CN102991048A - 静电自组装方法制备结构色复合薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静电自组装方法制备结构色复合薄膜。所述结构色复合薄膜采用静电自组装技术将TiO2纳米粒子、SiO2纳米粒子分别与阴离子聚电解质PSS、阳离子聚电解质PDDA在PET膜和织物上进行组装，制备聚合物与无机胶体粒子构成的复合薄膜；以胶体TiO2、SiO2和聚电解质PSS、PDDA组合，在基体表面构造多层膜，实现仿生结构色。本发明合成工艺和所需生产设备简单，条件易控，膜厚精确控制，可制成稳定性较好的多层膜。

Description

静电自组装方法制备结构色复合薄膜
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及静电自组装方法制备织物结构色。 
背景技术
本发明涉及采用静电自组装原理在PET膜和织物上制备结构色复合薄膜的方法。 
颜色是基于物体所含色素和其对光的色散、散射、干涉和衍射等共同作用的结果。色素产生颜色是对光产生选择吸收作用的结果，即选择吸收产生的颜色，而由色散、散射、干涉和衍射引起的是选择反射产生的颜色，后者称为结构色或组织色。 
大自然中，很多生物经过长期进化形成了自己的色彩体系，通过各种途径产生结构色，帮助它们实现种族间信号的传递、抵御捕食者和隐身等功能。通过对生物成色原理的仿生研究和应用，不仅可以在成色技术方面得到很多启示，而且还可以极大地丰富现代色彩设计的表现方法和效果，更能够从生态设计观念的角度重新思考人与自然之问的关系，开发新的成色技术，减少对环境的污染。 
1991年Decher等人报道了静电自组装技术，静电自组装成膜的基本原理是在静电引力的作用下，带相反电荷的组分在基片表面交替吸附形成薄膜，该方法的特点是成膜速度快、膜面质量较好、能在任何材料和形状的基底上成膜、工艺过程简单、适应性强等。静电自组装具有不要求形成化学键，使用对环境友好的水溶液、可以避免复杂的化学反应、对环境的污染小特点，因此是一种新型纳米复合薄膜的制备技术，在纳米复合材料，纳米结构薄膜，光、电、磁信息转换及处理器件，生物工程，表面工程，传感器等许多方面具有广阔应用前景。 
发明内容
本发明的目的是提供一种静电自组装方法，在织物表面形成多层平行膜，使织物具有结构色特征。 
为了达到上述目的，本发明提供了一种静电自组装方法制备织物结构色的方法，其特征在于，包括以下步骤： 
第一步：以PET膜为衬底，对其进行预处理：配制碱液，对溶液进行加热升 温，当温度达到50-80℃时将PET膜浸入溶液，在50-80℃条件下保温水解30-40min后水洗； 
第二步：SiO2胶体与阳离子聚电解质PDDA配对组装成膜：将表面带负电荷的衬底浸入PDDA的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗数次，再浸入SiO2胶体中5min，取出，再用去离子水清洗数次；一层PDDA和一层SiO2合在一起称为一双层；重复浸镀PDDA和SiO2，直到在基片上组装上一定双层数的PDDA/SiO2薄膜； 
第三步：TiO2胶体与阴离子聚电解质PSS配对成膜：将衬底浸入PDDA的水溶液中一段时间，使其表面带正电荷，浸入阴离子聚电解质PSS的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入TiO2胶体中5min，取出后再用去离子水清洗2-6次，重复浸镀PSS和TiO2，直到在基片上组装至少一层双层数的PSS/TiO2薄膜； 
第四步：复合薄膜：将第三步和第四步制得的薄膜中的至少一种直接应用或两种按周期在基底材料表面复合使用，在织物表面形成多层膜，通过复合薄膜制备模拟蝴蝶鳞片结构，在基体材料表面实现绚丽多彩颜色变化。 
优选地，所述的碱液为摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液。 
优选地，所述的第二步中TiO2、SiO2、PSS、PDDA在基体材料上的组装顺序和组装层数为任意。 
本发明采用静电自组装技术将TiO2纳米粒子、SiO2纳米粒子分别与阴离子聚电解质PSS、阳离子聚电解质PDDA在PET膜和织物上进行组装，制备聚合物与无机胶体粒子构成的复合薄膜；以胶体TiO2、SiO2和聚电解质PSS、PDDA组合，在基体表面构造多层膜，实现仿生结构色。本发明合成工艺和所需生产设备简单，条件易控，膜厚精确控制，可制成稳定性较好的多层膜。 
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例作详细说明如下。 
实施例1
以灰色的基体为衬底，对其进行预处理：配制碱液(NaOH，1mol/L)，对溶液进行加热升温，当温度达到70℃时将基材浸入溶液，在70℃条件下保温水解30min后水洗，使得表面羟基化。将表面带负电荷的衬底浸入PDDA的水溶 液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入SiO2胶体中5min，取出，再用去离子水清洗2-6次。重复浸镀PDDA和SiO2，光学厚度都为100纳米8层时，基体颜色变为珊瑚色。将衬底浸入PDDA的水溶液中一段时间，使其表面带正电荷，浸入阴离子聚电解质PSS的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入TiO2胶体中5min，取出再用去离子水清洗2-6次。重复浸镀PSS和TiO2，直到在基片上组装一定双层数的PSS/TiO2薄膜，光学厚度都为100纳米8层时，基体颜色变为紫红色。当[PDDA/SiO2]与[Pss/TiO2]复合时，且光学厚度均为100纳米8层时，颜色变为粉红色。 
实施例2 
以灰色的基体为衬底，对其进行预处理：配制碱液(NaOH，1mol/L)，对溶液进行加热升温，当温度达到50℃时将基材浸入溶液，在50℃条件下保温水解35min后水洗，使得表面羟基化。将表面带负电荷的衬底浸入PDDA的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入SiO2胶体中5min，取出，再用去离子水清洗2-6次。重复浸镀PDDA和SiO2，光学厚度都为100纳米8层时，基体颜色变为珊瑚色。将衬底浸入PDDA的水溶液中一段时间，使其表面带正电荷，浸入阴离子聚电解质PSS的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入TiO2胶体中5min，取出再用去离子水清洗2-6次。重复浸镀PSS和TiO2，直到在基片上组装一定双层数的PSS/TiO2薄膜，光学厚度都为100纳米8层时，基体颜色变为紫红色。当[PDDA/SiO2]与[Pss/TiO2]复合时，且光学厚度均为100纳米8层时，颜色变为粉红色。 
实施例3 
以灰色颜色的基体为衬底，对其进行预处理：配制碱液(NaOH，1mol/L)，对溶液进行加热升温，当温度达到70℃时将基材浸入溶液，在70℃条件下保温水解35min后水洗，使得表面羟基化。将表面带负电荷的衬底浸入PDDA的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入SiO2胶体中5min，取出，再用去离子水清洗2-6次。重复浸镀PDDA和SiO2，光学厚度都为150纳米10层时，基体颜色变为橘红色。将衬底浸入PDDA的水溶液中一段时间，使其表 面带正电荷，浸入阴离子聚电解质PSS的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入TiO2胶体中5min，取出再用去离子水清洗2-6次。重复浸镀PSS和TiO2，直到在基片上组装一定双层数的PSS/TiO2薄膜，光学厚度都为150纳米10层时，基体颜色变为土黄色。当[PDDA/SiO2]与[Pss/TiO2]复合时，且光学厚度均为150纳米10层时，颜色为橙色。 
实施例4 
以灰色颜色的基体为衬底，对其进行预处理：配制碱液(NaOH，1mol/L)，对溶液进行加热升温，当温度达到80℃时将基材浸入溶液，在80℃条件下保温水解40min后水洗，使得表面羟基化。将表面带负电荷的衬底浸入PDDA的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入SiO2胶体中5min，取出，再用去离子水清洗2-6次。重复浸镀PDDA和SiO2，光学厚度都为150纳米10层时，基体颜色变为橘红色。将衬底浸入PDDA的水溶液中一段时间，使其表面带正电荷，浸入阴离子聚电解质PSS的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入TiO2胶体中5min，取出再用去离子水清洗2-6次。重复浸镀PSS和TiO2，直到在基片上组装一定双层数的PSS/TiO2薄膜，光学厚度都为150纳米10层时，基体颜色变为土黄色。当[PDDA/SiO2]与[Pss/TiO2]复合时，且光学厚度均为150纳米10层时，颜色为橙色。 

Claims (3)

1.一种静电自组装方法制备织物结构色的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：以PET膜为衬底，对其进行预处理：配制碱液，对溶液进行加热升温，当温度达到50-80℃时将PET膜浸入溶液，在50-80℃条件下保温水解30-40min后水洗；
第二步：SiO2胶体与阳离子聚电解质PDDA配对组装成膜：将表面带负电荷的衬底浸入PDDA的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗数次，再浸入SiO2胶体中5min，取出，再用去离子水清洗数次；一层PDDA和一层SiO2合在一起称为一双层；重复浸镀PDDA和SiO2，直到在基片上组装上一定双层数的PDDA/SiO2薄膜；
第三步：TiO2胶体与阴离子聚电解质PSS配对成膜：将衬底浸入PDDA的水溶液中一段时间，使其表面带正电荷，浸入阴离子聚电解质PSS的水溶液中5min，取出，用去离子水清洗2-6次，再浸入TiO2胶体中5min，取出后再用去离子水清洗2-6次，重复浸镀PSS和TiO2，直到在基片上组装至少一层双层数的PSS/TiO2薄膜；
第四步：复合薄膜：将第三步和第四步制得的薄膜中的至少一种直接应用或两种按周期在基底材料表面复合使用，在织物表面形成多层膜，通过复合薄膜制备模拟蝴蝶鳞片结构，在基体材料表面实现绚丽多彩颜色变化。
2.根据权利要求1所述的静电自组装方法制备织物结构色的方法，其特征在于，所述的碱液为摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的静电自组装方法制备织物结构色的方法，其特征在于，所述的第二步中TiO2、SiO2、PSS、PDDA在基体材料上的组装顺序和组装层数为任意。
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