一种结构色粘结剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种结构色粘结剂、制备方法及应用，涉及光子晶体复合材料以及粘结剂服役失效监测技术领域。将磁性胶体粒子分散在聚合物单体，或将磁性胶体粒子和聚合物单体分散在溶剂中得到前驱体分散液，在外部磁场作用下，通过辐射固化得到具有应力变色能力的结构色粘结剂；将非磁性胶体粒子和聚合物单体分散在溶剂中，利用溶剂挥发法得到前驱体分散液，通过辐射固化得到具有应力变色能力的结构色粘结剂。在外力(拉伸、压缩或剪切)作用下粘结剂材料可改变颜色，当外力撤去可恢复颜色。本发明专利技术中结构色的引入，赋予粘结剂力致变色的能力，实现粘结剂服役过程中的粘结强度的可视化指示功能。示功能。示功能。

【技术实现步骤摘要】
一种结构色粘结剂、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及光子晶体复合材料以及粘结剂服役失效监测
，更具体地，涉及一种结构色粘结剂、制备方法及应用。本专利技术涉及结构色粘结剂的制备方法以及包含具备力致变色能力的结构色粘结剂的制备方法，设计及其制备用于粘结剂材料的着色，以及具备力致变色能力的粘结剂材料用于应力检测，材料服役失效预警。

技术介绍

[0002]在汽车、电子设备、机械部件、建材、日用办公等诸多领域，使用粘结剂接合取代机械接合的情况日益增多。丙烯酸树脂具有良好的耐候性、耐酸碱性和耐光性，主要应用于涂料、织物处理和粘结剂等领域。聚丙烯酸酯类粘结剂具有固化快速、能耗低、透明度高、限制易挥发有机物质排放等特点，被广泛应用于玻璃、陶瓷、木材、皮革、印刷等领域。结构色是由特定波长光与材料内部的微观纳米结构相互作用产生的色彩，是一种物理产色方式。不同于传统染料，颜料产生的色彩，结构色具有高亮度、高色彩饱和度和紫外光不敏感的优点。将光子晶体阵列嵌入柔软和高透明度的聚合物而获得具有结构色的纳米复合材料被广泛发展，在传感，生物检测，柔性显示设备等领域的巨大应用潜力。满足人类对色彩的各种需求，将结构色应用于色彩涂层领域具有非常重要的研究价值。
[0003]目前工业上生产的粘结剂多以无色为主，随着人们对粘结色彩和功能的多样化需求，有些企业生产了彩色粘结剂，如彩色固体胶粘剂和变色固体胶粘剂。但现有方法均是在生产过程中加入色素或颜料(染料)来着色。例如，CN1055944A是通过把食用色素或颜料(染料)加入固体胶粘剂得到多种颜色的固体胶粘剂。变色胶粘剂主要瓶中为酚酞固体胶粘剂。CN101608103A公开了一种基于酚酞的高稳定变色固体胶粘剂，涂布在基材上后，胶结剂与空气接触后碱性降低，当pH低于8.2时，紫色消失。现有彩色粘结剂均面临着色剂(染料、色素)在空气中长期暴露降解失色的问题，变色粘结剂对于基材形变或者接合件粘结力下降产生的错位不具备色彩变化指示能力。

技术实现思路

[0004]针对现有色彩粘结剂的不足以及特殊应用场景的需求，本专利技术提供了一种快速、大规模制备结构色粘结剂方法，该方法主要针对现有工业大规模生产的粘结剂所用聚合物单体进行选取，并加入可产生结构色的胶体粒子，并针对不同胶体粒子的特点在制备工艺，溶剂的选取，组分的配比和组装参数上进行优化，从而实现大规模结构色粘结剂及可变色粘结剂的制备。该技术提高色彩粘结剂的光学稳定性，并增加了结构色粘结剂的功能性，可以实现对粘结性能的可视化监测有预警，促进了结构色粘结剂的工业化发展。
[0005]为实现以上目的，本专利技术提供了一种制备具有结构色的粘结剂的方法，实现了粘结剂的着色。本专利技术制备得到的结构色粘结剂具有变色能力，可以根据颜色变化可视化指示粘结剂的粘附性能。
[0006]根据本专利技术第一方面，提供了一种结构色粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将磁性胶体粒子和光引发剂分散在聚合物单体中，得到前驱体分散液；或将磁性胶体粒子、聚合物单体和光引发剂分散在溶剂中，得到前驱体分散液；
[0008](2)对步骤(1)得到的前驱体分散液施加磁场，所述磁性胶体粒子在磁场作用下有序排列产生结构色，然后进行辐射固化，得到结构色粘结剂。
[0009]优选地，所述前驱体分散液中，磁性胶体粒子的质量分数的范围为1％
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10％。
[0010]优选地，所述磁性胶体粒子为四氧化三铁胶体粒子或包覆壳层的四氧化三铁的顺磁性胶体粒子；
[0011]优选地，所述包覆壳层的四氧化三铁的顺磁性胶体粒子为包覆二氧化硅壳层的四氧化三铁胶体粒子或包覆聚乙烯吡咯烷酮的四氧化三铁胶体粒子；
[0012]优选地，所述磁性胶体粒子的尺寸分布在100
‑
400nm。
[0013]根据本专利技术另一方面，提供了一种结构色粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将非磁性胶体粒子、聚合物单体和光引发剂分散在溶剂中，得到分散液；将该分散液在置于黑暗环境的热场中挥发除去溶剂得到具有结构色的前驱体分散液；
[0015](2)对步骤(1)得到的具有结构色的前驱体分散液进行辐射固化，得到结构色粘结剂。
[0016]优选地，所述分散液中，非磁性胶体粒子的体积分数的范围为30％
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80％。
[0017]优选地，所述非磁性胶体粒子为二氧化锆胶体粒子、二氧化硅胶体粒子、二氧化钛胶体粒子、氧化铈胶体粒子、硫化锌胶体粒子、纤维素纳米晶或者聚合物胶体粒子；
[0018]优选地，所述聚合物胶体粒子为聚苯乙烯胶体粒子、聚多巴胺胶体粒子或聚甲基丙烯酸甲酯胶体粒子；
[0019]优选的，所述非磁性胶体粒子尺寸分布在100
‑
400nm。
[0020]优选地，所述聚合物单体为丙烯酸酯单体和/或甲基丙烯酸酯单体。
[0021]根据本专利技术另一方面，提供了任意一项方法制备得到的结构色粘结剂，所述结构色粘结剂在外力作用下颜色能够发生变化，当外力撤去颜色能够恢复。
[0022]优选地，所述外力为拉伸、压缩或剪切。
[0023]根据本专利技术另一方面，提供了所述的结构色粘结剂用于负载的情况下监测粘结强度变化或应力检测的应用。
[0024]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0025](1)本专利技术对粘结剂的着色相对于传统着色剂(染料、色素)，具有稳定，不易褪色的优点；并对基材或粘结剂形变具有响应性变色的指示能力。
[0026](2)本专利技术中结构色的引入，赋予粘结剂力致变色的能力，实现粘结剂服役过程中的粘结强度的可视化指示功能。例如，在粘结剂服役过程中，受环境温度、湿度、辐射等影响，粘结剂的粘接能力下降，并在负载力的作用下易发生蠕变造成粘结头的错位或脱粘。针对粘结剂蠕变失效这一过程，结构色可以响应并产生颜色变化，这种颜色变化可以直观地被裸眼感知，同样易于被监视器、数码相机、智能手机等光学设备所捕捉。
[0027](3)本专利技术方法简单，在基于现有粘结剂生产工艺上进行改进，通过添加可以产生结构色的胶体粒子即可制备得到结构色粘结剂，成本低廉，易于放大。
[0028](4)本专利技术可以通过选取聚合物单体种类，得到亲疏水性、玻璃化温度、功能性各
异的结构色粘结剂。
[0029](5)本专利技术为实现粘结剂服役失效的预警提供了一种新的解决方案，对生产生活安全具有巨大意义。例如，一个蓝色的结构色粘结剂在稳定状态下，保持蓝色不变。当环境湿度过高，引起粘结剂内聚能下降，在负载物作用下粘结剂逐渐形变，这一形变过程会引起结构色从蓝色向绿色、黄色或红色转变。粘结剂的色彩变化可以告知使用者粘结剂的粘结性能已发生下降，应当及时更换粘结剂来预防潜在的粘附失效。
附图说明
[0030]图1为本专利技术结构色粘结剂的制备和结构示意图。
[0031]图2为实施例1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构色粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将磁性胶体粒子和光引发剂分散在聚合物单体中，得到前驱体分散液；或将磁性胶体粒子、聚合物单体和光引发剂分散在溶剂中，得到前驱体分散液；(2)对步骤(1)得到的前驱体分散液施加磁场，所述磁性胶体粒子在磁场作用下有序排列产生结构色，然后进行辐射固化，得到结构色粘结剂。2.如权利要求1所述的结构色粘结剂的制备方法，其特征在于，所述前驱体分散液中，磁性胶体粒子的质量分数的范围为1％
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10％。3.如权利要求1所述的结构色粘结剂的制备方法，其特征在于，所述磁性胶体粒子为四氧化三铁胶体粒子或包覆壳层的四氧化三铁的顺磁性胶体粒子；优选地，所述包覆壳层的四氧化三铁的顺磁性胶体粒子为包覆二氧化硅壳层的四氧化三铁胶体粒子或包覆聚乙烯吡咯烷酮的四氧化三铁胶体粒子；优选地，所述磁性胶体粒子的尺寸分布在100
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400nm。4.一种结构色粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将非磁性胶体粒子、聚合物单体和光引发剂分散在溶剂中，得到分散液；将该分散液在置于黑暗环境的热场中挥发除去溶剂得到具有结构色的前驱体分散液；(2)对步骤(1)得到的具有结构色...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连斌，吕全乾，孙略韬，朱锦涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：