专利名称：一种电泳沉积制备结构色纤维的方法
技术领域：
本发明属于纤维染色领域，特别涉及一种电泳沉积制备结构色纤维的方法。
背景技术：
我国是一个纺织大国，纺织业在国民经济中占有举足轻重的地位，但是纺织材料所用纤维的传统染色过程中存在着大量的重金属离子和有毒的中间体，这些对人类和环境造成严重的负面影响。目前国内外的学者在制备无污染纤维方面不断做着贡献，例如M. Y. Han 等在 Advanced Materials Vol. 23 (2011) pp. 1463-1466 中报道了将荧光染料注入到驯化的蚕幼虫中，通过改变蚕的饮食习惯，可以直接生产出具有荧光显色性能的蚕丝纤维，但是需要外界紫外光的照射才可以达到荧光效果。而结构染色能够成为解决这一问题的良好方案，它是使光波与纤维表面微结构发生散射、衍射或干涉而产生的各种颜色的物理过程，是源自自然界中蝴蝶翅膀、蛋白石结构显色的仿生概念。如果能在纤维的表面形成一层结构色，能够行之有效的克服传统染色过程中的缺陷并造就智能的结构显色纤维。近几年在结构色纤维研究领域，国内外的研究者都在积极寻求操作简单、效果好的赋予纤维颜色的路线。K. Q. Zhang等在 J. Fiber Bioeng.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SiO2纳米球，实现了结构色，但是这种方法缺乏长程有序；申请人等在Chemical Communications Vol. 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；M. Skorobogatiy 等在 Optics Express, Vol. 16 (2008) pp. 15677-15693中制备聚合物光子晶体光纤也发现了结构色的效应，当入射光在其制备的PMMA/PS多层结构的光纤中传播的时候，由于多层结构之间折射率的差别，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，但是前提是要有外界光源；J. J. Baumberg在OpticsExpress, Vol. 19(2011)pp. 3144-3154中将PS球分散于聚合物中利用纺丝机制备出了一种基于蛋白石结构的结构色纤维，但是其显色性有待进一步提高。综上所述，制备一种电场调控的结构色纤维仍具有一定的理论和现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电泳沉积制备结构色纤维的方法，本发明所制备的结构色纤维具有优异的光学性能，本发明无需有毒化学染料，对减少染整工业的环境污染具有重要的参考价值。以甲基丙烯酸甲酯MMA、过硫酸钾为起始原料，采用乳液聚合法制备得到聚甲基丙烯酸甲酯PMMA纳米球，并将聚甲基丙烯酸甲酯PMMA纳米球与去离子水混合得到分散液；将分散液置于环形容器中，将单根或一束纤维置于环形容器的中心处，通过附加电场电泳沉积，然后将纤维从容器中拉出，干燥，制备得到PMMA纳米球组装的结构色纤维，通过改变PMMA纳米球的粒径实现蓝色、绿色、红色的结构色纤维；甲基丙烯酸甲酯MMA与过硫酸钾的摩尔配比为1:100 8:100。所述PMMA纳米球的粒径为150 280nm。所述分散液的浓度为8mg/mL 40mg/mL。所述的纤维为碳纤维、有机导电纤维或金属纤维。所述的制备结构色纤维的纳米球同时也可以是聚苯乙烯、SiO2或ZnS纳米球。所述电泳电压为2 12V，沉积时间为2(T300s。所述电泳沉积结束后干燥的温度为75 90°C，时间为O. 5 2h。本发明是这样实施的先将制备的不同粒径的PMMA纳米球与去离子水按一定比例混合得到分散液；将分散液置于环形容器中，将单根或一束纤维置于环形容器的中心处，通过调节电压和电泳沉积时间改变纤维表面组装纳米球薄膜的厚度，沉积结束后将纤维从容器中拉出，并在一定温度的烘箱中干燥一段时间，制备得到PMMA纳米球组装的结构色纤维。
_3] 有益.效果(I)本发明是将PMMA纳米球在一定的环形电场中电泳沉积到碳纤维上，得到结构色碳纤维，具有优异的光学性能，在光子晶体结构染色方向有着重要的应用，可用于制备颜色可调的光子晶体纤维、光子晶体颜色传感器等，具有良好的应用前景；(2)本发明无需有毒化学染料，对减少染整工业的环境污染具有重要的参考价值。
图1电泳沉积制备结构色碳纤维示意图；图2绿色结构色碳纤维(a)数码照片；(b)光学显微镜照片；图3绿色结构色碳纤维反射光谱图；图4绿色结构色碳纤维低倍(左)高倍(右)场发射扫描电镜图；图5蓝色结构色碳纤维光学显微镜照片；图6结构色碳纤维的场发射扫描电镜图(左)蓝色，(右)红色。
具体实施例方式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。实施例1以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、过硫酸钾为起始原料，采用乳液聚合法制备得到240nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米球，并将其与去离子水按一定比例混合配制出8mg/mL的分散液；将分散液置于环形容器中，将单根或一束碳纤维置于环形容器的中心处，通过调节电泳电压(12V)，沉积时间(20s)改变纤维表面组装纳米球薄膜的厚度，沉积结束后将碳纤维从容器中拉出，并在75°C的烘箱中干燥lh，制备得到PMMA纳米球组装的结构色碳纤维。图1为电泳沉积制备结构色碳纤维示意图；图2为绿色结构色碳纤维的数码照片和光学显微镜照片，由图可以看出碳纤维表面呈现明显的绿色；图3为该样品的反射光谱图，反射峰的位置是580nm;图4为绿色结构色碳纤维低倍(左)高倍(右)场发射扫描电镜图，由图可以看出纤维表面呈现明显的密方六堆积结构。实施例2以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、过硫酸钾为起始原料，采用乳液聚合法制备得到150nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米球，并将其与去离子水按一定比例混合配制出20mg/mL的分散液；将分散液置于环形容器中，将单根或一束碳纤维置于环形容器的中心处，通过调节电泳电压(2V)，沉积时间(180s)改变纤维表面组装纳米球薄膜的厚度，沉积结束后将碳纤维从容器中拉出，并在90°C的烘箱中干燥O. 5h,制备得到PMMA纳米球组装的结构色碳纤维。图5为该样品蓝色结构色碳纤维光学显微镜照片，图6(左)为场发射扫描电镜图。实施例3以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、过硫酸钾为起始原料，采用乳液聚合法制备得到280nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米球，并将其与去离子水按一定比例混合配制出40mg/mL的分散液；将分散液置于环形容器中，将单根或一束碳纤维置于环形容器的中心处，通过调节电泳电压(8V)，沉积时间(300s)改变纤维表面组装纳米球薄膜的厚度，沉积结束后将碳纤维从容器中拉出，并在80°C的烘箱中干燥2h，制备得到PMMA纳米球组装的结构色碳纤维。图6(右)为该样品的场发射扫描电镜图。
权利要求
1.一种电泳沉积制备结构色纤维的方法，包括:以甲基丙烯酸甲酯MMA、过硫酸钾为起始原料，采用乳液聚合法制备得到聚甲基丙烯酸甲酯PMMA纳米球，并将聚甲基丙烯酸甲酯PMMA纳米球与去离子水混合得到分散液；将分散液置于环形容器中，将单根或一束纤维置于环形容器的中心处，通过附加电场电泳沉积，然后将纤维从容器中拉出，干燥，制备得到PMMA纳米球组装的结构色纤维，甲基丙烯酸甲酯MMA与过硫酸钾的摩尔配比为1:100 8:100。
2.根据权利要求1所述的一种电泳沉积制备结构色纤维的方法，其特征在于:所述PMMA纳米球的粒径为15(T280nm。
3.根据权利要求1所述的一种电泳沉积制备结构色纤维的方法，其特征在于:所述分散液的浓度为8mg/mL 40mg/mL。
4.根据权利要求1所述的一种电泳沉积制备结构色纤维的方法，其特征在于:所述的纤维为碳纤维、有机导电纤维或金属纤维。
5.根据权利要求1所述的一种电泳沉积制备结构色纤维的方法，其特征在于:所述电泳电压为2 12V，沉积时间为2(T300s。
6.根据权利要求1所述的一种电泳沉积制备结构色纤维的方法，其特征在于:所述电泳沉积结束后干燥的温度为75 90°`C，时间为0.5 2h。
全文摘要
本发明涉及一种电泳沉积制备结构色纤维的方法，包括以甲基丙烯酸甲酯MMA、过硫酸钾为起始原料，采用乳液聚合法制备得到聚甲基丙烯酸甲酯PMMA纳米球，并将聚甲基丙烯酸甲酯PMMA纳米球与去离子水混合得到分散液，并将分散液置于环形容器中，将单根或一束纤维置于环形容器的中心处，通过附加电场电泳沉积，然后将纤维从容器中拉出，干燥，制备得到PMMA纳米球组装的结构色纤维。本发明所制备的结构色纤维具有优异的光学性能，本发明无需有毒化学染料，对减少染整工业的环境污染具有重要的参考价值。
文档编号C08F120/14GK103074757SQ20131002164
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月21日 优先权日2013年1月21日
发明者李耀刚, 刘志福, 王宏志, 张青红 申请人:东华大学