一種二氧化硅納米球組裝高分子纖維的方法技術

本發明專利技術涉及一種二氧化硅納米球組裝高分子纖維的方法，包括：采用溶膠-凝膠法，以正硅酸四乙酯、乙醇、高純水、氨水為原料制備單分散的二氧化硅納米球；將一根高分子纖維置于玻璃毛細管中，利用微注射泵將分散于乙醇和高純水混合溶劑的二氧化硅納米球注射到玻璃毛細管中，將毛細管固定在烘箱內，調節溫度蒸發溶劑，最終得到二氧化硅納米球組裝的高分子纖維。本發明專利技術制備過程簡單，無需化學染料，所得高分子纖維不僅光學性能優異，而且具有良好地柔韌性，對于實現結構色纖維具有重要意義，對于實現綠色染整也有重要貢獻；制備過程無需化學染料，在綠色染整方面有著廣泛應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高分子纖維組裝領域，特別涉及。
技術介紹
納米材料的自組裝是在合適的物理、化學條件下，原子、分子、粒子和其他結構單元，通過氫鍵、范德瓦爾斯鍵、靜電力等非共價鍵的相互作用、親水-疏水相互作用，在系統能量最低性原理的驅動下，自發地形成具有納米結構材料的過程。自組裝技術從納米材料出現開始就一直應用于納米材料的制備，如納米團簇、納米管、納米環、納米線以及功能化納米材料等。自組裝是以分子水平構筑功能材料的新方法，實現了微觀結構層面上分子的均勻一致有序排列，這為光子晶體的制備提供了一種便捷高效的方法。 目前，結構色纖維是一種具有多層結構的纖維，屬于二維光子晶體，通過嚴格選擇一定折射率的高聚物纖維和計算各層的厚度，使各纖維薄層對光產生相長增強干涉作用，反射出一定波長的很強的彩色的光。基于光子晶體蛋白石結構的纖維即通過一定的方法、技術手段，在纖維上附著可作為光子晶體的納米球如Si02、PS或PMMA等，在光的照射下，通過光子晶體對光的散射、衍射和干涉等物理光學效果，使其顯示顏色，即結構色，那么纖維也顯示出相應的結構色。這種附著了光子晶體并顯色的纖維即為光子晶體結構色纖維。近年來，國內外學者在利用自組裝技術制備光子晶體并使之顯示結構色這方面進行了廣泛且深入的研究。Ke Qin Zhang 等在 Journal of Fiber Bioengineering andInformatics 2010, 2，214-218中報道了在開放空間中通過膠體自組裝的方法制備了基于光子晶體的結構色纖維，制備出的光子晶體結構色纖維在置于光學顯微鏡下觀察，具有優異的光學性能，但由于是在開放空間中組裝，其光子晶體結構很難保持長距離的連續性。Zhifu Liu等在Chemistry Communications 2011，47，12801-12803 中報道在微空間中設計微流體裝置，通過自組裝的方法制備了由二氧化硅組裝的結構色玻璃纖維，在光學顯微鏡下具有藍綠結構色，但是其制備的結構色玻璃纖維缺乏柔韌性，作為具有獨特性能的纖維在實際應用中有很大局限性。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供，本專利技術制備過程簡單，無需化學染料，能耗低，是一種綠色無污染的染整方法，對節能減排和環境保護具有較大意義；制備的高分子纖維不僅具有優異的光學性能，而且有良好的柔韌性，使得其作為一種性能獨特的纖維向實際應用邁出重要一步；本專利技術對于實現結構色纖維具有重要意義，對于實現綠色染整也有重要貢獻。本專利技術所的，包括(I)分別配制酸堿兩種洗液，洗滌玻璃毛細管和高分子纖維，并用蒸餾水沖洗，烘干；(2)在室溫下，將乙醇、高純水、氨水混合后磁力攪拌5 20分鐘；再加入正硅酸四乙酯和乙醇的混合溶液，調節溫度為25飛(TC，恒溫反應O. 5^2小時，得到單分散的二氧化硅納米球，自然冷卻后將二氧化硅納米球分離洗滌，并分散到乙醇中，得到分散液；(3)將分散液與高純水混合，用注射器將混合液通過微注射泵輸送到放有高分子纖維的玻璃毛細管中；加熱蒸發掉乙醇和水，蒸發完畢后烘干，使二氧化硅納米球自組裝在高分子纖維表面。所述步驟(I)中的酸洗液為體積比為3:1:20的濃硫酸、雙氧水、蒸餾水；堿洗液為體積比為3:1:20的氨水、雙氧水、蒸餾水；酸堿兩種洗液洗滌玻璃毛細管和高分子纖維的洗滌溫度為8(Tl20°C，洗滌時間為2(T60min。所述步驟(I)中的高分子纖維為聚丙烯纖維或聚酰胺纖維。所述步驟(2)中的乙醇、高純水、氨水、正硅酸四乙酯的體積比為 100:9:3.5:3 100:9:3. 5:7。所述步驟(2)中的乙醇與正硅酸四乙酯TEOS的體積比為28:3 28:7。所述步驟(2)中的磁力攪拌速度為40(T600rpm。所述步驟(2)中的二氧化硅納米球分散于乙醇中的濃度為8 32mg/mL。所述步驟(3)中的分散液與高純水的體積比為6:41:2。所述步驟(3)中的蒸發溫度為65 85°C，烘干溫度為65 120°C，烘干時間為6 15小時。本專利技術提供了一種用二氧化硅納米球組裝高分子纖維的方法。將二氧化硅納米球在毛細玻璃管微通道中通過加熱蒸發的方式自組裝在高分子纖維表面，實現高分子纖維的結構色。本專利技術采用Stober溶膠-凝膠法，以正硅酸四乙酯、乙醇、高純水、氨水為原料制備單分散的二氧化硅納米球；其次，利用微注射泵將溶于乙醇和水的二氧化硅納米球注射到放有高分子纖維的毛細玻璃管中；將玻璃管固定在烘箱內，調節溫度蒸發水和乙醇，最終得到二氧化硅納米球組裝的高分子纖維。通過調整二氧化硅納米球的粒徑、水和乙醇的比例、熱蒸發的溫度，可將不同層數的二氧化硅排列在高分子纖維表面，使其顯示結構色。本專利技術是這樣實施的先分別用配制好的酸堿洗液清洗玻璃毛細管和高分子纖維并烘干；然后按一定比例量取乙醇、水、氨水，混合倒入三口燒瓶中，攪拌均勻后，加入一定量的TEOS和乙醇的混合液，調節溫度，恒溫反應得到二氧化硅納米球，并將其分散到乙醇溶劑中得到分散液；最后，用玻璃毛細管做為微通道、高分子纖維為組裝基板，利用微注射泵將分散液和水的混合溶液輸送到置于烘箱中的微通道中，調節烘箱溫度蒸發乙醇和水，得到二氧化硅納米球組裝的高分子纖維。有益效果本專利技術制備過程簡單，無需化學染料，能耗低，是一種綠色無污染的染整方法，對節能減排和環境保護具有較大意義；制備的高分子纖維不僅具有優異的光學性能，而且有良好的柔韌性，使得其作為一種性能獨特的纖維向實際應用邁出重要一步；本專利技術對于實現結構色纖維具有重要意義，對于實現綠色染整也有重要貢獻。附圖說明圖I實施例I中高分子纖維表面單層二氧化硅納米球排列的低倍(a)高倍(b)掃描電鏡照片；圖2實施例2中高分子纖維表面多層二氧化硅納米球掃描電鏡照片(a)，光學顯微鏡照片(b)(放大倍數100倍)；圖3實施例3中玻璃毛細管微通道中液面隨時間變化譜圖；圖4實施例4中高分子纖維表面單層二氧化硅納米球排列的掃描電鏡照片；圖5實施例5中高分子纖維表面多層二氧化娃納米球排列的光學顯微鏡照片(放大倍數400倍)。具體實施方式 下面結合具體實施例，進一步闡述本專利技術。應理解，這些實施例僅用于說明本專利技術而不用于限制本專利技術的范圍。此外應理解，在閱讀了本專利技術講授的內容之后，本領域技術人員可以對本專利技術作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例I分別以濃硫酸、雙氧水、蒸餾水，體積比為3:1:20和氨水、雙氧水、蒸餾水體積比為3:1:20配制酸堿兩種洗液，在80°C條件下洗滌玻璃毛細管和聚丙烯纖維，清洗時間為60min，并用蒸餾水沖洗，烘干；室溫下，量取72mL的乙醇、9mL水、3. 5mL氨水并放在三口燒瓶中，調節磁力攪拌器的攪拌速度為500rpm，磁力攪拌15分鐘，再加入7mL TEOS和28mL乙醇的混合溶液，調節油浴鍋溫度為25°C，恒溫反應2小時后自然冷卻。然后將產物離心分離，洗滌，得到單分散的二氧化硅納米球，并將其分散到50mL乙醇溶劑中得到16mg/mL的分散液。將上述步驟得到的分散液按7:3的比例溶于水并將得到的溶液置于注射器中。再將聚丙烯纖維放入毛細玻璃管微通道中，利用微注射泵將注射器中的液體輸送到置于烘箱中的毛細玻璃管微通道中，調節烘箱溫度為70°C，蒸發掉水本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種二氧化硅納米球組裝高分子纖維的方法，包括：（1）分別配制酸堿兩種洗液，洗滌玻璃毛細管和高分子纖維，并用蒸餾水沖洗，烘干；（2）在室溫下，將乙醇、高純水、氨水混合后磁力攪拌5~20分鐘；再加入正硅酸四乙酯和乙醇的混合溶液，調節溫度為25~60℃，恒溫反應0.5~2小時，得到單分散的二氧化硅納米球，自然冷卻后將二氧化硅納米球離心分離洗滌，并分散到乙醇中，得到分散液；（3）將分散液與高純水混合，用注射器將混合液通過微注射泵輸送到放有高分子纖維的玻璃毛細管中；加熱蒸發掉乙醇和水，蒸發完畢后烘干，使二氧化硅納米球自組裝在高分子纖維表面。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李耀剛，權浩誠，劉志福，王宏志，張青紅，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：