[发明专利]一种耐腐蚀的结构色水凝胶薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于纳米功能材料技术领域，涉及一种耐腐蚀结构色水凝胶薄膜及其制备方法，旨在解决现有结构色水凝胶薄膜在酸、碱、盐和有机溶剂等腐蚀下颜色容易发生改变或消失的问题。本发明的技术方案为：首先配制以带有化学惰性官能团的功能单体为主的前聚体，接着在光子晶体模板的胶体颗粒间隙渗入并引发聚合，最后刻蚀去除模板，在去离子水中洗涤至中性即可得到带有鲜艳结构色的水凝胶薄膜。本发明制备得到的结构色水凝胶薄膜具有良好的化学稳定性，在酸、碱、盐和有机溶剂的腐蚀下，依然能够保持其鲜艳的结构色，不会发生任何的颜色变化。

技术领域

本发明属于纳米功能材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀结构色水凝胶薄膜及其制备方法。

背景技术

不同于染料色，结构色源于周期性的微结构（光子晶体），其具有环保、不褪色和虹彩效应等优点，因此在传感器、光学显示、材料装饰以及防伪等领域有着广泛的应用。水凝胶是一种亲水但不溶于水，在空间结构上呈三维网状结构的高分子聚合物。因独特的吸水、保水和良好的柔韧性以及生物相容性等优点，水凝胶受到了研究人员越来越多的关注。而通过与光子晶体技术相结合，还可以使水凝胶呈现出鲜艳的结构色，从而使其用途更加广泛。

传统基于聚合物的结构色水凝胶薄膜，因其对外界刺激（例如pH、离子强度和温度等）的敏感性，体积很容易发生变化（溶胀或收缩），从而导致结构色也发生变化甚至完全消失，极大限制了其在稳定显色材料等方面中的应用。现实生活中，对薄膜材料的刺激不外乎来源于酸、碱、盐和有机溶剂等的腐蚀。因此，制备出能够在酸、碱、盐和有机溶剂等的刺激腐蚀下依然能够保持其鲜艳结构色的水凝胶薄膜，在工业、农业、医药和生物工程材料等领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是要提供一种耐腐蚀结构色水凝胶薄膜及其制备方法，制备得到的结构色水凝胶薄膜具有良好的化学稳定性，从而解决了现有结构色水凝胶薄膜在酸、碱、盐和有机溶剂等腐蚀下颜色容易发生改变或消失的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种耐腐蚀结构色水凝胶薄膜的制备方法，首先配制以带有化学惰性官能团的功能单体为主的前聚体，接着在光子晶体模板的胶体颗粒间隙渗入并引发聚合，最后刻蚀去除模板，在去离子水中洗涤至中性即可得到带有鲜艳结构色的水凝胶薄膜。

具体步骤为：

步骤一：配制前聚体，将功能单体、交联剂按10:0.1~20的摩尔比例在1 mL乙醇中混合均匀，接着加入20μL的热引发剂或光引发剂，超声0.5 h，备用；

步骤二：将步骤一所得的前聚体渗入胶体光子晶体模板中，并在其两面覆盖与胶体光子晶体模板同样大小的有机玻璃片，然后在70~80 ℃的恒温烘箱中或在主波长为365nm的紫外灯照射下聚合3~5 h；

步骤三：将步骤二聚合完成的产物放入1%~5%的氢氟酸溶液或甲苯中刻蚀3~6 h，然后在去离子水中洗涤至中性，结构色水凝胶薄膜即在有机玻璃片表面上形成。

步骤一中，所利用的功能单体是带有腈基、酯基、芳香烃、脂肪烷基，且不带有羧基、羟基、氨基和亚胺官能团的不饱和化合物，如丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、氯丙烯腈、苯乙烯、偏氟乙烯、偏氯乙烯、乙烯、丙烯、异丁烯。

步骤一中，所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯二异氰酸酯或N，N-亚甲基双丙烯酰胺；所述溶剂为乙醇、甲醇、水或其混合物；所述引发剂为偶氮二异丁腈或2-羟基-2-甲基苯丙酮。

步骤三中，光子晶体模板所用颗粒为二氧化硅颗粒、聚苯乙烯颗粒、聚丙烯酰胺颗粒或聚甲基丙烯酸甲酯颗粒；水凝胶呈现的颜色可通过颗粒的粒径来调节。

根据上述制备方法制得的一种耐腐蚀结构色水凝胶薄膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：