CN114990883B - 结构色Janus膜的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了结构色Janus膜的制备及应用，该棉织物制备的方法步骤如下：S1：棉织物的预处理；S2：聚合物的制备：S21：将甲基丙烯酸六氟丁酯/丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和碳酸氢钠缓冲剂均匀的分散在去离子水中；S22：以氮气作为保护气体后，将S21中的混合物转移到水浴恒温磁力搅拌器中搅拌后，加入过硫酸铵引发剂引发聚合反应，反应后对产物进行离心，得浓缩乳液沉淀；S3：结构色Janus膜的棉织物的制备。本发明制备的棉织物一面具有亲水性，其亲水面接触角低于15°；一面具有疏水性的效果，其疏水面接触角可达到150°以上，且具有良好的服用性能。
Description
技术领域
本发明涉及结构色技术领域，尤其涉及基于P(t-FHBMA-co-GMA)/P(t-HFBA-co-GMA)的结构色Janus膜的制备及应用。
背景技术
棉织物具有一定的亲水性，而为了使棉织物一侧亲水一侧疏水以构成Janus膜，现有的主要处理方法包括：
(1)通过在棉织物的一侧涂覆一层疏水性的涂层；
(2)通过对棉织物进行单面修饰以达到单向渗透的效果。
对于处理方法(1)来说，该方法存在制备方法繁琐、涂层与棉织物结合牢度差等问题；对于处理方法(2)来说，现有的单面修饰方法存在结合牢度差、生产工艺繁琐等问题。因此，亟需开发一种新的结构色Janus膜的构建方法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了基于P(t-FHBMA-co-GMA)/P(t-HFBA-co-GMA)的结构色Janus膜的制备及应用，提高了结构色与织物的色牢度，且结构色Janus膜的构建方法快捷、高效、简单，结构色的颜色具有更好的饱和度，进一步降低了产业化的难度。
本发明提出的基于P(t-FHBMA-co-GMA)/P(t-HFBA-co-GMA)的结构色Janus膜，该结构色Janus膜一面疏水一面亲水，亲水性的接触角低于15°，疏水性接触角高于150°，且通过改变原料配比可构建不同颜色的结构色。
本发明提出的基于P(t-FHBMA-co-GMA)/P(t-HFBA-co-GMA)的结构色Janus膜的制备，方法步骤如下：
S1：棉织物的预处理；
S2：聚合物的制备
S21：将甲基丙烯酸六氟丁酯/丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和碳酸氢钠缓冲剂均匀的分散在去离子水中；
S22：以氮气作为保护气体后，将S21中的混合物转移到水浴恒温磁力搅拌器中搅拌后，加入过硫酸铵引发剂引发聚合反应，反应后对产物进行离心，得浓缩乳液沉淀；
S3：结构色Janus膜的制备
向S2中制备的浓缩乳液沉淀中加入去离子水并搅拌均匀，然后将其构建在S1中预处理后的棉织物的表面，经干燥后得基于P(t-FHBMA-co-GMA)/P(t-HFBA-co-GMA)的结构色Janus膜。
优选地，所述S2中甲基丙烯酸六氟丁酯/丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、碳酸氢钠缓冲剂和过硫酸铵的质量比为40-80:30-50:1:0.5-1。
优选地，所述S1中棉织物预处理的方法步骤如下：将三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中，然后加入盐酸多巴胺和硫酸铜，再在溶液中加入双氧水，将棉织物与上述溶液混合反应，反应结束后进行烘干处理。
优选地，所述三羟甲基氨基甲烷、盐酸多巴胺和硫酸铜的质量比为1:4-8:0.15-0.18。
优选地，所述棉织物与混合溶液反应的条件为：40-60℃水浴条件下反应36-60h。
优选地，所述S22中聚合反应的条件为：反应温度65-95℃、时间3-5h。
优选地，所述S3中浓缩乳液沉淀与去离子水的质量体积比为1g:8-12mL。
优选地，所述S3中浓缩乳液构建在棉织物的表面的方法包括喷雾法、刮涂法、重力沉降法。
本发明提出的上述基于P(t-FHBMA-co-GMA)/P(t-HFBA-co-GMA)的结构色Janus膜在生物基纤维织物、合成纤维织物中的应用。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明的结构色构建方法具有很高的色牢度，且结构色无裂痕，可以更好的展现图案整体美感，加速了结构色产业化的进程。
(2)本发明采用雾化沉积法进行结构色的构建，简单快捷效率高，极大地减少了废水的排放，缩短工艺流程的同时降低了加工工艺的条件；且本发明的结构色微球通过无皂乳液聚合的方法可快速制备大量的结构色微球，工艺流程简易方便，可批量化生产。
(3)本发明的Janus膜的构建使得织物在使用性能上提现出更好的吸湿排汗性的同时，具有的良好的拒水性，使得结构色织物产品更易被消费者接受；其中亲水性的接触角低于15°，疏水性的接触角高于150°。
(4)本发明的结构色构建方法具有快捷、高效、简单的优点，且颜色具有更好的饱和度，进一步降低产业化的难度，且通过调节原料的配比即可构建出绿色、蓝色、紫色等不同颜色的结构色。
(5)本发明的结构色构建方法适用于多种常见的纺织面料，如：棉、羊毛、黏胶等生物基纤维织物及合成纤维织物等。
附图说明
图1为本发明提出的结构色接触角检测结果图；
图2为本发明提出结构色微球扫描电镜SEM图；
图3为本发明提出结构色微球粒径分布大小图；
图4为本发明提出棉织物预处理后实物图及结构色织物照片；
图5为本发明提出的结构色织物反射率光谱。
具体实施方式
实施例1
(1)棉织物的预处理
将0.605g的三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶于装有500mL去离子水的烧杯中，加入4.0g的盐酸多巴胺和0.1g的硫酸铜，再取2mL的双氧水加入溶液里面，将烧杯放入50℃水浴振荡锅里面，将棉织物放入烧杯里面反应48h后取出，在50℃电热恒温鼓风干燥箱烘干。
(2)聚合物的制备
首先取5.28g的甲基丙烯酸六氟丁酯(FHBMA)和3.0g的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和0.05g的碳酸氢钠缓冲剂均匀的分散在装有90g去离子水的120mL的圆瓶中；然后通入15min氮气作为保护气体后，转移到80摄氏度的水浴恒温磁力搅拌器中搅拌30min后，取0.036g的过硫酸铵引发剂于10mL的烧杯中，加入10mL的去离子水充分溶解后，注入到120mL的圆瓶中引发聚合反应，在80摄氏度下继续恒温搅拌反应4小时；反应结束后通过离心机11000rpm离心40min后，获得浓缩乳液沉淀。
(3)具有P(t-FHBMA-co-GMA)结构色Janus膜的棉织物的制备
取4g乳液沉淀物置于50ml锥形瓶中，加入40ml去离子水磁力搅拌分散4h，得到均匀的微球分散液，裁取5x5cm圆形棉织物置于玻璃培养皿底部，放置自置封闭的塑料泡沫盒中，取5ml微球分散液于喷雾器中，将喷雾器喷口对于泡沫盒中，直至10ml分散液全部雾化完，最后取出培养皿置于电热恒温鼓风干燥箱中，40摄氏度鼓风干燥约10min，得到蓝色微球结构色织物。
实施例2
(1)棉织物的预处理
将0.605g的三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶于装有500mL去离子水的烧杯中，加入2.50g的盐酸多巴胺和0.11g的硫酸铜，再取2mL的双氧水加入溶液里面，将烧杯放入40℃水浴振荡锅里面，将棉织物放入烧杯里面反应36h后取出，在50℃电热恒温鼓风干燥箱烘干。
(2)聚合物的制备
首先取2.5g的甲基丙烯酸六氟丁酯(FHBMA)和3.0g的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和0.05g的碳酸氢钠缓冲剂均匀的分散在装有90g去离子水的120mL的圆瓶中；然后通入15min氮气作为保护气体后，转移到80摄氏度的水浴恒温磁力搅拌器中搅拌30min后，取0.05g的过硫酸铵引发剂于10mL的烧杯中，加入10mL的去离子水充分溶解后，注入到120mL的圆瓶中引发聚合反应，在65℃下继续恒温搅拌反应3小时；反应结束后通过离心机11000rpm离心30min后，获得浓缩乳液沉淀。
(3)具有P(t-FHBMA-co-GMA)结构色Janus膜的棉织物的制备
取2g乳液沉淀物置于50ml锥形瓶中，加入20ml去离子水磁力搅拌分散2h，得到均匀的微球分散液，裁取5x5cm圆形棉织物置于玻璃培养皿底部，采用重力沉降法，在培养皿里面注入5mL的分散液，将培养皿置于电热恒温鼓风干燥箱中，40摄氏度鼓风干燥约30min，得到绿色微球结构色织物。
实施例3
(1)棉织物的预处理
将0.605g的三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶于装有500mL去离子水的烧杯中，加入4.8g的盐酸多巴胺和0.09g的硫酸铜，再取2mL的双氧水加入溶液里面，将烧杯放入60℃水浴振荡锅里面，将棉织物放入烧杯里面反应60h后取出，在50℃电热恒温鼓风干燥箱烘干。
(2)聚合物的制备
首先取1.66g的甲基丙烯酸六氟丁酯(FHBMA)和3.0g的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和0.05g的碳酸氢钠缓冲剂均匀的分散在装有100g去离子水的120mL的圆瓶中；然后通入15min氮气作为保护气体后，转移到80摄氏度的水浴恒温磁力搅拌器中搅拌30min后，取0.03g的过硫酸铵引发剂于10mL的烧杯中，加入10mL的去离子水充分溶解后，注入到120mL的圆瓶中引发聚合反应，在95℃下继续恒温搅拌反应5小时；反应结束后通过离心机11000rpm离心40min后，获得浓缩乳液沉淀。
(3)具有P(t-FHBMA-co-GMA)结构色Janus膜的棉织物的制备
取5g乳液沉淀物置于50ml锥形瓶中，加入50ml去离子水磁力搅拌分散5h，得到均匀的微球分散液，裁取5x5cm圆形棉织物置于平板上，通过刮涂法将适量的分散液涂匀棉织物表面，置于电热恒温鼓风干燥箱中，40摄氏度鼓风干燥约15min，得到紫色微球结构色织物。
实施例4
(1)棉织物的预处理
将0.605g的三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶于装有500mL去离子水的烧杯中，加入4.0g的盐酸多巴胺和0.1g的硫酸铜，再取2mL的双氧水加入溶液里面，将烧杯放入50℃水浴振荡锅里面，将棉织物放入烧杯里面反应48h后取出，在50℃电热恒温鼓风干燥箱烘干。
(2)聚合物的制备
首先取2.5g的丙烯酸六氟丁酯(HFBA)和3.0g的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和0.05g的碳酸氢钠缓冲剂均匀的分散在装有90g去离子水的120mL的圆瓶中；然后通入15min氮气作为保护气体后，转移到80摄氏度的水浴恒温磁力搅拌器中搅拌30min后，取0.036g的过硫酸铵引发剂于10mL的烧杯中，加入10mL的去离子水充分溶解后，注入到120mL的圆瓶中引发聚合反应，在80摄氏度下继续恒温搅拌反应4小时；反应结束后通过离心机11000rpm离心40min后，获得浓缩乳液沉淀。
(3)具有P(t-HFBA-co-GMA)结构色Janus膜的棉织物的制备
取4g乳液沉淀物置于50ml锥形瓶中，加入40ml去离子水磁力搅拌分散4h，得到均匀的微球分散液，裁取5x5cm圆形棉织物置于玻璃培养皿底部，放置自置封闭的塑料泡沫盒中，取5ml微球分散液于喷雾器中，将喷雾器喷口对于泡沫盒中，直至10ml分散液全部雾化完，最后取出培养皿置于电热恒温鼓风干燥箱中，40摄氏度鼓风干燥约10min，得到微球结构色织物。
对实施例1制备的结构色织物的性能进行测定，其透湿量为9500g/(m2.d)，蒸发速率为0.4g/h，芯吸高度为150mm，滴水扩散时间小于1S；图1为实施例1制备的结构色接触角检测结果图。从图中可看出，在多巴胺处理后的棉织物的一面构建的结构色，表面接触角最高可达到155°，具有很好的疏水性效果；而另一面没有构建结构色，表面接触角低于15°，具有良好的亲水性。
图2为实施例1制备的结构色微球扫描电镜SEM图，从图中可看出，P(t-FHBMA-co-GMA)结构色微球均匀的分布在纤维表面，微球之间共价交联在一起，可提高结构色牢度性能。
图3为实施例1-3制备的结构色微球粒径分布大小图，从图中可看出，三种颜色的结构色微球分布均匀，P(t-FHBMA-co-GMA)绿色结构色微球大小是355nm，P(t-FHBMA-co-GMA)蓝色结构色微球大小是402nm，P(t-FHBMA-co-GMA)紫色结构色微球大小是340nm。
图4为本发明提出的棉织物预处理后实物图及结构色织物照片。其中(a)为棉织物多巴胺预处理后显棕黑色；(b)为P(t-FHBMA-co-GMA)微球在预处理后棉织物表面构建的绿色结构色；(c)为P(t-FHBMA-co-GMA)微球在预处理后棉织物表面构建的蓝色结构色；(d)为P(t-FHBMA-co-GMA)微球在预处理后棉织物表面构建的紫色结构色。
图5为本发明实施例1-3制备的结构色织物反射率光谱。从图中可看出，不同颜色的反射曲线显著差异大，绿色棉织物在波长550nm处有较明显的反射波峰，蓝色棉织物在波长600nm处有较明显的反射波峰，紫色棉织物的反射波峰平缓在波长480nm处。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.结构色Janus膜的制备方法，其特征在于，该结构色Janus膜一面疏水一面亲水，亲水性的接触角低于15°，疏水性的接触角高于150°，且通过改变原料配比可构建不同颜色的结构色；
结构色Janus膜的制备方法步骤如下：
S1：棉织物的预处理；
S2：聚合物的制备
S21：将甲基丙烯酸六氟丁酯/丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和碳酸氢钠缓冲剂均匀的分散在去离子水中；
S22：以氮气作为保护气体后，将S21中的混合物转移到水浴恒温磁力搅拌器中搅拌后，加入过硫酸铵引发剂引发聚合反应，反应后对产物进行离心，得浓缩乳液沉淀；
S3：结构色Janus膜的制备
向S2中制备的浓缩乳液沉淀中加入去离子水并搅拌均匀，然后将其构建在S1中预处理后的棉织物的表面，经干燥后得结构色Janus膜；
所述S1中棉织物预处理的方法步骤如下：将三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中，然后加入盐酸多巴胺和硫酸铜，再在溶液中加入双氧水，将棉织物与上述溶液混合反应，反应结束后进行烘干处理。
2.根据权利要求1所述的结构色Janus膜的制备方法，其特征在于，所述S2中甲基丙烯酸六氟丁酯/丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、碳酸氢钠缓冲剂和过硫酸铵的质量比为40-80:30-50:1:0.5-1。
3.根据权利要求1所述的结构色Janus膜的制备方法，其特征在于，所述三羟甲基氨基甲烷、盐酸多巴胺和硫酸铜的质量比为1:4-8:0.15-0.18。
4.根据权利要求1所述的结构色Janus膜的制备方法，其特征在于，所述棉织物与混合溶液反应的条件为：40-60℃水浴条件下反应36-60h。
5.根据权利要求1所述的结构色Janus膜的制备方法，其特征在于，所述S22中聚合反应的条件为：反应温度65-95℃、时间3-5h。
6.根据权利要求1所述的结构色Janus膜的制备方法，其特征在于，所述S3中浓缩乳液沉淀与去离子水的质量体积比为1g:8-12mL。
7.根据权利要求1所述的结构色Janus膜的制备方法，其特征在于，所述S3中浓缩乳液构建在棉织物的表面的方法包括喷雾法、刮涂法、重力沉降法。
8.如权利要求1所述方法制备的结构色Janus膜在生物基纤维织物、合成纤维织物中的应用。
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