CN104150788A - 一种疏水性光子晶体结构生色材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种疏水性光子晶体结构生色材料及其制备方法，属于新材料制备领域。一种疏水性光子晶体结构生色材料，由基质、位于基质上的光子晶体层以及附着在光子晶体层表面的阳离子表面活性剂层组成，所述光子晶体层为呈周期性紧密排布的微球缝隙中填充有粘结剂，其中，所述微球选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛或二氧化锆微球中的一种。本发明所述光子晶体结构生色材料具有疏水性与高强度的优点，适用于玻璃、硅片、钢片、铜片、铝片、棉布、丝绸、塑料薄膜或纸的着色，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种疏水性的高强度光子晶体结构生色材料及其制备方法，属于新材料制备领域。
背景技术
颜色按来源可分为两大类，一类是色素生色，即化学色；另一类是通过光与微结构作用产生的结构色，是当今颜色化学的一个崭新方向(Liu F,Dong B Q,Liu X H.Optics Express,2009,17(18):16183-16191)。在各种结构生色途径中，由纳微级微球有序组装而成的高低折射率材料交替排列的有序结构，具有调控光子传输功能，是结构生色的有效途径之一(RudisillS G,Wang Z Y,Stein A，Langmuir,2012,28(19):7310-7324；Chuang V P,Gwyther J,Mickiewicz R A，Nano Letter,2009,9(12):4364-4369；Lee H S,Shim T S,Hwang H.Journal ofChemical Materials,2013,25(13):2684-2690)。
目前在纳微级微球有序组装而成的高低折射率材料交替排列的有序结构中，低折射率材料通常为空气，高折射率微球间仅是点接触，相互之间作用力弱，有序结构易受外力破坏，强度低，并且在光子晶体材料的实际应用中，外界环境中的灰尘、雾等会影响其功能的发挥。因此具有防尘、防雾等功能的疏水性的高强度光子晶体的研究具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种疏水性的高强度光子晶体结构生色材料及其制备方法，即将低折射率粘结剂引入高折射率材料的缝隙，在材料表面载荷季铵盐的疏水性链，从而构建疏水性的高强度光子晶体结构生色材料。
一种疏水性光子晶体结构生色材料，由基质、位于基质上的光子晶体层以及附着在光子晶体层表面的阳离子表面活性剂层组成，所述光子晶体层为呈周期性紧密排布的微球缝隙中填充有粘结剂，
其中，所述微球选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛或二氧化锆微球中的一种。
本发明所述疏水性光子晶体结构生色材料为多层结构材料，由基质层、光子晶体层及阳离子表面活性剂层组成。其中，所述光子晶体层由紧密排布的微球和位于微球间隙中的粘结剂组成；所述阳离子表面活性剂层附着于光子晶体层的表面。
本发明所述“微球”指粒径为50～600nm的微球，本发明优选所述微球的粒径为80～500nm，进一步优选为80～400nm，最优选为80～200nm。
本发明所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述粘结剂为聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。
本发明所述疏水性光子晶体结构生色材料进一步优选当微球为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅时，粘结剂不包含聚苯乙烯。即为，当粘结剂仅为一种物质时，粘结剂不为聚苯乙烯；当粘结剂为多种物质的混合物时，粘结剂中不包括聚苯乙烯。
特别地，本发明所述微球为聚苯乙烯微球时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。
本发明所述微球为聚甲基丙烯酸甲酯时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。
本发明所述微球为二氧化硅微球时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。
本发明所述微球为二氧化钛微球时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。
本发明所述微球为二氧化锆微球时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。
本发明所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述基质为玻璃、硅片、钢片、铜片、铝片、锡箔、棉布、丝绸、塑料薄膜、涤纶或纸。
本发明所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述阳离子表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂。
本发明所述疏水性光子晶体结构生色材料进一步优选所述阳离子表面活性剂选自十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、二辛基二甲基氯化铵、十六烷基吡啶中的至少一种。
本发明所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述阳离子表面活性剂层通过下述方法吸附在光子晶体层的表面：将其上置有光子晶体层的基质浸入质量浓度为0.05～2％的阳离子表面活性剂溶液中。
上述技术方案中，优选将其上置有光子晶体层的基质浸入质量浓度为0.05～2％的阳离子表面活性剂溶液中浸泡10～30h。
本发明所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述光子晶体层按下述方法置于基质上：将质量浓度为2～20％的粘结剂乳液与质量浓度为2～20％的微球乳液混合，分散，均匀滴到基质上，将基质升温至40～90摄氏度，干燥，其中，所述粘结剂乳液与微球乳液的体积比是1:15～1:1。
上述技术方案中，优选所述粘结剂乳液的质量浓度优选为2～20％，进一步优选为2～15％，最优选为10％；所述微球乳液的质量浓度优选为2～20％，进一步优选为2～15％，最优选为10％；所述粘结剂乳液与微球乳液的体积比优选为1:15～1:1，进一步优选为1:12～1：1，最优选为1:10。
本发明所述的微球乳液是将微球加入至去离子水中制的；粘结剂乳液是经过乳液聚合制得，乳液聚合为本领域的现有技术，本发明优选所述粘结剂乳液按下述方法制备：在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的四口瓶中加入0.6g十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入10g单体(丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸乙酯中的1～2种)；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.100g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。
本发明的另一目的是提供一种疏水性光子晶体结构生色材料的制备方法，具体方法如下：
将质量浓度为2～20％的粘结剂乳液与质量浓度为2～20％的微球乳液混合，经超声分散后，均匀滴到基质上，将基质升温至40～90摄氏度，待干燥至水分挥发完毕后，将之浸入质量浓度为0.05～2％的阳离子表面活性剂溶液中，浸泡10～30h，取出，晾干，即得光子晶体结构生色材料，其中，所述粘结剂乳液与微球乳液的体积比是1:15～1:1。
本发明所述制备方法中超声分散的步骤中，将所得粘结剂乳液与微球乳液混合后超声分散至均匀混合的状态，优选为10min。
本发明所述制备方法中优选将混合溶液滴到基质上后，将基质升温至50～70摄氏度，进一步优选升温至50摄氏度。
本发明所述光子晶体结构生色材料具有疏水性和高强度的优点，适用于玻璃、硅片、钢片、铜片、铝片、棉布、丝绸、塑料薄膜或纸的着色，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1(a)为对比例1获得的生色材料摩擦前的图片，图1(b)为对比例1获得的生色材料摩擦后的图片；图1(c)为实施例1获得的生色材料摩擦前的图片，图1(d)为实施例1获得的生色材料摩擦后的图片；
图2(a)、(b)、(c)分别为对比例1获得的生色材料未浸水、浸水2h、浸水一星期的图片；图2(d)、(e)、(f)分别为实施例1获得的生色材料未浸水、浸水2h、浸水一星期的图片；
图3为实施例1获得生色材料的反射光谱图；
图4(a′)和(a)分别为实施例1获得的生色材料与对比例1获得的生色材料的扫描电镜图；
图5(a′)和(a)分别为实施例1获得的生色材料与对比例1获得的生色材料的接触角测定图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得，或可以常规方法制备。
实施例1
在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL四口瓶中加入0.6g十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入5.0g甲基丙烯酸甲酯和5.0g丙烯酸丁酯；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.100g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。将粘结剂乳液与质量浓度为10％，微球粒径为265nm的聚苯乙烯微球乳液按体积比1:15复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的聚苯乙烯光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.1％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
图1(a)～(d)为实施例1所得的光子晶体结构生色材料与对比例1获得的结构生色的耐磨性能的对比照片。从图1(a)～(d)可以看出实施例1所得光子晶体生色材料的颜色为红色，摩擦前后没有发生变化，具有优异的强度性能；而对比例1获得的生色材料摩擦后，材料被磨去，强度很差。图2(a)～(f)为实施例1所得的光子晶体结构生色材料与对比例1获得的结构生色的耐水性能的对比照片。从图2(a)～(f)可以看出实施例1所得光子晶体生色材料浸水后没有发生变化，具有优异的耐水性能，而对比例1获得的生色材料浸水后，材料剥落，耐水性差。图4为实施例1所得的光子晶体结构生色材料与对比例1获得的结构生色的扫描电镜图，从图4中可以看出实施例1所得光子晶体生色材料为微球在基质上呈周期性排布，微球间的缝隙被粘结剂填充；而对比例1获得的生色材料为微球在基质上呈周期性排布，微球间的缝隙没有被粘结剂填充；图5为实施例1所得的光子晶体结构生色材料与对比实施例1获得的结构生色的接触角图，从图5中可以看出实施例1所得光子晶体生色材料的接触角为126°，大于对比例1获得的生色材料的接触角(109°)，表明实施例1所得的光子晶体结构生色材料为疏水性材料。
实施例2
在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL四口瓶中加入0.6g十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入5.0g甲基丙烯酸甲酯和5.0g丙烯酸丁酯；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.100g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。将粘结剂乳液与质量浓度为10％，微球粒径为233nm的聚苯乙烯微球乳液按体积比1:15复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的聚苯乙烯光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.1％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度绿色光子晶体结构色材料，接触角为126°。
实施例3
在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL四口瓶中加入0.6g十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入10g丙烯酸乙酯。通氮气，控制温度85℃；30min后加入0.100g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。将粘结剂乳液与质量浓度为10％，微球粒径为233nm的聚苯乙烯微球乳液按体积比1:10复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的聚苯乙烯光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.1％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度绿色光子晶体结构色材料，接触角为123°。
实施例4～7
分别取10g甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸丁酯代替实施例3的丙烯酸乙酯进行乳液聚合后，与浓度为10％，微球粒径为233nm的聚苯乙烯微球乳液按体积比1:5复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的聚苯乙烯光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.1％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例8～16
分别用浓度为0.5％的十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、二辛基二甲基氯化铵、十六烷基吡啶代替实施1中的十六烷基三甲基氯化铵处理实施例1获得的强度增强的聚苯乙烯光子晶体，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例17～23
分别用硅片、铜片、铝片、锡箔、塑料薄膜、涤纶或丝绸代替实施例1中的载玻片，用实施例1中的粘结剂乳液与质量浓度为10％，粒径为265nm的聚苯乙烯微球乳液按体积比1:1复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在上述基质上，并在基质底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的聚苯乙烯光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.1％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例24
在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL四口瓶中加入0.6g的十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入10.0g丙烯酸乙酯；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.100g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。将粘结剂乳液与质量浓度为10％，微球粒径为260nm的聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液按体积比1:10复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.1％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例25～26
分别取10g丙烯酸异丙酯、丙烯酸丁酯代替实施例24的丙烯酸乙酯进行乳液聚合后，与浓度为15％，微球粒径为250nm的聚丙烯酸甲酯微球乳液按体积比1:16复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的聚丙烯酸甲酯光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.1％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例27
在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL四口瓶中加入0.6g十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入2.0g甲基丙烯酸甲酯和8.0g丙烯酸异丙酯；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.100g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。将粘结剂乳液与质量浓度为10％，微球粒径为220nm的聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液按体积比1:5复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.1％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例28～36
分别用浓度为0.8％的十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、二辛基二甲基氯化铵、十六烷基吡啶代替实施24中的十六烷基三甲基氯化铵处理实施例24获得的强度增强的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例37～43
分别用硅片、铜片、铝片、锡箔、塑料薄膜、涤纶或丝绸代替实施例1中的载玻片，用实施例24中的粘结剂乳液与质量浓度为8％，微球粒径为265nm的聚甲基丙烯酸甲酯微球乳液按体积比1:5复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在上述基质上，并在基质底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.1％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例44
在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL四口瓶中加入0.6g的十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入10.0g丙烯酸丁酯；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.100g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。将粘结剂乳液与质量浓度为5％，微球粒径为230nm的二氧化硅微球乳液按体积比1:8复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的二氧化硅光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.3％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，10h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例45
在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL四口瓶中加入0.8g十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入3.0g丙烯酸甲酯和7.0g丙烯酸乙酯；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.150g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。将粘结剂乳液与质量浓度为12％，粒径为240nm的二氧化硅微球乳液按体积比1:15复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的二氧化硅光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.4％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，15h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例46～54
分别用浓度为1％的十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、二辛基二甲基氯化铵、十六烷基吡啶代替实施44中的十六烷基三甲基氯化铵处理实施例44获得的强度增强的二氧化硅光子晶体，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例55～61
分别用硅片、铜片、铝片、锡箔、塑料薄膜、涤纶或丝绸代替实施例1中的载玻片，用实施例45中的粘结剂乳液与质量浓度为15％，微球粒径为260nm的二氧化硅微球乳液按体积比1:14复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在上述基质上，并在基质底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的二氧化硅光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.5％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，10h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例62
在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL四口瓶中加入0.7g十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入4.0g甲基丙烯酸甲酯和6.0g丙烯酸乙酯；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.150g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。将粘结剂乳液与质量浓度为10％，微球粒径为220nm的三氧化二铝微球乳液按体积比1:15复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的三氧化二铝光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.4％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，15h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
实施例63
在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的250mL四口瓶中加入0.7g十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入3.0g丙烯酸甲酯和7.0g丙烯酸乙酯；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.150g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。将粘结剂乳液与质量浓度为10％，微球粒径为200nm的二氧化钛微球乳液按体积比1:15复配后，超声分散10min，将其均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，便得到了强度增强的二氧化钛光子晶体，将上述光子晶体浸入到质量浓度为0.4％阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵中，阴阳离子基团通过静电结合，吸附阳离子表面活性剂，20h后，取出，晾干，得疏水性的高强度光子晶体结构色材料。
对比例1
将质量浓度为10％，微球粒径为265nm的聚苯乙烯微球乳液均匀的滴在载玻片上，并在载玻片底部加热至50摄氏度，等水分挥发完毕后，得到聚苯乙烯光子晶体，其性能表述见实施例1。
Claims (9)
1.一种疏水性光子晶体结构生色材料，由基质、位于基质上的光子晶体层以及附着在光子晶体层表面的阳离子表面活性剂层组成，所述光子晶体层为呈周期性紧密排布的微球缝隙中填充有粘结剂，
其中，所述微球选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛或二氧化锆微球中的一种。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述阳离子表面活性剂层通过下述方法吸附在光子晶体层的表面：将其上置有光子晶体层的基质浸入质量浓度为0.05～2％的阳离子表面活性剂溶液中。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述光子晶体层按下述方法置于基质上：将质量浓度为2～20％的粘结剂乳液与质量浓度为2～20％的微球乳液混合，分散，均匀滴到基质上，将基质升温至40～90摄氏度，干燥
其中，所述粘结剂乳液与微球乳液的体积比是1:15～1:1。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述粘结剂为聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。
5.根据权利要求4所述的材料，其特征在于：当微球为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅时，粘结剂不包含聚苯乙烯。
6.根据权利要求1～5任一项所述材料，其特征在于：所述阳离子表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂。
7.根据权利要求6所述的材料，其特征在于：所述阳离子表面活性剂选自十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、二辛基二甲基氯化铵、十六烷基吡啶中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述微球的粒径为80～500nm。
9.一种权利要求1所述光子晶体结构生色材料的制备方法，其特征在于：将质量浓度为2～20％的粘结剂乳液与质量浓度为2～20％的微球乳液混合，经超声分散后，均匀滴到基质上，将基质升温至40～90摄氏度，待干燥至水分挥发完毕后，将之浸入质量浓度为0.05～2％的阳离子表面活性剂溶液中，浸泡10～30h，取出，晾干，即得光子晶体结构生色材料
其中，所述粘结剂乳液与微球乳液的体积比是1:15～1:1。
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