一种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，包括：以N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯，N,N-亚甲基双丙烯酰胺，十二烷基磺酸钠为起始原料，采用乳液聚合法制备得到P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球，将P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球与超纯水混合得到分散液，把分散液置于环形金属容器中，将碳纤维置于容器中心处，通过外加电场电泳沉积，然后将纤维从容器中匀速拉出，常温下干燥，即得。本发明所制备的结构色纤维具有很好的光学性能，无需有毒化学染料，方法简单易行，对减少染整行业的环境污染具有重要的参考价值。
【专利说明】—种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纤维染色领域，特别涉及一种基于P(NIPAAm-CO-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法。
【背景技术】
[0002]传统的染色过程会产生含有大量的重金属离子和有毒的染料中间体的工业废水，，这些含有大量有害化学物质的废水排入到江河湖海，会严重污染环境，给人类社会造成非常严重的负面影响。而结构生色能够很好地解决传统染色与环境污染之间的矛盾。结构色是使光波与物体表面微结构发生衍射、散射或干涉而产生的各种颜色的物理过程，是源于自然界中蝴蝶翅膀、鸟类的羽毛、蛋白石等结构显色的仿生概念。如果能在纤维或织物的表面形成结构色，就能够很好地克服传统染色过程中的缺陷并造就智能的结构显色纤维。
[0003]在结构色纤维研究领域，国内外的研究者都在不断探索，积极寻求操作简单、效果好的赋予纤维颜色的路线。K.Q.Zhang等在J.Fiber B1eng.1nform.Vol.2 (2010)PP.214-218报道了在玻璃纤维的表面通过蘸取沉积的方法组装了一层S12纳米球，制得了结构色纤维，但是这种方法缺乏长程有序；Η.Z.Wang等在Chemical Communicat1nsVol.47(2011)pp.12801-12803中报道了在玻璃纤维表面自组装一层蛋白石结构，从而实现玻璃纤维表面结构色的目标，但是使用的S12纳米球与纤维之间的结合力不强。加拿大M.Skorobogatiy 课题组等在 Optics Express, Vol.16 (2008) pp.15677-15693 中制备聚合物光子晶体光纤(PBG Bragg Fiber)也发现了结构色的效应，由于多层结构之间折射率的差别，当入射光在其制备的PMMA/PS多层结构的光纤中传播的时候，部分光从光纤中透出，宏观上也可以观察到色彩鲜艳的颜色，这为利用二维光子晶体结构制备结构色纤维提供了必要的理论依据和实验条件，但前提是要有外界光源。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于P(NIPAAm-CO-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，该方法制备的结构色纤维具有很好的光学性能，无需有毒化学染料，方法简单易行，对减少染整行业的环境污染具有重要的参考价值。
[0005]本发明的一种基于P (NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，包括:
[0006](I)室温下称取N-异丙基丙烯酰胺、N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、十二烷基磺酸钠和超纯水，搅拌溶解得到反应溶液；通入氮气，加热，加入引发剂进行乳液聚合反应l_6h，冷却至室温，将得到的乳液进行离心洗涤，得到P(NIPAAm-C0-HEAC)纳米球；其中N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸羟乙酯的质量比为5:1-40:1 ;N-异丙基丙烯酰胺、N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸钠的质量比为10:1:1-25:1:1。
[0007](2)将碳纤维依次放置于乙醇溶液、丙酮溶液、超纯水中进行超声清洗，最后烘干;
[0008](3)将步骤⑴中的P (NIPAAm-co-HEAC)纳米球与超纯水混合得到分散液，并将分散液置于环形金属容器中，将步骤(2)中的碳纤维置于容器中心处，通过外加电场电泳沉积，然后将纤维从容器中匀速拉出，常温下干燥，即得P(NIPAAm-C0-HEAC)纳米球组装的结构色纤维。
[0009]所述步骤(I)中的搅拌为磁力搅拌，搅拌速度为400_900rpm。
[0010]所述步骤(I)中的离心转速为8500-9500rpm。
[0011]所述步骤⑴中的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种，加入速度为10ml/30s-10ml/60s, N-异丙基丙烯酰胺与引发剂的质量比为15:1-25:1。
[0012]所述步骤(I)中的加热温度为65-75°C，加热时间为50_70min。
[0013]所述步骤⑵中的乙醇溶液的浓度为90% _99%，丙酮溶液的浓度为90% -99%,超纯水的电阻率为18.2ΜΩαιΓ\
[0014]所述步骤⑵中的超声清洗时间各为25?30min。
[0015]所述步骤(3)中的电泳沉积参数为:电泳电压1.6-3.0V，沉积时间20s_300s。
[0016]所述步骤(3)中的干燥时间为0.5-1.5h。
[0017]有益.效果
[0018](I)本发明操作简单，效果好，具有工业化应用潜力；
[0019](2)本发明所制备的结构色纤维具有优异的光学性能；
[0020](3)本发明无需化学染料，对减少染整工业的环境污染具有重要的参考价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为乳液聚合得到的P (NIPAAm-co-HEAC)纳米球的FE-SEM图片；
[0022]图2为电泳沉积得到的绿色结构色碳纤维光学显微镜照片；
[0023]图3为电泳沉积得到的黄色结构色碳纤维光学显微镜照片；
[0024]图4为实施例3制得的结构色碳纤维的反射光谱。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0026]实施例1
[0027](I)称取Ig N-异丙基丙烯酰胺、0.1gN, N’ -亚甲基双丙烯酰胺、0.1g丙烯酸羟乙酯、0.1g十二烷基磺酸钠，120g超纯水放入250ml的三口烧瓶中磁力搅拌转速为400rpm,得到反应溶液。保持流速通入氮气,70°C时加热Ih,加入事先配成溶液的过硫酸钾(KPS)0.1Og进行乳液聚合反应3h，加入速度为10ml/30s，冷却至室温，将得到的乳液进行离心洗涤。离心机转速设定为9000rpm，得到P (NIPAAm-co-HEAC)纳米球。图1为反应得到的纳米球FE-SEM。
[0028](2)将碳纤维依次放置于90%乙醇溶液、90%丙酮溶液、电阻率为18.2ΜΩ cm 1的超纯水中进行超声清洗各25min，最后烘干。
[0029](3)将离心得到的纳米球乳液分散在超纯水里，并将分散液置于环形容器中，将清洗烘干的碳纤维置于环形容器中央，在外加电压2.5V，沉积时间180s的条件下进行电沉积，沉积结束后将碳纤维从环形容器中拉出，在常温下干燥lh，制备得到P(NIPAAm-C0-HEAC)纳米球组装的结构色碳纤维，图2为制得的结构色碳纤维的光学显微镜照片，从途中可以明显看出是绿色的结构色碳纤维。
[0030]实施例2
[0031](I)称取Ig N-异丙基丙烯酰胺、0.1gN, N’ -亚甲基双丙烯酰胺、0.15g丙烯酸羟乙酯、0.1g十二烷基磺酸钠、120ml超纯水放入250ml的三口烧瓶中磁力搅拌转速为500rpm,得到反应溶液。保持流速通入氮气,70°C时加热Ih,加入事先配成溶液的过硫酸钾(KPS) 0.1Og进行乳液聚合反应4h，加入速度为10ml/40s，冷却至室温，将得到的乳液进行离心洗涤。离心机转速设定为9000rpm，得到P (NIPAAm-co-HEAC)纳米球。
[0032](2)将碳纤维依次放置于90%乙醇溶液、90%丙酮溶液、电阻率为18.2ΜΩ cm 1的超纯水中进行超声清洗各28min，最后烘干。
[0033](3)将离心得到的纳米球乳液分散在超纯水里，并将分散液置于环形容器中，将清洗烘干的碳纤维置于环形容器中央，在外加电压2.5V，沉积时间200s的条件下进行电沉积，沉积结束后将碳纤维从环形容器中拉出，在常温下干燥70min，制备得到P(NIPAAm-C0-HEAC)纳米球组装的结构色碳纤维，图3为制得的结构色碳纤维的光学显微镜照片。
[0034]实施例3
[0035](I)称取2g N-异丙基丙烯酰胺、0.1gN, N’ -亚甲基双丙烯酰胺、0.25g丙烯酸羟乙酯、0.1g十二烷基磺酸钠、120ml超纯水放入250ml的三口烧瓶中磁力搅拌转速为800rpm,得到反应溶液。保持流速通入氮气,70°C时加热Ih,加入事先配成溶液的过硫酸钾(KPS)0.1g进行乳液聚合反应5h，加入速度为10ml/60s，冷却至室温，将得到的乳液进行离心洗涤。离心机转速设定为8500rpm，得到P (NIPAAm-co-HEAC)纳米球。
[0036](2)将碳纤维依次放置于90%乙醇溶液、90%丙酮溶液、电阻率为18.2ΜΩ cm 1的超纯水中进行超声清洗各30min，最后烘干。
[0037](3)将离心得到的纳米球乳液分散在超纯水里，并将分散液置于环形容器中，将清洗烘干的碳纤维置于环形容器中央，在外加电压2.8V，沉积时间250s的条件下进行电沉积，沉积结束后将碳纤维从环形容器中拉出，在常温下干燥80min，制备得到P(NIPAAm-C0-HEAC)纳米球组装的结构色碳纤维。图4为制得的结构色碳纤维的反射光谱。
【权利要求】
1.一种基于P (NIPAAm-CO-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，包括: (1)室温下称取N-异丙基丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、十二烷基磺酸钠和超纯水，搅拌溶解得到反应溶液；通入氮气，加热，加入引发剂进行乳液聚合反应l_6h，冷却至室温，将得到的乳液进行离心洗涤，得到P(NIPAAm-C0-HEAC)纳米球；其中N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸羟乙酯的质量比为5:1-40:1 ；N-异丙基丙烯酰胺、N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基磺酸钠的质量比为10:1:1-25:1:1 ; (2)将碳纤维依次放置于乙醇溶液、丙酮溶液、超纯水中进行超声清洗，最后烘干； (3)将步骤(I)中的P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球与超纯水混合得到分散液，并将分散液置于环形金属容器中，将步骤(2)中的碳纤维置于容器中心处，通过外加电场电泳沉积，然后将纤维从容器中匀速拉出，常温下干燥，即得P(NIPAAm-C0-HEAC)纳米球组装的结构色纤维。
2.根据权利要求1所述的一种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的搅拌为磁力搅拌，搅拌速度为400-900rpm。
3.根据权利要求1所述的一种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的离心转速为8500-9500rpm。
4.根据权利要求1所述的一种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种，加入速度为10ml/30s-10ml/60s, N-异丙基丙烯酰胺与引发剂的质量比为15:1-25:1。
5.根据权利要求1所述的一种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的加热温度为65-75°C，加热时间为50-70min。
6.根据权利要求1所述的一种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，其特征在于:所述步骤(2)中的乙醇溶液的浓度为90%-99%，丙酮溶液的浓度为90% -99%，超纯水的电阻率为18.2MQcm^10
7.根据权利要求1所述的一种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，其特征在于:所述步骤(2)中的超声清洗时间各为25?30min。
8.根据权利要求1所述的一种基于P(NIPAAm-C0-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，其特征在于:所述步骤(3)中的电泳沉积参数为:电泳电压1.6-3.0V,沉积时间20s-300so
9.根据权利要求1所述的一种基于P(NIPAAm-co-HEAC)纳米球制备结构色碳纤维的方法，其特征在于:所述步骤(3)中的干燥时间为0.5-1.5h。
【文档编号】C08F220/28GK104372617SQ201410647400
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】王宏志, 袁孝飞, 金武松, 李耀刚, 张青红 申请人:东华大学