一种基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体及其制备方法，该结构色弹性体由聚碳酸酯二醇弹性体与光子晶体复合而成。所述聚碳酸酯二醇弹性体由聚碳酸酯二醇、丙三醇和4,4'

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及蛋白石光子晶体材料
，具体涉及一种基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]结构色是光波与纳米微结构相互作用而产生的颜色，其因具有颜色亮丽、颜色易调节、耐褪色等优点而受到广泛研究。其中光子晶体结构色是一种人工设计和制备结构色的有效手段。光子晶体是由两种或两种以上具有不同介电常数的介质材料按照一定的周期性顺序排列所形成的有序结构材料，其具有光子带隙，当光子带隙落在可见光范围内时，特定频率的可见光束则被禁止通过光子晶体传播，反射回去而显现结构色。很多研究者将光子晶体与弹性体相结合制备成结构色弹性体，机械变形过程中通过调节胶体粒子的晶格间距来调整其颜色，由于其易受拉力变色的特点，结构色弹性体在柔性可穿戴设备、人体运动检测、人体健康、人机互动中等领域具有广阔的应用前景。
[0003]Tan等人将二氧化硅纳米颗粒掺入基于氨基端基聚(二甲基硅氧烷)和三氯铈之间金属配位相互作用的超分子弹性体基质中，制备了超分子结构色弹性体，其结构色无角度依存性且其具有良好的自修复(Adv.Mater.,2019,31(6):1805496)。Li等人将碳包覆四氧化三铁纳米粒子通过超分子作用并入端氨基聚二甲基硅氧烷聚合物中，碳包覆四氧化三铁纳米粒子在聚合物分子链中呈短程有序排列，故其颜色无角度依存性，除此之外，其还可实现宽光谱响应且其切割口和划痕在激光和阳光的照射下可实现快速愈合(Adv.Funct.Mater.2020,30(16):2000008)。中国专利号CN202010195856.4，名称为“一种制备具有力致变色能力的结构色色彩涂层的方法”该方法是先将聚合物基体材料和纳米粒子分散在溶剂中，形成前驱体分散液；然后利用溶剂挥发法或者喷涂法使所述前驱体分散液在预先设计的模具内或在预先设计的基底上去除所述溶剂得到具有力致变色能力的结构色色彩涂层。其中的纳米粒子通过组装部分有序的排列在聚合物基体中，能够使所述结构色色彩涂层表现出色彩，并且所述色彩将能够随着所述色彩涂层上的外力作用发生变化，产生力致变色。以上这些方法制备出的结构色弹性体机械强度低，抗蠕变性能较差，且颜色不够亮，很大程度上限制了该材料的实际应用。

技术实现思路

[0004]为了解决以上方法制备的结构色弹性体存在的问题，本专利技术提供了一种具有高的机械强度且可自愈合的结构色弹性体及其制备方法，是用聚碳酸酯二醇、丙三醇和4,4'
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二环己基甲烷二异氰酸酯构建一种新型的动态可逆交联聚合物网络，将组装好的光子晶体与此动态可逆交联聚合物网络进行复合，可以制备出一种具有光学功能稳定、高机械强度和较好的自愈合能力的光子弹性体。此光子弹性体可应用于人体关节运动检测，随着关节的运动，其颜色发生蓝移，表明其具有良好的可视化能力。
[0005]本专利技术目的之一在于提供一种基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体。
[0006]本专利技术目的之二在于提供上述基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体的制备方法。
[0007]本专利技术目的之三在于提供上述基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体的应用。
[0008]本专利技术所采取的技术方案是：
[0009]一种基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体由聚碳酸酯二醇弹性体与蛋白石光子晶体复合而成。所述基于聚碳酸酯二醇的弹性体由聚碳酸酯二醇、丙三醇和4,4'
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二环己基甲烷二异氰酸酯在催化剂二月桂酸二丁基锡作用下通过本体聚合得到；所述光子晶体是由PS@SiO2微球粒子自组装得到；所述PS@SiO2微球粒子是由苯乙烯通过乳液聚合制备得到聚苯乙烯微球粒子之后，再用乙烯基三乙氧基硅烷对聚苯乙烯微球粒子进行包覆得到。
[0010]上述基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将苯乙烯在十二烷基磺酸钠乳化作用下分散在去离子水中，再加入引发剂，通过乳液聚合，得到聚苯乙烯微球原液；表面活性剂十二烷基磺酸钠的量可以调控聚苯乙烯胶粒微球的大小；
[0012](2)将步骤(1)制备的聚苯乙烯微球原液分散在去离子水中，在氨水的作用下，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，对聚苯乙烯微球粒子进行包覆，得到PS@SiO2微球粒子，对反应液进行离心，然后对离心后的PS@SiO2洗涤，之后超声分散均匀于乙醇后，得到PS@SiO2微球分散液；
[0013](3)将PS@SiO2微球分散液铺展到聚四氟乙烯模板上，在加热板上进行自组装，令其溶剂挥发完全后，会形成颜色亮丽的蛋白石光子晶体模板；
[0014](4)将聚碳酸酯二醇、丙三醇、4,4'
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二环己基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡混合均匀制成弹性体前驱液；
[0015](5)将步骤(4)中的弹性体前驱液注入步骤(3)中的蛋白石光子晶体模板后，去除气泡后，再进行加热固化，得到基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体。
[0016]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(1)所述的十二烷基磺酸钠与苯乙烯的质量比为0.0043～0.0053：1。
[0017]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(1)所述的引发剂与苯乙烯的质量比为0.0067～0.01：1。
[0018]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(1)所述的去离子水与苯乙烯的质量比为9～10：1。
[0019]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(1)所述的引发剂是过硫酸钾或过硫酸铵。
[0020]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(1)所述的乳液聚合的反应条件为全程氮气保护。
[0021]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(1)所述的乳液聚合的反应温度为80～90℃。
[0022]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(1)所述的乳液聚合的反应时间为4～6小时，反应时间可以调控微球的大小。
[0023]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(1)所述的聚苯乙烯微球粒子的粒径为438.6～497.8nm。
[0024]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(2)所述的去离子水与聚苯乙烯微球原液
体积比为28～30：1。
[0025]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(2)所述的氨水与聚苯乙烯微球原液体积比为1.5～1.67：1。
[0026]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(2)所述的乙烯基三乙氧基硅烷与聚苯乙烯微球原液体积比为0.33～0.5：1。
[0027]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(2)所述的包覆全过程，反应温度为20～30℃。
[0028]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(2)所述的包覆过程，反应时间为2～4小时。
[0029]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(2)所述包覆反应，加入氨水时的转速为500～600rpm。
[0030]根据上文技术方案，优选的情况下，步骤(2)所述包覆反应，加乙烯基三乙氧基硅烷的转速为300～350rpm。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体，其特征在于：所述基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体由基于聚碳酸酯二醇弹性体与蛋白石光子晶体复合而成；所述聚碳酸酯二醇弹性体由聚碳酸酯二醇、丙三醇和4,4'
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二环己基甲烷二异氰酸酯在催化剂二月桂酸二丁基锡作用下通过本体聚合得到；所述蛋白石光子晶体是由PS@SiO2微球粒子自组装得到；所述PS@SiO2微球粒子是由苯乙烯通过乳液聚合制备得到聚苯乙烯微球粒子之后，再用乙烯基三乙氧基硅烷对聚苯乙烯微球粒子进行包覆得到。2.根据权利要求1所述的基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体，其特征在于：所述的聚苯乙烯微球粒子的粒径为438.6～497.8nm。3.权利要求1或2所述的基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将苯乙烯在十二烷基磺酸钠乳化作用下分散在去离子水中，再加入引发剂，通过乳液聚合，得到聚苯乙烯微球原液；(2)将步骤(1)制备的聚苯乙烯微球原液分散在去离子水中，在氨水的作用下，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，对聚苯乙烯微球粒子进行包覆，再对反应液进行离心，然后对制备好的PS@SiO2洗涤，之后超声分散于无水乙醇中后，得到PS@SiO2微球分散液；(3)将步骤(2)中的PS@SiO2微球分散液铺展到聚四氟乙烯模板上，在加热板上进行自组装，得到蛋白石光子晶体模板；(4)将聚碳酸酯二醇、丙三醇、4,4'
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二环己基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡混合均匀制成弹性体前驱液；(5)将步骤(4)中的弹性体前驱液注入步骤(3)中组装好的蛋白石光子晶体模板后，去除气泡后，再进行加热固化，得到基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体。4.根据权利要求3所述的基于聚碳酸酯二醇的结构色弹性体的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，所述十二烷基磺酸钠与苯乙烯的质量比为0.0043～0.0053：1，所述引...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛文斌，武月月，张淑芬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：