聚丙烯酸基复合弹性体的制备及结构生色性能研究

论文摘要

结构色是光与周期性排列纳/微尺寸物理结构相互作用而反射出的颜色,在显示材料、光学器件等领域有着广阔的应用前景。具有高机械强度、柔韧性、耐机械疲劳、耐溶剂的配位弹性结构色材料能较大幅度提高其使用寿命和应用范围。然而,目前在配位弹性结构色材料研究中仍存在以下问题:弹性结构色材料强度低,柔韧性和机械疲劳性差,耐溶剂蒸气性不明确。针对上述问题本论文利用分子相容性原理、原位复合法制备了含不同金属离子的聚丙烯酸基配位复合弹性体及弹性结构色材料。基于分子相容性原理,以低玻璃化转变温度的甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸共聚物为基质,实现了与低分子量聚丙烯酸和无色金属离子原位复合,其中,低分子量聚丙烯酸主链易舒展、配位构型多样;通过尿素分解控制金属离子与聚丙烯酸的配位交联反应,形成配位网络与共聚物的紧密缠绕结构;通过调节聚丙烯酸中羧基与金属离子摩尔比制备了高强度、耐机械疲劳、优异自恢复性和耐溶剂性的聚丙烯酸基配位复合弹性体。聚丙烯酸中羧基与Zn2+、Cd2+、Mg2+摩尔比分别为1:0.5、1:0.5、1:0.4时,制备的配位复合弹性体机械性能优异。含Zn2+的复合弹性体在拉伸应变181%时,拉伸强度为4.08 MPa,破裂应变能为5.33 MJ/m3。在压缩应变80%时,压缩强度为7.0 MPa。含Cd2+的复合弹性体在拉伸应变420%时,拉伸强度为4.36 MPa,破裂应变能为11.38 MJ/m3。在压缩应变74%时,压缩强度为8.0 MPa。含Mg2+的复合弹性体在拉伸应变585%时,拉伸强度为3.07 MPa。在压缩应变78%时,压缩强度为6.9 MPa。利用高强度、柔韧性、耐疲劳的聚丙烯酸基配位复合弹性体引入到胶体晶体构筑微球缝隙中,锁定胶体晶体,制备的Zn2+配位弹性结构色膜拉伸强度达3.26 MPa。弹性结构色膜经拉伸、弯曲、压缩疲劳后颜色保持不变。弹性结构色膜对水、甲醇、乙醇、乙腈和氯仿蒸气具有耐溶剂性。Cd2+配位弹性结构色膜在拉伸循环600次、连续弯曲300次、连续压缩300次后反射峰保持不变。两种弹性结构色膜都展现出优异的机械稳定性。高分子量聚乙烯醇主链含有大量羟基,与甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸共聚物和低分子量聚丙烯酸相容性好且具有弱相互作用,引入到配位复合弹性体中形成多组分紧密缠绕结构。聚丙烯酸中羧基与Zn2+摩尔比为1:0.5时,复合弹性体在拉伸应变501%时,拉伸强度为4.46 MPa,破裂应变能为12.88 MJ/m3。制备的弹性结构色膜分别连续拉伸600次、弯曲600次、压缩400次后反射峰不变。弹性结构色膜展现出优异的机械稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 1 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 结构色
•   1.3 光子晶体
•     1.3.1 光子晶体种类
•     1.3.2 胶体微球的构筑材料
•     1.3.3 胶体晶体的自组装方法
•     1.3.4 胶体光子晶体的填充材料
•   1.4 弹性体
•     1.4.1 含氢键弹性体
•     1.4.2 含配位键弹性体
•   1.5 弹性体在结构生色材料中的应用
•     1.5.1 弹性体对结构色膜的机械增强作用
•     1.5.2 超分子弹性体在结构生色中自愈合作用
•     1.5.3 液晶弹性体在结构生色中的应用
•   1.6 聚丙烯酸在配位交联反应和复合材料中的应用
•   1.7 论文的设计思想
• 2 聚丙烯酸基配位复合弹性体的制备及性能研究
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 主要试剂及仪器设备
• 2+与聚丙烯酸配位交联产物的制备'>    2.2.2 Zn²⁺与聚丙烯酸配位交联产物的制备
•     2.2.3 三单体共价交联聚合物的制备
• 2+配位复合弹性体的制备'>    2.2.4 Zn²⁺配位复合弹性体的制备
• 2+配位复合弹性体的制备'>    2.2.5 Cd²⁺配位复合弹性体的制备
• 2+配位复合弹性体的制备'>    2.2.6 Mg²⁺配位复合弹性体的制备
•     2.2.7 表征及测试方法
•   2.3 结果与讨论
• 2+含量的测定'>    2.3.1 配位交联产物中Zn²⁺含量的测定
•     2.3.2 三单体共价交联聚合物的制备
•     2.3.3 配位复合弹性体的制备过程
•     2.3.4 配位复合弹性体的表征
•     2.3.5 配位复合弹性体的机械性能
•   2.4 本章小结
• 3 配位弹性结构色膜的制备及性能表征
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 主要试剂及仪器设备
• 2+配位弹性结构色膜的制备'>    3.2.2 Zn²⁺配位弹性结构色膜的制备
• 2+配位弹性结构色膜的制备'>    3.2.3 Cd²⁺配位弹性结构色膜的制备
•     3.2.4 表征及测试方法
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 配位弹性结构色膜的制备过程
• 2+配位弹性结构色膜的光学性能'>    3.3.2 Zn²⁺配位弹性结构色膜的光学性能
• 2+配位弹性结构色膜的纳米结构'>    3.3.3 Zn²⁺配位弹性结构色膜的纳米结构
• 2+配位弹性结构色的角度依存性及反射峰的理论计算'>    3.3.4 Zn²⁺配位弹性结构色的角度依存性及反射峰的理论计算
• 2+配位弹性结构色膜的机械性能'>    3.3.5 Zn²⁺配位弹性结构色膜的机械性能
• 2+配位弹性结构色膜的耐溶剂蒸气性'>    3.3.6 Zn²⁺配位弹性结构色膜的耐溶剂蒸气性
• 2+配位弹性结构色膜的光学性能'>    3.3.7 Cd²⁺配位弹性结构色膜的光学性能
• 2+配位弹性结构色膜的纳米结构'>    3.3.8 Cd²⁺配位弹性结构色膜的纳米结构
• 2+配位弹性结构色膜的角度依存性'>    3.3.9 Cd²⁺配位弹性结构色膜的角度依存性
• 2+配位弹性结构色膜的机械性能'>    3.3.10 Cd²⁺配位弹性结构色膜的机械性能
•   3.4 本章小结
• 4 聚乙烯醇掺杂配位复合弹性体的制备及其结构生色性能研究
•   4.1 引言
•   4.2 实验部分
•     4.2.1 主要试剂及仪器设备
•     4.2.2 聚乙烯醇掺杂锌离子配位复合弹性体的制备
•     4.2.3 聚乙烯醇掺杂锌离子配位弹性结构色膜的制备
•     4.2.4 表征及测试方法
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 聚乙烯醇掺杂锌离子配位复合弹性体的制备
•     4.3.2 聚乙烯醇掺杂锌离子配位复合弹性体的表征
•     4.3.3 聚乙烯醇掺杂锌离子配位复合弹性体的机械性能
•     4.3.4 配位弹性结构色膜的光学性能
•     4.3.5 配位弹性结构色膜的纳米结构
•     4.3.6 配位弹性结构色膜的角度依存性
•     4.3.7 配位弹性结构色膜的机械性能
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论与创新点
•   5.2 创新点摘要
•   5.3 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 武嘉

导师: 张淑芬

关键词: 聚丙烯酸,复合弹性体,聚乙烯醇,光子晶体,结构色

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学,有机化工

单位: 大连理工大学

基金: 国家自然科学基金项目(21536002):以生物质多糖微球为模板的反蛋白石生色材料的构建与性能,2016.1-2020.12,国家自然科学委员会创新群体(21421005),教育部创新团队(IRT-13R06),大连理工大学创新团队(DUT2013TB07)

分类号: O734;TQ334

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.004444

总页数: 152

文件大小: 13127K

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