CN111137056A - 具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，所述方法包括：在室温下配置不同浓度的氧化石墨烯水分散液，对氧化石墨烯水分散液进行超声处理；对超声处理后的氧化石墨烯水分散液进行离心处理；将离心后不同浓度的氧化石墨烯水分散液放置在滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理后的硅橡胶片表面，在一定压力压制下将彩色薄膜转印至硅橡胶表面，得到彩色硅橡胶；压制结束后，揭下滤膜，对彩色硅橡胶进行烘干，制备出具有响应变色功能的彩色硅橡胶。本申请采用将真空抽滤法制备的氧化石墨烯彩色薄膜涂覆于硅橡胶表面，制备出彩色硅橡胶，环保无污染，且能对极性溶剂产生相应变色响应。

Description

具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法

技术领域

本申请涉及功能性硅橡胶技术领域，尤其涉及一种具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法。

背景技术

硅橡胶具有优异的耐热性、柔韧性、耐候性、绝缘性，被作为通用橡胶而大量应用于汽车机械工业、医疗及电气绝缘等多个领域，尤其在电气绝缘领域，硅橡胶被用于新型电缆材料、绝缘套管、绝缘子伞裙等各类绝缘器件。

近年来，随着我国经济的快速发展，硅橡胶在工业生产中的用量极大增加，各行业对硅橡胶的各类功能性也提出了越来越丰富的需求。制备具有丰富色彩的彩色硅橡胶，并实现色彩响应性变化，将为硅橡胶提供一种新的功能特性，对彩色硅橡胶以及变色响应功能性硅橡胶的研制具有现实性意义。

但是，传统的彩色硅橡胶颜色大多是利用化学染料或着色剂的添加来使硅橡胶呈现色彩斑斓的颜色，难以产生色彩的响应性变化。

发明内容

本申请提供了一种具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，以解决目前彩色硅橡胶难以产生色彩响应性变化的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，所述方法包括：

在室温下配置不同浓度的氧化石墨烯水分散液，对所述氧化石墨烯水分散液进行超声处理；

对超声处理后的氧化石墨烯水分散液进行离心处理；

将离心后不同浓度的氧化石墨烯水分散液放置在滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

将所述彩色薄膜连同所述滤膜一起贴敷于经超声清洗处理后的硅橡胶片表面，在一定压力压制下将所述彩色薄膜转印至硅橡胶表面，得到彩色硅橡胶；

压制结束后，揭下所述滤膜，对所述彩色硅橡胶进行烘干，制备出具有响应变色功能的彩色硅橡胶。

可选的，所述氧化石墨烯水分散液的浓度为1-5mg/mL。

可选的，对所述氧化石墨烯水分散液进行超声处理的时间为5-10小时。

可选的，离心机转速为3000-10000r/min，离心时间为10-30min。

可选的，离心后氧化石墨烯水分散液浓度为0.003-1mg/mL。

可选的，所述滤膜为聚偏氟乙烯滤膜或聚四氟乙烯滤膜或氧化铝滤膜。

可选的，所述压力为0.1-0.5MPa。

可选的，在0.1-0.5MPa压力下压制时间为2-12h。

可选的，烘干温度为50-100℃，烘干时间为30min。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的具有响应变色功能的彩色硅橡胶的制备方法采用将真空抽滤法制备的氧化石墨烯彩色薄膜涂覆于硅橡胶表面，制备出的彩色硅橡胶不仅对环境无污染，而且由于硅橡胶基体中无化学颜料添加物，对硅橡胶原有的物理性能不会产生影响，且当外界环境改变时，尤其是接触到极性液体或气体时，制得的彩色硅橡胶还会产生相应的色彩变化，具有操作过程简便、成本低廉、实用高效的优点。本申请制备的彩色硅橡胶能够对极性溶剂产生变色响应，该色彩响应特性使得彩色硅橡胶在极性液体或气体的传感和检测领域具有潜在应用价值，并且被用来制备应用在电气绝缘领域的绝缘套管时，能够及时检测到环网柜中的环境变化，从而预防不必要灾难的发生，也为橡胶领域增添色彩斑斓的颜色。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的真空抽滤法制备彩色氧化石墨烯薄膜并转印制备彩色硅橡胶的过程示意图；

图3为本申请实施例提供的氧化石墨烯彩色硅橡胶对水产生的变色响应行为；

图4为本申请实施例提供的氧化石墨烯彩色硅橡胶在极性溶剂作用下的变色响应行为。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

在自然界中有很多生物拥有永久性的结构彩色，如蝴蝶漂亮的翅膀、孔雀尾羽的眼斑和变色龙等，一些学者通过对自然界中具有结构色彩现象的生物进行研究，他们发现这些生物均因存在由微小的纳米结构单元按照一定规律排列所形成的周期性结构而产生反光结构色彩，进而展现出人体肉眼可见的鲜艳色彩，这种颜色与化学颜料所生成的色素色不同，被人们称为结构色。根据光的布拉格衍射，自然界的光会在生物表面发生干涉，产生眼睛所感知的绚丽的结构色。氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)水分散液因具有液晶性，能够自组装形成彩色薄膜，这种彩色薄膜还能根据周围环境变化而发生色彩响应。

基于氧化石墨烯水分散液的这一特性，本申请实施例提供了一种具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法。

如图1、图2所示，本申请实施例提供的具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法包括：

S100：在室温下配置不同浓度的氧化石墨烯水分散液，对氧化石墨烯水分散液进行超声处理。

在室温下配置1-5mg/mL浓度的氧化石墨烯(GO)水分散液，并对GO水分散液进行超声处理5-10小时。

S200：对超声处理后的氧化石墨烯水分散液进行离心处理。

对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为3000-10000r/min，离心时间为10-30min。

S300：将离心后不同浓度的氧化石墨烯水分散液防置在滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜。

将离心处理后浓度为0.003-1mg/mL的GO水分散液放置在滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜。本示例中，滤膜为聚偏氟乙烯滤膜、聚四氟乙烯滤膜、氧化铝滤膜中的一种。

真空抽滤法是常用的制备石墨烯薄膜的方法，一般采用微孔混合纤维膜或者是氧化铝滤膜来进行抽滤，首先将氧化石墨烯水分散液的浓度调整至一个较低的浓度，然后进行真空抽滤，抽滤时，氧化石墨烯片层会逐渐均匀沉积在微孔滤膜上，可以通过调整溶液的浓度或者溶液的量实现控制薄膜的厚度，随后进行烘干，如果制备的薄膜厚度较大，可直接转移；如果薄膜厚度较小，不利于转移，则可以使用溶剂，混合纤维膜可以使用丙酮溶解，氧化铝膜可以使用氢氧化钠溶液溶解，然后再转移到合适的基底上，如PET或者硅基底上；然后进一步将氧化石墨烯薄膜利用还原剂，例如氢碘酸或水合肼还原，就可以得到氧化石墨烯薄膜。

S400：将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理后的硅橡胶片表面，在一定压力压制下将彩色薄膜转印至硅橡胶表面，得到彩色硅橡胶。

将得到的氧化石墨烯彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理后的硅橡胶(Silicone Rubber，SR)表面，在一定压力下压制2-12h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得彩色硅橡胶(GO/SR)。本示例中，将GO彩色薄膜贴敷于硅橡胶表面的压力为0.1-0.5MPa。

S500：压制结束后，揭下滤膜，对彩色硅橡胶进行烘干，制备出具有响应变色功能的彩色硅橡胶。

待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在50-100℃温度下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例一

1)、在室温下配置浓度为1mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理6小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为3000r/min，离心时间为15min；

3)、将离心后浓度为0.035mg/mL的GO水分散液放置在聚偏氟乙烯滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.15MPa压力下压制10h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在60℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例二

1)、在室温下配置浓度为1mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理5小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为5000r/min，离心时间为10min；

3)、将离心后浓度为0.05mg/mL的GO水分散液放置在聚偏氟乙烯滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.2MPa压力下压制8h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在50℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例三

1)、在室温下配制浓度为2mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理7小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为8000r/min，离心时间为20min；

3)、将离心后浓度为0.1mg/mL的GO水分散液放置在聚偏氟乙烯滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.1MPa压力下压制12h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在70℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例四

1)、在室温下配制浓度为2mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理8小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为10000r/min，离心时间为20min；

3)、将离心后浓度为0.15mg/mL的GO水分散液放置在聚偏氟乙烯滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.25MPa压力下压制8h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在80℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例五

1)、在室温下配制浓度为2mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理9小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为6000r/min，离心时间为25min；

3)、将离心后浓度为0.02mg/mL的GO水分散液放置在聚四氟乙烯滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.3MPa压力下压制9h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在90℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例六

1)、在室温下配制浓度为3mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理5小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为5000r/min，离心时间为30min；

3)、将离心后浓度为0.03mg/mL的GO水分散液放置在聚四氟乙烯滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.35MPa压力下压制7h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在100℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例七

1)、在室温下配制浓度为3mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理5.5小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为3000r/min，离心时间为20min；

3)、将离心后浓度为0.01mg/mL的GO水分散液放置在聚四氟乙烯滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.40MPa压力下压制6h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在60℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例八

1)、在室温下配制浓度为3mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理6小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为7000r/min，离心时间为15min；

3)、将离心后浓度为0.05mg/mL的GO水分散液放置在氧化铝滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.45MPa压力下压制4h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在50℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例九

1)、在室温下配制浓度为1mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理8小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为4000r/min，离心时间为20min；

3)、将离心后浓度为0.15mg/mL的GO水分散液放置在氧化铝滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.50MPa压力下压制2h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在70℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

实施例十

1)、在室温下配制浓度为1mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理7.5小时；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为6000r/min，离心时间为30min；

3)、将离心后浓度为0.03mg/mL的GO水分散液放置在氧化铝滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

4)、将彩色薄膜连同滤膜一起贴敷于经超声清洗处理的SR片表面，在0.10MPa压力下压制8h，使GO彩色薄膜转印至硅橡胶表面制得GO/SR；

5)、待压制结束后，轻轻揭下滤膜，再将GO/SR在80℃下干燥30min，从而制备出柔性且具有鲜艳色彩和响应变色功能的彩色硅橡胶。

本申请通过将GO彩色薄膜放置在不同溶剂环境下，可以使GO彩色薄膜的颜色发生变化，同时GO/SR的颜色可以通过调节GO水分散液的浓度来改变。如图3、图4所示，当GO彩色薄膜与空气接触时，其颜色为红色；在与极性溶剂接触的瞬间，其颜色从红色转变为绿色，例如极性溶剂N-N二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇与GO彩色薄膜接触时，颜色就会从红色变为绿色；当高温烘干后，有机溶剂能被完全挥发，样品可恢复至原始颜色。重复试验发现这种响应性变化对极性溶剂敏感而且由极性溶剂引起的颜色变化是可逆的。

GO/SR的色彩响应特性使得GO/SR在极性液体或气体的传感和检测领域具有潜在应用价值，并且被用来制备应用在电气绝缘领域的绝缘套管时，能够及时检测到环网柜中的环境变化，从而预防不必要灾难的发生，也为橡胶领域增添色彩斑斓的颜色。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，其特征在于，所述方法包括：

在室温下配置不同浓度的氧化石墨烯水分散液，对所述氧化石墨烯水分散液进行超声处理；

对超声处理后的氧化石墨烯水分散液进行离心处理；

将离心后不同浓度的氧化石墨烯水分散液放置在滤膜上，采用真空抽滤法制备彩色薄膜；

将所述彩色薄膜连同所述滤膜一起贴敷于经超声清洗处理后的硅橡胶片表面，在一定压力压制下将所述彩色薄膜转印至硅橡胶表面，得到彩色硅橡胶；

压制结束后，揭下所述滤膜，对所述彩色硅橡胶进行烘干，制备出具有响应变色功能的彩色硅橡胶。

2.根据权利要求1所述的具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水分散液的浓度为1-5mg/mL。

3.根据权利要求1所述的具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，其特征在于，对所述氧化石墨烯水分散液进行超声处理的时间为5-10小时。

4.根据权利要求1所述的具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，其特征在于，离心机转速为3000-10000r/min，离心时间为10-30min。

5.根据权利要求1所述的具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，其特征在于，离心后氧化石墨烯水分散液浓度为0.003-1mg/mL。

6.根据权利要求1所述的具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，其特征在于，所述滤膜为聚偏氟乙烯滤膜或聚四氟乙烯滤膜或氧化铝滤膜。

7.根据权利要求1所述的具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，其特征在于，所述压力为0.1-0.5MPa。

8.根据权利要求7所述的具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，其特征在于，在0.1-0.5MPa压力下压制时间为2-12h。

9.根据权利要求1所述的具有响应变色功能的彩色硅橡胶制备方法，其特征在于，烘干温度为50-100℃，烘干时间为30min。

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