一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，包括：以N-異丙基丙烯酰胺、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，十二烷基磺酸鈉為起始原料，采用乳液聚合法制備得到P(NIPAAm-co-AAc)納米球，將P(NIPAAm-co-AAc)納米球與超純水混合得到分散液，把分散液置于環(huán)形金屬容器中，將單根碳纖維置于容器中心處，通過(guò)外加電場(chǎng)電泳沉積，然后將纖維從容器中勻速拉出，常溫下干燥，制備得到P(NIPAAm-co-AAc)納米球組裝的結(jié)構(gòu)色纖維。本發(fā)明所制備的結(jié)構(gòu)色纖維具有很好的光學(xué)性能，本發(fā)明無(wú)需有毒化學(xué)染料，方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)減少染整行業(yè)的環(huán)境污染具有重要的參考價(jià)值。
【專利說(shuō)明】—種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維染色領(lǐng)域,特別涉及一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，傳統(tǒng)的染色過(guò)程是利用有機(jī)或無(wú)機(jī)染料與纖維發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)結(jié)合，或在纖維上生成不溶性有色物質(zhì)，這一過(guò)程中存在著大量的重金屬離子和有毒的中間體，這些有害物質(zhì)排入到江河湖海，對(duì)人類和環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。而結(jié)構(gòu)染色能夠很好地解決傳統(tǒng)染色與環(huán)境污染之間的矛盾。結(jié)構(gòu)色是使光波與纖維表面微結(jié)構(gòu)發(fā)生散射、衍射或干涉而產(chǎn)生的各種顏色的物理過(guò)程，是源自自然界中蝴蝶翅膀、蛋白石結(jié)構(gòu)顯色的仿生概念。如果能在纖維的表面形成一層結(jié)構(gòu)色，能夠行之有效的克服傳統(tǒng)染色過(guò)程中的缺陷并造就智能的結(jié)構(gòu)顯色纖維。
[0003]在結(jié)構(gòu)色纖維研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外的研究者都在不斷探索，積極尋求操作簡(jiǎn)單、效果好的賦予纖維顏色的路線。H.Z.Wang 等在 Chemical Communicat1ns Vol.47 (2011)PP.12801-12803中報(bào)道了在玻璃纖維表面自組裝一層蛋白石結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)玻璃纖維表面結(jié)構(gòu)色的目標(biāo)，但是使用的S12納米球與纖維之間的結(jié)合力不強(qiáng)，而且具有一定結(jié)構(gòu)色的高分子纖維也亟待開發(fā)。加拿大M.Skorobogatiy課題組等在Optics Express,Vol.16 (2008) pp.15677-15693中制備聚合物光子晶體光纖(PBG Bragg Fiber)也發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)色的效應(yīng)，由于多層結(jié)構(gòu)之間折射率的差別，當(dāng)入射光在其制備的PMMA/PS多層結(jié)構(gòu)的光纖中傳播的時(shí)候，部分光從光纖中透出，宏觀上也可以觀察到色彩鮮艷的顏色，這為利用二維光子晶體結(jié)構(gòu)制備結(jié)構(gòu)色纖維提供了必要的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)條件，但前提是要有外界光源。J.J.Baumberg 在 Optics Express, Vol.19 (2011)pp.3144-3154 中將 PS 球分散于聚合物中利用紡絲機(jī)制備出了一種基于蛋白石結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)色纖維，但是其顯色性能有待進(jìn)一步提聞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，本發(fā)明所制備的結(jié)構(gòu)色纖維具有很好的光學(xué)性能，本發(fā)明無(wú)需有毒化學(xué)染料，方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)減少染整行業(yè)的環(huán)境污染具有重要的參考價(jià)值。
[0005]本發(fā)明的一種基于P (NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，包括:
[0006](I)將碳纖維依次放置于乙醇溶液、丙酮溶液、超純水中進(jìn)行超聲清洗各25?30min,最后烘干；
[0007](2)室溫下稱取N-異丙基丙烯酰胺、N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸、十二烷基磺酸鈉和超純水磁力攪拌溶解得到反應(yīng)溶液；通入氮?dú)?，加熱，加入引發(fā)劑進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)；反應(yīng)4-6h，冷卻至室溫，將得到的乳液進(jìn)行離心洗滌，得到P(NIPAAm-C0-AAC)納米球；其中N-異丙基丙烯酰胺與丙烯酸質(zhì)量比為5: 1-40: I ;N-異丙基丙烯酰胺與N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和十二烷基磺酸鈉三者的質(zhì)量比為15:1: 1-25:1:1。
[0008](3)將P (NIPAAm-co-AAc)納米球與超純水混合得到分散液，并將分散液置于環(huán)形金屬容器中，將(I)中的碳纖維置于容器中心處，通過(guò)外加電場(chǎng)電泳沉積，然后將纖維從容器中勻速拉出，常溫下干燥，即可得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球組裝的結(jié)構(gòu)色纖維。
[0009]所述步驟⑴中乙醇溶液濃度為90% _99%，丙酮溶液濃度為90% _99%，超純水的電阻率為18.2ΜΩαιΓ、
[0010]所述步驟(2)中的磁力攪拌速度為300-800rpm。
[0011]所述步驟(2)中的離心轉(zhuǎn)速為8500-9000rpm。
[0012]所述步驟(2)中的引發(fā)劑注入速度為10ml/30s-10ml/60s，引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨中的一種。
[0013]所述步驟⑵中加熱溫度為70°C，加熱時(shí)間為lh。
[0014]所述步驟(3)中所述電泳電壓為1.6-3.0V,沉積時(shí)間為20s-300s，電泳沉積結(jié)束后在常溫下干燥0.5-lh。
[0015]本發(fā)明以N-異丙基丙烯酰胺、N, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸、十二烷基磺酸鈉為起始原料，采用乳液聚合法制備得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球，將P (NIPAAm-co-AAc)納米球與超純水混合得到分散液，將分散液置于環(huán)形金屬容器中，將單根碳纖維置于容器中心處，通過(guò)外加電場(chǎng)電泳沉積，然后將纖維從容器中勻速拉出，常溫下干燥，制備得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球組裝的結(jié)構(gòu)色纖維。
[0016]有益.效果
[0017](I)本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，效果好，具有工業(yè)化應(yīng)用潛力；
[0018](2)本發(fā)明所制備的結(jié)構(gòu)色纖維具有優(yōu)異的光學(xué)性能；
[0019](3)本發(fā)明無(wú)需化學(xué)染料，對(duì)減少染整工業(yè)的環(huán)境污染具有重要的參考價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1乳液聚合得到的P (NIPAAm-co-AAc)納米球的FE-SEM圖片；
[0021]圖2電泳沉積得到的結(jié)構(gòu)色纖維FE-SEM圖片；其中，a為單根結(jié)構(gòu)色碳纖維的場(chǎng)發(fā)射電鏡圖、b為兩根結(jié)構(gòu)色碳纖維的場(chǎng)發(fā)射電鏡圖；
[0022]圖3電泳沉積得到的綠色結(jié)構(gòu)色纖維光學(xué)顯微鏡照片；
[0023]圖4綠色結(jié)構(gòu)色纖維反射光譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0025]實(shí)施例1
[0026]稱取2g N-異丙基丙烯酰胺、0.1gN, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、0.05g丙烯酸、0.1g十二烷基磺酸鈉，超純水放入250ml的三口燒瓶中磁力攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm，得到反應(yīng)溶液。保持一定流速通入氮?dú)猓?0°C時(shí)加熱lh，加入事先配成溶液的引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀(KPS)0.05g進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)。反應(yīng)4h，冷卻至室溫，將得到的乳液進(jìn)行離心洗滌。離心機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為9000rpm，得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球。圖1為反應(yīng)得到的納米球FE-SEM。將離心得到的納米球乳液分散在超純水里，并將分散液置于環(huán)形容器中，將清洗烘干的碳纖維置于環(huán)形容器中央，在外加電壓2V，沉積時(shí)間120s的條件下進(jìn)行電沉積，沉積結(jié)束后將碳纖維從環(huán)形容器中拉出，在常溫下干燥lh，制備得到P(NIPAAm-C0-AAC)納米球組裝的結(jié)構(gòu)色碳纖維，圖2為制得的結(jié)構(gòu)色碳纖維的FE-SEM。圖3和圖4分別為制備的結(jié)構(gòu)色纖維光學(xué)顯微鏡照片和反射光譜。從途中可以明顯看出是綠色的結(jié)構(gòu)色碳纖維。反射光譜也能對(duì)應(yīng)上。
[0027]實(shí)施例2
[0028]稱取2g N-異丙基丙烯酰胺、0.1gN, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、0.15g丙烯酸、0.1g十二烷基磺酸鈉、120ml超純水放入250ml的三口燒瓶中磁力攪拌轉(zhuǎn)速為500rpm，得到反應(yīng)溶液。保持一定流速通入氮?dú)猓?0°C時(shí)加熱lh，加入事先配成溶液的引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀(KPS)0.1Og進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)。反應(yīng)5h，冷卻至室溫，將得到的乳液進(jìn)行離心洗滌。離心機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為9000rpm，得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球。將離心得到的納米球乳液分散在超純水里，并將分散液置于環(huán)形容器中，將清洗烘干的碳纖維置于環(huán)形容器中央，在外加電壓2.2V，沉積時(shí)間180s的條件下進(jìn)行電沉積，沉積結(jié)束后將碳纖維從環(huán)形容器中拉出，在常溫下干燥40min,制備得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球組裝的結(jié)構(gòu)色碳纖維。
[0029]實(shí)施例3
[0030]稱取2g N-異丙基丙烯酰胺、0.1gN, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、0.25g丙烯酸、0.1g十二烷基磺酸鈉、120ml超純水放入250ml的三口燒瓶中磁力攪拌轉(zhuǎn)速為800rpm，得到反應(yīng)溶液。保持一定流速通入氮?dú)猓?0°C時(shí)加熱lh，加入事先配成溶液的引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀(KPS)0.15g進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)。反應(yīng)6h，冷卻至室溫，將得到的乳液進(jìn)行離心洗滌。離心機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為8500rpm，得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球。將離心得到的納米球乳液分散在超純水里，并將分散液置于環(huán)形容器中，將清洗烘干的碳纖維置于環(huán)形容器中央，在外加電壓2.4V，沉積時(shí)間250s的條件下進(jìn)行電沉積，沉積結(jié)束后將碳纖維從環(huán)形容器中拉出，在常溫下干燥0.5h,制備得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球組裝的結(jié)構(gòu)色碳纖維。
【權(quán)利要求】
1.一種基于P (NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，包括: (1)將碳纖維依次放置于乙醇溶液、丙酮溶液、超純水中進(jìn)行超聲清洗各25?30min，最后烘干； (2)室溫下稱取N-異丙基丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸、十二烷基磺酸鈉和超純水磁力攪拌溶解得到反應(yīng)溶液；通入氮?dú)?，加熱，加入引發(fā)劑進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)；反應(yīng)4-6h，冷卻至室溫，將得到的乳液進(jìn)行離心洗滌，得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球；其中N-異丙基丙烯酰胺與丙烯酸質(zhì)量比為5: 1-40: I ;N-異丙基丙烯酰胺與N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和十二烷基磺酸鈉三者的質(zhì)量比為15:1: 1-25:1:1; (3)將P(NIPAAm-C0-AAC)納米球與超純水混合得到分散液，并將分散液置于環(huán)形金屬容器中，將(I)中的碳纖維置于容器中心處，通過(guò)外加電場(chǎng)電泳沉積，然后將纖維從容器中勻速拉出，常溫下干燥，即可得到P (NIPAAm-co-AAc)納米球組裝的結(jié)構(gòu)色纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，其特征在于:所述步驟(I)中乙醇溶液濃度為90%-99%,丙酮溶液濃度為90%-99%,超純水的電阻率為18.2ΜΩαιΓ\
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的磁力攪拌速度為300-800rpm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的離心轉(zhuǎn)速為8500-9000rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的引發(fā)劑注入速度為10ml/30s-10ml/60s，引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，其特征在于:所述步驟(2)中加熱溫度為70°C，加熱時(shí)間為lh。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于P(NIPAAm-co-AAc)納米球制備結(jié)構(gòu)色碳纖維的方法，其特征在于:所述步驟(3)中所述電泳電壓為1.6-3.0V，沉積時(shí)間為20s-300s，電泳沉積結(jié)束后在常溫下干燥0.5-lh。
【文檔編號(hào)】C08F2/26GK104264445SQ201410455979
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】王宏志, 袁孝飛, 金武松, 李耀剛, 張青紅 申請(qǐng)人:東華大學(xué)