[发明专利]一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体及其制备方法和应用。本发明的基于聚丙烯酸的结构色弹性体由聚丙烯酸弹性体层、光子晶体层和聚丙烯酸弹性体层依次层叠而成。本发明的基于聚丙烯酸的结构色弹性体具有明亮的结构色，颜色无角度依赖性，且在保持原有光子晶体光学特性的情况下柔韧性、自恢复性和机械强度都得到提高，另外还具有一定的耐溶剂性，可以用于制备电线电缆保护套、桌垫、家具装饰材料、玩具、实体标志等，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光子晶体材料技术领域，具体涉及一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体及其制备方法和应用。

背景技术

结构色弹性材料是由不同折射率的介质通过周期性排列形成的具有光子晶体结构的材料，其可以通过调整光子禁带宽度而显示出不同的结构色，因此，可以用于可穿戴柔性设备、医疗器械、美容假体等领域。

现阶段大部分的研究主要集中在球形粒子的反蛋白石结构，其制备过程如下：先用球形纳米粒子(如聚苯乙烯微球、二氧化硅微球等)自组装得到光子晶体模板，然后将弹性体前体液渗透到光子晶体间隙中，固化后将球形粒子刻蚀得到反蛋白石结构的弹性体材料。不过，此过程较为复杂，而且光子晶体模板骨架在前体液填充阶段易坍塌。

最近，有研究者通过对球形纳米粒子进行改性，使其与弹性体前体液具有很好的相容性，同时引入金属离子形成配位络合物，通过旋涂、喷涂或热辅助沉积等方法制备得到了颜色可调、无角度依赖、具有一定自愈合性能的超分子结构色弹性体(TAN H,LYU Q,XIEZ,et al.Metallosupramolecular Photonic Elastomers with Self-HealingCapability and Angle-Independent Color[J].Adv Mater,2019,31(6):e1805496.)。不过，该方法需对纳米粒子以及黑色素添加物都进行改性，操作要求高，而且制备得到的弹性体机械强度较低。

聚丙烯酸是一种亲水性的弱电解质材料，玻璃化转变温度较高，基于聚丙烯酸的弹性材料都具有很高的机械强度，同时，聚丙烯酸主链中含有大量的羧基，在弱碱性条件下可以转化为羧酸根负离子与金属离子进行配位。研究者们通过将球形纳米粒子与超分子聚丙烯酸弹性体相结合，制备得到了具有较高机械强度的聚丙烯酸超分子结构色弹性体(WUJ,NIU W,ZHANG S,et al.A flexible and robust dual-network supramolecularelastic film with solvent resistance and brilliant structural colors[J].NewJournal of Chemistry,2019,43(29):11517-23.)，但是这种超分子弹性体要实现配位作用需要用碱性物质来调节pH，导致制备得到的超分子聚丙烯酸弹性体颜色偏黄，严重影响了结构色弹性体的颜色，极大地限制了其应用。

因此，有必要开发一种具有明亮的结构色、颜色无角度依赖性、机械强度大、具有自恢复性的结构色弹性体。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体。

本发明的目的之二在于提供上述基于聚丙烯酸的结构色弹性体的制备方法。

本发明的目的之三在于提供上述基于聚丙烯酸的结构色弹性体的应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于聚丙烯酸的结构色弹性体，其由聚丙烯酸弹性体层、光子晶体层和聚丙烯酸弹性体层依次层叠而成；所述聚丙烯酸弹性体层由聚丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯和二烯丙基二硫醚通过光聚合得到；所述光子晶体层由聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子、聚乙烯醇和碳纳米管组成；所述聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)纳米粒子由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸通过乳液聚合得到。

上述基于聚丙烯酸的结构色弹性体的制备方法包括以下步骤：