种技术依然依赖染料进行显色。因此开发非染料基、颜色简单易调的显色材料成为当今的研究热点。
[0004]光子晶体是由两种具有不同折射率的物质在空间中周期性排布而成的材料，这种规则有序的结构特点使其具有对光传播进行调制的能力，利用光子带隙让特定波长的光选择性地禁止通过从而获得结构色。结构色材料通过调控所使用的胶体微球大小，可以获得多种颜色，因而受到研究者们广泛关注。光子晶体基的水写显色材料是利用水凝胶基质的溶胀行为通过调整周期性晶格常数来获得颜色(J.Mater.Chem.C,2015,3,3542
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3547；Adv.Mater.Interfaces2019,6,1901363
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1901369.)或以软结构乳胶微球作为构建单元通过改变折射率比来实现水写过程(ACS Appl.Mater.Interfaces,2019,11,22777
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22785；Chem.Eng.J.2020,380,122494
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122503.)，或者是基于氢键去质子化诱导润湿性改变实现显色的双反蛋白光子晶体树脂膜(Chem.Eng.J.2021,426,131213
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131222.)。然而基于水凝胶体系的溶胀以及软胶体粒子遇水改变折射率的显色过程需要一定的时间，水凝胶材料对水环境的依赖性以及制备的双反蛋白光子晶体树脂膜的尺寸大小在一定程度上限制其潜在的实际应用。因此开发制备工艺简单、颜色简单易调的新型光子材料，通过非胶体阵列模式来实现水写显色已成为当今研究的主流方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供了一种水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜及其制备方法，以亲水性的双反蛋白光子晶体树脂膜为构建单元，制备了水写显色的聚丙烯酸酯基双反蛋白光子晶体树脂膜，用水作为显色颜料，易于书写。通过调节所使用胶体微球的粒径，可以很容易获得多种颜色的水写纸。利用不同比例的乙二醇与水的混合液进行书写，可以
调节结构色的保留时间。同时所制备的双反蛋白光子晶体树脂膜具有很好的柔韧性、结构稳定性，可以被擦除和水写多次，具有良好的循环使用性。该双反蛋白光子晶体树脂膜成本低廉、普适性好，对推动结构色材料的实际应用具有重要意义。其作为环境友好、低资源消耗的信息存储材料和传播载体有着巨大的应用价值，为促进社会的可持续发展提供了潜在的可能性。
[0006]一种水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜所述的双反蛋白光子晶体树脂膜是由聚苯乙烯微球嵌套在聚丙烯酸酯反蛋白骨架材料的孔内形成的双反蛋白光子晶体树脂膜结构，再进一步在双反蛋白光子晶体树脂膜的孔内，填充亲水性丙烯酰胺或双丙酮丙烯酰胺质量分数为2～8wt％的乙醇溶液，经过光聚合形成聚丙烯酰胺或聚双丙酮丙烯酰胺网络而得到的水写显色双反蛋白光子晶体树脂膜；
[0007]所述纳米微球为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯
‑
甲基丙烯酸甲酯
‑
丙烯酸)、二氧化钛、硫化镉、氧化锌、硫化锌中的一种。
[0008]根据上文的技术方案，优选的情况下，所述纳米微球的直径为165～230nm，聚丙烯酸酯反蛋白骨架材料的孔径为185～280nm。
[0009]根据上文的技术方案，优选的情况下，所述纳米微球的粒径为165～230nm，粒径分布为0.02～0.07、表面电位为
‑
50～
‑
35mV。
[0010]根据上文的技术方案，优选的情况下，形成聚丙烯酰胺网络的光聚合的光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮(1173)或安息香双甲醚，光聚合的条件为：功率为0.5
‑
2KW的紫外光聚合3～20分钟。
[0011]根据上文的技术方案，优选的情况下，所述聚丙烯酸酯反蛋白骨架材料由三丙烯酸酯类、双丙烯酸酯类和丙烯酸作为共聚单体组分光聚合形成，三丙烯酸酯类、双丙烯酸酯类和丙烯酸的体积比为1:4:0.5～1:4:2，光聚合的光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮(1173)或安息香双甲醚，光引发剂占三丙烯酸酯类、双丙烯酸酯类和丙烯酸共聚物单体体积和的1
‑
6％，光聚合的条件为：使用功率为0.5
‑
2KW的紫外光聚合30～60s。
[0012]根据上文的技术方案，优选的情况下，所述三丙烯酸酯类为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种。
[0013]根据上文的技术方案，优选的情况下，所述双丙烯酸酯类为聚乙二醇双丙烯酸酯，如聚乙二醇(200)双丙烯酸酯、聚乙二醇(250)双丙烯酸酯、聚乙二醇(400)双丙烯酸酯和聚乙二醇(600)双丙烯酸酯中的一种或两种。
[0014]本专利技术所提供的水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜，所述聚丙烯酰胺网络结构具有较强的亲水性(接触角<30
°
)，能够诱导水快速(<1s)渗透进双反蛋白光子晶体树脂膜的孔内。
[0015]本专利技术还提供上述水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜的制备方法，包括如下步骤：
[0016]①
用丝棒在玻璃或不锈钢基底上刮涂制备好的质量分数为20～40wt％的核壳结构的纳米微球浓缩液，核壳结构的纳米微球自组装形成蛋白石光子晶体模板，再将得到的蛋白石光子晶体模板放在80～95℃的烘箱中0.5～2h来提高其结构稳定性；
[0017]②
在蛋白石光子晶体模板的四个角位置分别贴上聚酰亚胺作为垫片，在其上面覆盖一片玻璃片，形成一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜，其特征在于，由纳米微球嵌套在聚丙烯酸酯反蛋白石骨架材料的孔内形成的双反蛋白光子晶体树脂膜结构，再进一步在双反蛋白光子晶体树脂膜的孔内填充亲水性丙烯酰胺或双丙酮丙烯酰胺质量分数为2～8wt％的乙醇溶液，经过光聚合形成聚丙烯酰胺或聚双丙酮丙烯酰胺网络而得到的水写显色双反蛋白光子晶体树脂膜；所述纳米微球为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯
‑
甲基丙烯酸甲酯
‑
丙烯酸)、二氧化钛、硫化镉、氧化锌、硫化锌中的一种。2.根据权利要求1所述的水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜，其特性在于，所述纳米微球的直径为165～230nm，聚丙烯酸酯反蛋白骨架材料的孔径为185～280nm。3.根据权利要求2所述的水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜，其特征在于，所述纳米微球的粒径分布为0.02～0.07、表面电位为
‑
50～
‑
35mV。4.根据权利要求2所述的水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜，其特征在于，所述聚丙烯酸酯反蛋白骨架材料由三丙烯酸酯类、双丙烯酸酯类和丙烯酸作为单体组分光聚合形成，三丙烯酸酯类、双丙烯酸酯类和丙烯酸的体积比为1:4:0.5～1:4:2。5.根据权利要求4所述的水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜，其特征在于，所述三丙烯酸酯类为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，所述双丙烯酸酯类为聚乙二醇双丙烯酸酯。6.权利要求1
‑
5中任意一项所述的水写显色的双反蛋白光子晶体树脂膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①
在玻璃或不锈钢基底上涂覆质量分数为20～40wt％的核壳结构的纳米微球浓缩液，纳米微球自组装形成蛋白石光子晶体模板，再将得到的蛋白石光子晶体模板放在80～95℃的烘箱中烘0.5～2h；
②
在蛋白石光子晶体模板的四个角位置贴上聚酰亚胺作为垫片，在其上面覆盖玻璃片，形成宽度为500～1000μm的缝隙；向缝隙里面填充三丙烯酸酯类、双丙烯酸酯类、丙烯酸和光引发剂的混合液，再使用功率为0.5
‑
2KW的紫外光聚合30～60s，得到聚丙烯酸酯树脂复合膜；
③
聚丙烯酸酯树脂复合膜通过质量分数为1～10wt％的氢氟酸刻蚀壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淑芬，周常通，牛文斌，马威，唐炳涛，武素丽，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：