Page 91 - 《精细化工》2023年第8期
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第 8 期                    韩镕辉，等:  基于聚偏氟乙烯复合结构色材料的制备与性能                                   ·1705·


            然而，由于胶体微球之间只是简单的点接触，相互                             有限公司；BW-VU-3W 紫外激光打印机，东莞市博
            作用弱，组装形成的有序光子晶体阵列极易受外力                             伟激光设备有限公司；Nova Nano SEM 450 场发射
            破坏，使颜色消失         [22-23] ，而在实际应用中，颜色的              扫描电子显微镜、Tecnai G2 F30 透射电子显微镜
            持久性至关重要。因此，结构稳定的结构色体系的                             （TEM），美国 FEI 公司；Zetasizer Nano-ZS90 纳米
            构筑具有极其重要的应用价值。SHEN 等                  [24] 开发了     粒度与电位分析仪，英国马尔文仪器有限公司；Y(B)
            许多有效的方法来提高胶体微球阵列结构的稳定                              571-Ⅱ型预置式色牢度摩擦仪，温州大荣纺织仪器
            性。ECHEVERRI 等     [25] 利用电泳沉积技术将 SiO 2 微           有限公司；PT-305B 拉伸测试仪，广东北斗精密仪
            球与聚多巴胺（PDA）前体共沉积组装，制备了机                            器有限公司；U-4100 固体紫外-可见分光光度计，日
            械稳定性优异的结构色涂层。LIU 等                [26] 通过碱蒸气       本 Hitachi 公司；TG209 型热重分析仪（TGA），美
            处理无定形结构的 SiO 2 @PDA 核壳结构微球，使聚                      国 TA 仪器公司；华为 P50E 手机。
            多巴胺壳层充分氧化交联，结构色稳定性得到显著                             1.2   方法
            增强。WANG 等       [27] 通过加热处理聚(苯乙烯-甲基丙               1.2.1   单分散 PS@SiO 2 悬浮液的制备
            烯酸甲酯-丙烯酸)核壳结构微球的三维阵列，使壳                                PS 微球的制备：采用乳液聚合法              [29] 制备 PS 微
            层材料软化黏结，代替了微球之间的空气，组装成                             球乳液。向 250 mL 三口烧瓶中依次加入 135 mL 去
            紧密堆积结构，显著提高了机械稳定性。YOU 等                     [22]   离子水、0.10 g（0.34 mmol）SDS，开启搅拌，设
            将聚苯乙烯（PS）微球与小粒径的 SiO 2 微球共组装，                      置转速为 300 r/min，水浴升温至 50  ℃，加入 15.0 g
            利用小粒径的 SiO 2 填充 PS 微球的缝隙，增加了接                      （0.144 mol）St。设定温度为 85  ℃，搅拌 30 min，
            触面积，提高了材料的稳定性。上述结果表明，在                             添加 0.15 g（0.55 mmol）过硫酸钾，热引发聚合反
            胶体微球阵列结构填充与之折射率不同的黏结剂可                             应，持续反应 5 h，得到质量浓度为 110 g/L、粒径
            显著提升阵列结构的稳定性。聚偏氟乙烯（PVDF）                           219 nm 的 PS 微球分散液。调整 SDS 的加入质量为
            是柔性高分子树脂，其折射率为 1.42，具有抗拉伸                          0.11 和 0.12 g，重复上述实验，分别得到质量浓度
            特性，是一种高强度黏结剂。在前期研究中，本课                             为 110 g/L、粒径分别为 193 和 173 nm 的 PS 微球分
            题组将其填充至 SiO 2 三维有序阵列中，经氢氟酸蚀                        散液。
            刻后制备了 PVDF 基反蛋白石结构色薄膜                 [28] 。           PS@SiO 2 微球的制备：参照文献[30]报道的方
                 本文设计将 PVDF 引入 PS@SiO 2 胶体微球光子                 法制备核壳微球。在 250 mL 三口烧瓶中，依次加入
            晶体阵列中，利用 PS@SiO 2 微球与 PVDF 的折射率                    120 mL 去离子水、6 mL PS 微球分散液，搅拌至均
            差异，在锁定胶体微球阵列结构的同时，一步构筑                             匀，转速为 300 r/min，水浴温度设定为 15  ℃。搅
            结构稳定且柔韧的结构色材料，制备过程安全简单。                            拌 30 min 后，依次加入 10 mL 氨水和 50 mL 去离子
            此外，构筑体系中还引入炭黑（CB）以屏蔽杂散光                            水。20 min 后，移取 3 mL（0.014 mol）VTEOS 至
            来提升材料颜色的可视性。以期通过本方法来构筑                             反应体系，反应 3.5 h。将上述反应液离心、无水乙
            颜色亮丽、机械稳定性与柔性优异的结构色材料，                             醇洗涤 3 次，在电热鼓风干燥箱中 80  ℃恒温 4 h
            拓展其在显示、装饰和有色塑料等领域的应用。                              得到 PS@SiO 2 微球。调控 PS 微球的粒径和 VTEOS

                                                               用量，得到不同粒径的 PS@SiO 2 微球。把制备的核
            1    实验部分
                                                               壳结构 PS@SiO 2 微球配制成质量分数 8%的无水乙
            1.1   试剂与仪器                                        醇分散液，备用。
                 苯乙烯（St）、十二烷基硫酸钠（SDS）、过硫                       1.2.2  PVDF/PS@SiO 2 结构色材料的制备
            酸钾、氨水、CB，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；                               采用浸渍提拉法制备 PS@SiO 2 光子晶体。以洁
            六甲基磷酰三胺（HMPA）、乙烯基三乙氧基硅烷                            净的 25 mm×100 mm 的载玻片为基底，在提拉仪
            （VTEOS），分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有                           中，静置放入装有 20 mL PS@SiO 2 微球的无水乙醇
                                                      5
            限公司；PVDF（重均相对分子质量约 1.8×10 ，数                       分散液的小烧杯，将载玻片垂直浸入分散液中，设
                                   4
            均相对分子质量约 7.1×10 ），分析纯，Sigma-Aldrich                定温度 30  ℃，速率参数设置为 2 μm/s，循环 3 次，
            公司；去离子水，自制；无水乙醇，分析纯，国药                             最终得到三维有序 PS@SiO 2 光子晶体。
            集团化学试剂有限公司。                                            PVDF/PS@SiO 2 结构色材料的制备：称取 20 g
                 DF-101S 恒温加热磁力搅拌器、JJ-1 电动搅拌                   HMPA，加入 0.02 g CB，超声分散 1 h。然后称量
            器，巩义市予华仪器有限公司；SYDC-100H DIP 提                      2.2 g PVDF 加入至上述体系中，在 60  ℃下，搅拌 5 h
            拉仪，上海三洋仪器公司；DHG-9053A 电热鼓风干                        至体系均匀，最终得到呈黑色的 PVDF/HMPA/CB
            燥箱、DZF-6030A 真空干燥箱，上海一恒科学仪器                        分散液。在真空干燥箱中，水平放置提拉得到的
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