Page 83 - 《精细化工》2023年第11期
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第 11 期                  辛   华，等:  聚多巴胺/SiO 2 改性聚氨酯制备含结构色复合材料                            ·2395·


                 聚氨酯（PU）弹性面料拥有优异的弹性、贴合                         三羟甲基氨 基甲烷盐酸 盐缓冲液（ Tris-HCl），
            性、形状记忆性及耐磨性，在泳衣等服饰领域广泛                             pH=8.5，美国 Amresco 生物科技有限公司；氨水
            使用。但材料本身颜色单一，通常需要额外添加颜                             （NH 3•H 2O，质量分数 25%~28%），分析纯，广东光
            料赋予其更丰富的颜色           [1-3] 。传统的着色方法，着色             华科技股份有限公司；盐酸多巴胺（DA，质量分数
            剂与 PU 的相容性较差，需要加入助剂以提高分散                           98%），阿达玛斯试剂有限公司；无水乙醇（EtOH），
            性，同时需要保证聚合物体系稳定。传统颜料的颜                             分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；N,N-二甲
            色来自有机结构中的显色基团，长期使用会褪色，                             基甲酰胺（DMF），分析纯，安阳九天精细化工有限
            造成 PU 色泽不均匀，使用性能下降，对环境也会                           责任公司；二月桂酸二丁基锡（DBTDL），分析纯，
            造成不同程度的污染          [4-5] 。                         重庆元源享科技发展有限公司；1,4-丁二醇（BDO），
                 而结构色不会因能量转化的损耗而褪色                  [6-7] ，结   分析纯，上海凯茵化工有限公司；去离子水，自制。
            构色可分为光子晶体（PCs）结构色及非晶光子晶体                               Vector-22 傅里叶变换红外光谱仪，德国 Bruker
            （APCs）结构色       [8-10] 。而非晶光子晶体只需保证局               公司；H-600 透射式电子显微镜，日本日立公司；
            部的规整结构即可获得无角度依赖性且色彩饱和度                             Malvern Zetasizer Nano ZS ZEN3600 纳米粒度与
            较高的结构色。有序度要求的降低扩大了结构色材                             Zeta 电位仪，英国马尔文仪器有限公司；FEI Verios
            料的实用价值。根据变色龙改变皮肤中的纳米粒子                             460 高分辨场发射扫描电子显微镜，美国 FEI 公司；
            间距改变自身颜色的原理，衍生了一系列制备刺激                             Cary 5000 紫外-可见-近红外分光光度计，美国安捷
                                                  [7]
            响应光子晶体结构色的相关工作。王超等 合成了                             伦科技公司；JC2000A 接触角测定仪，上海中晨数
            一种快速响应的温敏光子晶体水凝胶（C 12 DMAO/                        字技术设备有限公司；XWW-20 万能试验机，承德
            PNIPAM-co-PDAAM-co-PAM）与集成电加热板复合                   市金建检测仪器有限公司。
            制备了结构色器件，通过外部加热实现在 22~30  ℃                        1.2   制备方法
            颜色的快速变化。WANG 等           [11] 设计了一种彩色可切            1.2.1   单分散 SiO 2 微球的合成
            换的柔性动态透明显示器，使用聚二甲基硅氧烷                                  通过改进的 Stöber 法     [13] 制备单分散 SiO 2 微球。
            （PDMS）浸润 SiO 2 @CdTe@SiO 2 （SQS）制备了具               将 45.50 mL 无水乙醇和 4.50 mL TEOS 混合均匀，记
            有夹层结构的 PDMS/SQS/PDMS 弹性薄膜。在外力                      为 A 组分；将 16.25 mL 无水乙醇、9.00 mL 氨水、
            或紫外线照射下会发生明显的颜色变化。但类刺激                             24.75 mL 去离子水混合均匀，记为 B 组分。A 组分加
            响应光子晶体的夹层结构制备过程复杂、工艺难度                             入 250 mL 三口烧瓶中，在 1100 r/min、30  ℃下快速
            大，无法规模化制备。REN 等            [12] 利用类黑色素聚多
                                                               倒入 B 组分搅拌 1 min 后，调节转速为 400 r/min，
            巴胺（PDA）纳米粒子，模仿鸟类羽毛中黑色素阵
                                                               反应 2 h。反应结束后，在 10000 r/min 下离心 10 min，
            列的显色机理，制备出具有单一色彩的非晶光子晶
                                                               取下层沉淀使用无水乙醇洗涤 3 次，在 60  ℃真空干
            体结构色薄膜。此法制备的结构色材料对结构的有
                                                               燥箱中干燥 3 h 后，进行研磨，得到单分散 SiO 2 微
            序性要求较低，制备难度降低。但结构色薄膜的强
                                                               球，其中，TEOS 体积分数为 4.5%，将样品命名为
            度低，易被破坏。
                                                               SiO 2 -b。
                 针对以上问题，本文拟设计一种合成工艺简单，
                                                                   其余产物的制备方法同上，只需改变 TEOS 的
            且复合材料性能稳定的结构色 PU 薄膜。通过在 PU
                                                               体积分数，将 TEOS 体积分数为 2.5%、6.5%制得的
            中引入结构色颜料（PDA/SiO 2 ）来制备 PU 复合彩
                                                               不同粒径的单分散 SiO 2 微球分别命名为 SiO 2 -a、
            色材料。PDA 中存在的含大量活泼氢的氨基及羟基
                                                               SiO 2 -c，原料组成及用量见表 1。
            与 PU 具有良好的反应活性，可改善色料在 PU 中的
            相容性，同时实现 PU 优异的着色性能、疏水性能                                    表 1   单分散 SiO 2 微球的合成参数
            及机械性能，使其作为弹性薄膜材料在纺织领域具                             Table 1    Synthesis parameters of  monodisperse SiO 2
            有良好的应用前景。                                                   microspheres
                                                                                        用量/mL
                                                                样品名称
            1   实验部分                                                       TEOS     EtOH     NH 3•H 2O  H 2O
                                                                 SiO 2-a    2.50    63.75     9.00     24.75
            1.1   试剂与仪器                                          SiO 2-b    4.50    61.75     9.00     24.75
                 六亚甲基二异氰酸酯（HDI），分析纯，上海麦                          SiO 2-c    6.50    59.75     9.00     24.75
            克林生化科技股份有限公司；正硅酸乙酯（TEOS），
            分析纯，天津市大茂化学试剂厂；聚四氢呋喃醚二                             1.2.2   非晶光子晶体 PDA/SiO 2 的合成
            醇（PTMG1000），工业级，广东盛方化工有限公司；                            取1.00 mL 1 mol/L的pH=8.5的Tris-HCl与100 mL
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