阅读说明：本技术 一种快速、简单的机械膨胀变色机理装置的制备方法 (Preparation method of rapid and simple mechanical expansion color change mechanism device ) 是由 苏彬 彭灵慧 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种快速、简单的机械膨胀变色机理装置的制备方法,由空心管、双层弹性膜、底色填充物及活塞组成,所述双层弹性膜固定包覆所述空心管的一端,所述底色填充物填充于所述空心管内,所述活塞设置于所述空心管的另一端,本发明的装置成本低、制备简单、操作容易,可控制,方法所用设备简单,光控双层弹性膜及底色填充物材料的颜色组成、结构和性能可以根据需要进行控制。装置具有结构稳定、快速响应、全色谱、大尺寸及可重复变色等特点。该变色装置,主要用作变色显示、广告、军事伪装及装饰等领域。(The invention discloses a preparation method of a quick and simple mechanical expansion color change mechanism device, which consists of a hollow tube, a double-layer elastic membrane, a ground color filler and a piston, wherein the double-layer elastic membrane is fixedly coated on one end of the hollow tube, the ground color filler is filled in the hollow tube, and the piston is arranged at the other end of the hollow tube. The device has the characteristics of stable structure, quick response, full chromatogram, large size, repeatable color change and the like. The color changing device is mainly used in the fields of color changing display, advertisement, military camouflage, decoration and the like.)

一种快速、简单的机械膨胀变色机理装置的制备方法

技术领域

本发明涉及变色显示、伪装装置领域，尤其涉及一种快速、简单的机械膨胀变色机理装置的制备方法。

背景技术

变色材料或技术在显示、军事伪装及传感等领域有广阔的应用前景。然而，目前有关变色材料器件的研究仍有较大不足，例如，现有的变色材料或装置，材料成本高，装置复杂(如专利CN103105794B)，响应时间长(如专利CN109594112A)及仅能在特定几个颜色之间变色的问题(如专利CN103757938B)，制约了他们的应用。本发明提出的光调控双层弹性膜是指通过机械膨胀调节弹性膜的光透过及反射率，从而显示/隐藏下层底色填充物。变色前为双层弹性膜的颜色A，变色后显示底色填充物的颜色B，从而达到快速变色的效果。该光调控双层弹性膜，具有价格低、易制备、调光效果好和耐疲劳等特点。因此，利用光调控双层弹性膜结合底色填充物、管状物及活塞，任意搭配双层弹性膜的颜色A和底色填充物的颜色B可以随意调节变色组合，所以该变色装置可以实现对全色谱颜色的可控变色调节。该装置具有制作简单、成本低、可程序化控制、变色响应快，色谱广等特点。同时，由于该装置可根据需要，实现按需变色，因此，该装置具有应用于显示、军事伪装等领域的潜力。目前，相关弹性变色膜大多数仅能实现两种颜色的变化，未见有相关弹性膜制备的快速响应、全色谱变色装置报道。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种快速、简单的机械膨胀变色机理装置的制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明由空心管、双层弹性膜、底色填充物及活塞组成，所述双层弹性膜固定包覆所述空心管的一端，所述底色填充物填充于所述空心管内，所述活塞设置于所述空心管的另一端，所述空心管的直径和长度分别为1μm～1cm和1mm～1m；双层弹性膜厚度为100～500μm，膜内上下两层的厚度比为10/1－1/10，上层膜为弹性聚合物与无机颜料的混合膜，下层膜为纯弹性聚合物；上层膜中的无机颜料的质量比为0.1％～70％；底色填充物中的染料质量比为0.01％～70％。

进一步，所述双层弹性膜制备材料为高分子弹性材料。优选的，所述高分子弹性材料为天然橡胶、合成橡胶、聚氨酯和聚对苯二甲酸己二酸丁二酯的一种或多种组合。

进一步，所述底色填充物为染料的水溶液、有机溶液或者染色的水凝胶、染色的橡皮泥中的一种或多种。

本发明所述双层弹性膜的制备方法包括以下步骤：

(1)通过机械搅拌/振动方法将高分子弹性体前驱体溶解于有机或无机溶剂中，其中，混合液中聚合物的质量百分数浓度为1％～90％，形成弹性体溶液A，分成两份；

(2)通过机械搅拌/振动方法将无机颜料颗粒分散于步骤(1)得到的一份溶液A中，混合后形成均一混合液B；其中，无机染料颗粒的质量百分数浓度为1％～70％；

(3)将一定质量的溶液A倒入培养皿中铺满整个培养皿，放入烘箱中烘至半干；

(4)将混合液B倒入(3)得到的弹性体培养皿中，通放入烘箱中烘至全干，得到双层弹性膜。

其中，步骤(1-2)所述的搅拌温度为30-120℃。步骤(1-2)所述的搅拌速度为50-200转/分钟。步骤(1-2)所述的搅拌时间为1-5小时。步骤(3)所述的烘至半干是指能去除其中的部分溶剂并保持其粘连性，其中，烘干温度为50～120℃，时间为10-240min。步骤(4)所述的烘至全干是指能去除其中溶剂，获得固体弹性体，其中，烘干温度为50～120℃，时间为10-720min。

本发明变色原理的核心为双层弹性膜。该双层弹性膜在膨胀/复原过程中可以调控薄膜的光学透过率从而显示/隐藏下层底色填充物。变色前为双层弹性膜的颜色A，变色后显示底色填充物的颜色B，从而达到快速变色的效果。由于双层弹性膜的颜色A和底色填充物的颜色B可以随意调节组合，所以该变色装置可以实现对全色谱颜色的可控变色调节。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种快速、简单的机械膨胀变色机理装置的制备方法，与现有技术相比，本发明的装置成本低、制备简单、操作容易，可控制，方法所用设备简单，光控双层弹性膜及底色填充物材料的颜色组成、结构和性能可以根据需要进行控制。装置具有结构稳定、快速响应、全色谱、大尺寸及可重复变色等特点。该变色装置，主要用作变色显示、广告、军事伪装及装饰等领域。

具体优点如下：

(1)所得到的变色装置变色效果明显，原理简单，结构稳定；

(2)制备方法简单、能耗小、成本低、流程短；

(3)变色响应速度快(1秒以内)，可重复变色(寿命1万次以上)；

(4)全光谱变色，根据变色需要任意搭配颜色(各种可见光颜色之间的变化)；

(5)尺寸可控，可以根据变色及图形的需要，将装置组成显示阵列，任意尺寸大小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图；

图3是本发明的光谱图；

图4是本发明的阵列结构俯视图；

图5是本发明的阵列结构侧视图。

图中：1-空心管、2-双层弹性膜、3-底色填充物、4-活塞、5-钢板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示：本发明由空心管1、双层弹性膜2、底色填充物3及活塞4组成，所述双层弹性膜固定包覆所述空心管的一端，所述底色填充物填充于所述空心管内，所述活塞设置于所述空心管的另一端，所述空心管的直径和长度分别为1μm～1cm和1mm～1m；双层弹性膜厚度为100～500μm，膜内上下两层的厚度比为10/1-1/10，上层膜为弹性聚合物与无机颜料的混合膜，下层膜为纯弹性聚合物；上层膜中的无机颜料的质量比为0.1％～70％；底色填充物中的染料质量比为0.01％～70％。

进一步，所述双层弹性膜制备材料为高分子弹性材料。优选的，所述高分子弹性材料为天然橡胶、合成橡胶、聚氨酯和聚对苯二甲酸己二酸丁二酯的一种或多种组合。

进一步，所述底色填充物为染料的水溶液、有机溶液或者染色的水凝胶、染色的橡皮泥中的一种或多种。

本发明所述双层弹性膜的制备方法包括以下步骤：

(1)通过机械搅拌/振动方法将高分子弹性体前驱体溶解于有机或无机溶剂中，其中，混合液中聚合物的质量百分数浓度为1％～90％，形成弹性体溶液A，分成两份；

(2)通过机械搅拌/振动方法将无机颜料颗粒分散于步骤(1)得到的一份溶液A中，混合后形成均一混合液B；其中，无机染料颗粒的质量百分数浓度为1％～70％；

(3)将一定质量的溶液A倒入培养皿中铺满整个培养皿，放入烘箱中烘至半干；

(4)将混合液B倒入(3)得到的弹性体培养皿中，通放入烘箱中烘至全干，得到双层弹性膜。

其中，步骤(1-2)所述的搅拌温度为30-120℃。步骤(1-2)所述的搅拌速度为50-200转/分钟。步骤(1-2)所述的搅拌时间为1-5小时。步骤(3)所述的烘至半干是指能去除其中的部分溶剂并保持其粘连性，其中，烘干温度为50～120℃，时间为10-240min。步骤(4)所述的烘至全干是指能去除其中溶剂，获得固体弹性体，其中，烘干温度为50～120℃，时间为10-720min。

实施例1

(1)在烧杯中加入0.25g二氧化钛白色粉末及5g天然橡胶原液，通过机械搅拌及超声振动的方法形成均一的混合物A，其中，搅拌温度为30℃，速度为50转/分钟，时间为1小时；

(2)将5g橡胶原液倒入直径10cm的培养皿中铺满整个培养皿，放入80℃烘箱中烘30分钟至半干；

(3)将5g混合物A倒入(2)得到的弹性体培养皿中，放入80℃烘箱中烘3小时至全干，得到双层弹性膜。

(4)在烧杯中加入0.001g亚甲基蓝染料于10g水溶液中，获得蓝色填充水溶液。

(5)将直径为1cm，长度为15cm的钢管一端用制备好的双层弹性膜密封，含二氧化钛的一层朝外，填充亚甲基蓝水溶液后，用活塞将另一端密封，连接气泵控制即为白-蓝单管变色装置。变色前后光谱图如图3所示。

实施例2

(1)在烧杯中加入2.5g Ecoflex A和2.5g Ecoflex B，通过机械搅拌方法形成均一的聚合物A，分成两份，其中，搅拌温度为30℃，速度为50转/分钟，时间为1小时；

(2)在烧杯中加入0.25g三氧化二铁粉末和2.5g聚合物A，通过机械搅拌及超声振动的方法形成均一的混合物B，其中，搅拌温度为30℃，速度为50转/分钟，时间为1小时；

(3)将2.5g聚合物A倒入直径10cm的培养皿中铺满整个培养皿，放入80℃烘箱中烘30分钟至半干；

(4)将2.5g混合物B倒入(3)得到的弹性体培养皿中，放入80℃烘箱中烘3小时至全干，得到双层弹性膜。

(5)在烧杯中加入0.001g亚甲基蓝染料于10g水溶液中，获得蓝色填充水溶液。

(6)将直径为1cm，长度为15cm的钢管一端用制备好的双层弹性膜密封，含三氧化二铁的一层朝外，填充亚甲基蓝水溶液后，用活塞将另一端密封，连接气泵控制即为单管变色装置。

(7)将一块厚度为0.2cm，长宽为5×5cm的钢板5中间激光雕刻直径为1.1cm的3×3阵列圆孔。将9个制备好的单管变色装置固定在钢板的9个圆洞中，形成橙-蓝变色管阵列。如图4和图5所示。

实施例3

(1)在烧杯中加入2.5g Ecoflex A和2.5g Ecoflex B，通过机械搅拌方法形成均一的聚合物A，分成两份，其中，搅拌温度为30℃，速度为50转/分钟，时间为1小时；

(2)在烧杯中加入0.25g二氧化钛白色粉末和2.5g聚合物A，通过机械搅拌及超声振动的方法形成均一的混合物B，其中，搅拌温度为30℃，速度为50转/分钟，时间为1小时；

(3)将2.5g聚合物A倒入直径10cm的培养皿中铺满整个培养皿，放入80℃℃烘箱中烘30分钟至半干；

(4)将2.5g混合物B倒入(3)得到的弹性体培养皿中，放入80℃℃烘箱中烘3小时至全干，得到双层弹性膜。

(5)在烧杯中加入0.001g亚甲基橙染料溶解于10g水溶液中，获得橙色填充水溶液。

(6)将直径为0.4cm，长度为8cm的塑料注射器，填充亚甲基蓝水溶液后，顶端用制备好的双层弹性膜密封，含二氧化钛的一层朝外，连接机械臂推进活塞柄。

(7)将一块厚度为0.2cm，长宽为5×5cm的亚克力板中间激光雕刻直径为0.5cm的5×5阵列圆孔。将25个制备好的单管变色装置固定在钢板的25个圆洞中，形成白-橙变色管阵列。

实施例4

(1)在烧杯中加入1g二氧化钛白色粉末，10g天然橡胶原液，通过机械搅拌及超声振动的方法形成均一的混合物，其中，搅拌温度为30℃，速度为50转/分钟，时间为1小时；

(2)将5g天然橡胶原液倒入直径10cm的培养皿中铺满整个培养皿，放入100℃烘箱中烘30分钟至半干；

(3)将5g混合物倒入(2)得到的弹性体培养皿中，放入100℃烘箱中烘5小时至全干，得到双层弹性膜。

(4)在烧杯中加入0.005g罗丹明染料溶解于20g水溶液中，获得红色填充水溶液A；在烧杯中加入0.005g亚甲基蓝染料溶解于20g水溶液中，获得蓝色填充水溶液B；在烧杯中加入0.005g亚甲基橙染料溶解于20g水溶液中，获得橙色填充水溶液C。

(5)将直径为0.4cm，长度为8cm的塑料注射器，分别填充ABC三种颜色的染料水溶液后，顶端用制备好的双层弹性膜密封，含二氧化钛的一层朝外，连接机械臂推进活塞柄。

(6)将一块厚度为0.2cm，长宽为5×5cm的亚克力板中间激光雕刻直径为0.5cm的5×5阵列圆孔。将25个蓝色、橙色和红色的制备好的单管变色装置根据变色需要固定在亚克力板相应的25个圆洞中，形成白-蓝、白-橙及白-红所需图案颜色的变色管阵列。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。