CN103159969B - 可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备及自修复方法 - Google Patents

可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备及自修复方法 Download PDF

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可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备及自修复方法，本发明涉及聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备及自修复方法。本发明是要解决聚甲基丙烯酸甲酯在使用过程中极易出现裂纹以及破损现象的问题。方法：一、制备聚甲基丙烯酸甲脂树脂溶液；二、制备金纳米粒子/聚甲基丙烯酸甲脂混合溶液；三、制得可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜。本发明修复树脂的选择范围大，具有更强的推广性。本发明用于制备可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜及受损聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复。

Description

可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备及自修复方法
技术领域
本发明涉及聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备及自修复方法。
背景技术
金纳米粒子具有所有纳米微粒都具有的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应，但金纳米粒子最引人关注的性质是局域表面等离子体子共振效应(LSPR)。金纳米粒子具有高度活跃的外层电子，当光(电磁)波辐射到粒径远小于其激发波长的金属纳米粒子时，产生的表面等离子体波被限定在纳米结构的附近，当入射光频率与自由电子集体振荡频率相当时则产生共振，被称为LSPR。可以将金纳米粒子看成是由带正电的原子核和带负电的自由电子组成的，当金纳米粒子表面受到入射光电磁波的作用时，原子核向正电区域移动，而电子云向负电区域移动，导致局部区域电子分布不均匀。而当电子云远离核时，电子与核之间会产生库仑引力，使电子向相反的方向移动，从而导致电子在入射光电磁波的作用下产生纵向震荡。当电子的振荡频率与电磁波的振荡频率相等时，金纳米粒子会对光产生强烈的LSPR吸收，这种能量会使金属粒子表面升温至几百摄氏度乃至上千度，升温状况与粒子的尺寸，光源的频率以及强度有直接关系并可以计算得出，并且纳米粒子周围的基体升温情况也可以计算得出。
由于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的合成、加工、制备器件相对容易，价格低廉，且具有相对较低的介电常数，因此被广泛用于光纤材料和光电器件等领域。PMMA是一种具有优良光学性能的光学材料，随着光通信技术的迅速发展，PMMA已经成为集成光学、光波导器件的重要材料之一。相比较其他高聚物，它具有以下特点：
(1)PMMA高度透明、无毒无味，在所有的塑料中PMMA的透光性最好，可见光透过率达92％，这种优良的透光率即使在热带气候曝晒多年也变化很小，具有很好的耐气候老化性。
(2)PMMA具有良好的光传导性。对于表面极其光滑的线材，光线几乎可以无损耗地在其内部传导前进。
PMMA是由MMA单体聚合而成的，它具有透明度高、物力机械性能均匀、加工性能优异等特点。但是，聚甲基丙烯酸甲酯尚存在耐磨性差、机械强度不够高的缺点,在使用过程中极易出现裂纹以及破损现象。
发明内容
本发明是要解决聚甲基丙烯酸甲酯在使用过程中极易出现裂纹以及破损现象的问题，而提供的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备及自修复方法。
可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：
一、将聚甲基丙烯酸甲脂树脂溶于三氯甲烷中，得到聚甲基丙烯酸甲脂树脂质量浓度为2％～6％的溶液；
二、将粒径为48nm～52nm的金纳米粒子加入到步骤一得到的溶液中，混合均匀，得到金纳米粒子质量浓度为3.0x10-3wt％～2.1x10-2wt％的混合溶液；
三、采用旋转涂敷的方法将步骤二得到的混合溶液均匀覆盖在硅基底上，旋转涂敷时控制转速为480rpm～520rpm，保持3s～10s，然后控制转速为1800rpm～2200rpm，保持30s～60s，再控制转速为3800rpm～4200rpm，保持45s～80s，再放在热板上，在温度为160℃～220℃条件下保持85s～95s，制得可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜。
可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复方法按以下步骤进行：将受损后的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜采用波长为520nm～550nm、光强为5W/cm2～50W/cm2的光源照射1min～5min，完成受损聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复。
本发明的有益效果是：
1、建立了一种局部修复方法，可以做到准确局部修复，最小修复尺寸可达到1mm2，适用于修复结构复杂的树脂材料。
2、本发明的光修复机理与以往的光修复有本质上的区别，其原理为金纳米粒子在光辐照下产生大量热，修复树脂的选择范围极大，具有更强的推广性。
3、本发明的修复方式所需光源的能量很小，因此可以做到远程修复，最远修复距离可以达到25m。
4、金纳米粒子的升温是受光照驱动的，这使得树脂修复受环境的制约更小。特别是在特种环境下，用光修复方便灵活。
本发明用于制备可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜及受损聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复。
附图说明
图1为实施例一制备的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜受损后的扫描电镜图；
图2为实施例一制备的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜受损处得到修复的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：
一、将聚甲基丙烯酸甲脂树脂溶于三氯甲烷中，得到聚甲基丙烯酸甲脂树脂质量浓度为2％～6％的溶液；
二、将粒径为48nm～52nm的金纳米粒子加入到步骤一得到的溶液中，混合均匀，得到金纳米粒子质量浓度为3.0x10-3wt％～2.1x10-2wt％的混合溶液；
三、采用旋转涂敷的方法将步骤二得到的混合溶液均匀覆盖在硅基底上，旋转涂敷时控制转速为480rpm～520rpm，保持3s～10s，然后控制转速为1800rpm～2200rpm，保持30s～60s，再控制转速为3800rpm～4200rpm，保持45s～80s，再放在热板上，在温度为160℃～220℃条件下保持85s～95s，制得可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中得到聚甲基丙烯酸甲脂树脂质量浓度为3％～4％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中金纳米粒子质量浓度为9.0x10-3wt％～2.0x10-2wt％。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中在温度为180℃～200℃条件下保持88s～92s。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复方法按以下步骤进行：将受损后的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜采用波长为520nm～550nm、光强为5W/cm2～50W/cm2的光源照射1min～5min，完成受损聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复。
本实施方式的有益效果是：
1、建立了一种局部修复方法，可以做到准确局部修复，最小修复尺寸可达到1mm2，适用于修复结构复杂的树脂材料。
2、本实施方式的光修复机理与以往的光修复有本质上的区别，其原理为金纳米粒子在光辐照下产生大量热，修复树脂的选择范围极大，具有更强的推广性。
3、本实施方式的修复方式所需光源的能量很小，因此可以做到远程修复，最远修复距离可以达到25m。
4、金纳米粒子的升温是受光照驱动的，这使得树脂修复受环境的制约更小。特别是在特种环境下，用光修复方便灵活。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：照射光源波长为530nm～540nm。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是：照射光源波长为532nm。其它与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：照射光源光强为10W/cm2～40W/cm2。其它与具体实施方式五至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是：照射光源光强为15W/cm2。其它与具体实施方式五至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是：照射光源照射2min～3min。其它与具体实施方式五至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：
一、将聚甲基丙烯酸甲脂树脂溶于三氯甲烷中，得到聚甲基丙烯酸甲脂树脂质量浓度为4％的溶液；
二、将粒径为50nm的金纳米粒子加入到步骤一得到的溶液中，混合均匀，得到金纳米粒子质量浓度为9.4x10-3wt％的混合溶液；
三、采用旋转涂敷的方法将步骤二得到的混合溶液均匀覆盖在硅基底上，旋转涂敷时控制转速为500rpm，保持5s，然后控制转速为2000rpm，保持45s，再控制转速为4000rpm，保持60s，再放在热板上，在温度为180℃条件下保持90s，制得可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜。
上述可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜受损后，采用波长为532nm、光强为15W/cm2的光源照射3min，该自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜受损处得到修复。
本实施例制备的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜受损后的扫描电镜图如图1所示，该自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜受损处得到修复的扫描电镜图如图2所示。

Claims (10)

1.可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备方法，其特征在于该方法具体是按照以下步骤制备的：
一、将聚甲基丙烯酸甲脂树脂溶于三氯甲烷中，得到聚甲基丙烯酸甲脂树脂质量浓度为2％～6％的溶液；
二、将粒径为48nm～52nm的金纳米粒子加入到步骤一得到的溶液中，混合均匀，得到金纳米粒子质量浓度为3.0x10-3wt％～2.1x10-2wt％的混合溶液；
三、采用旋转涂敷的方法将步骤二得到的混合溶液均匀覆盖在硅基底上，旋转涂敷时控制转速为480rpm～520rpm，保持3s～10s，然后控制转速为1800rpm～2200rpm，保持30s～60s，再控制转速为3800rpm～4200rpm，保持45s～80s，再放在热板上，在温度为160℃～220℃条件下保持85s～95s，制得可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜。
2.根据权利要求1所述的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中得到聚甲基丙烯酸甲脂树脂质量浓度为3％～4％。
3.根据权利要求2所述的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中金纳米粒子质量浓度为9.0x10-3wt％～2.0x10-2wt％。
4.根据权利要求3所述的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中在温度为180℃～200℃条件下保持88s～92s。
5.如权利要求1制备的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复方法，其特征在于该自修复方法按以下步骤进行：将受损后的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜采用波长为520nm～550nm、光强为5W/cm2～50W/cm2的光源照射1min～5min，完成受损聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复。
6.根据权利要求5所述的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复方法，其特征在于照射光源波长为530nm～540nm。
7.根据权利要求6所述的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复方法，其特征在于照射光源波长为532nm。
8.根据权利要求7所述的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复方法，其特征在于照射光源光强为10W/cm2～40W/cm2。
9.根据权利要求8所述的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复方法，其特征在于照射光源光强为15W/cm2。
10.根据权利要求9所述的可自修复的聚甲基丙烯酸甲脂树脂薄膜的自修复方法，其特征在于照射光源照射2min～3min。
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