CN105603715B - 一种织物结构色的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种织物结构色的制备方法。利用磁控溅射射频法，以TiO₂、SiO₂等为靶材，对基布进行溅射，在织物表面交替溅射TiO₂、SiO₂(或其它材料)靶，在织物表面形成纳米周期薄膜，由于光的干涉等光学原理，织物在光下呈现艳丽的结构色，溅射的材料和层数及每层的厚度决定织物表面的色彩，而且随着观察角度的变化，织物的颜色也随之变化，并且只要不破坏薄膜结构，织物永不褪色。该制备方法研制的结构色织物，薄膜均匀，膜厚可控，无需任何染料助剂，是一种环保型的染色方法，有望解决传统染整工业中高污染、高耗能的不足。

Description

一种织物结构色的制备方法

技术领域

本发明属于创新纺织品领域，是一种织物结构色的制备方法。

背景技术

本发明涉及利用光的干涉、散射等光学原理在织物上制备结构色周期薄膜的方法。

在自然界中，颜色的形成主要有两种来源，色素色和结构色。色素色是由于动物体内含有某种化学物质-色素，它可以选择性吸收特定波长的光而反射其它波长的光，因而也叫做化学色。结构色是光与其波长量级相互作用而产生的颜色，即光的干涉、散射或衍射作用而产生的颜色，因此也叫做物理色。结构色具备许多色素所不具备的优点：高亮度、高饱和度、虹彩效应、偏振效应、永不褪色等等，因此越来越引起科学界和工程界的关注。

纺织品上的颜色主要是通过将有色物质（染料或颜料）施加在纺织品上而产生的。在传统染整加工过程中使用了大量影响环境和妨碍身体健康的染化料及助剂，其生物降解性差游离甲醛含量高，重金属离子的含量超标，这些染化料及助剂以气体、液体、固体的形态排放而污染环境，危害人类的健康，同时染整加工过程会消耗大量的能源和水。随着人们环保意识的增强，传统染整工艺对水资源的浪费和对环境造成的污染已经越来越受到人们的关注。所以，节能减排、绿色染整、生态染整等是人们对环保能源的重要性有了充分认识以后，对染整加工技术提出来的一个努力方向与最终目标。

对纺织印染工业来说，结构色最吸引人的地方还是其不需要色素染色就可以得到颜色的特殊性质。结构色的研究与发展有望克服传统染色方法对水资源浪费和污染问题。近年来，如何在纺织材料上有效地构造仿生结构色，已成为纺织染整界关注和研究的热点之。

仿生结构色在纺织领域已有一定的应用，主要有两种形式：一是通过制备结构色纤维，二是通过仿制或复制动物生色羽毛或其他生色物质的结构来制备生色薄膜或光子晶体。目前，国内外构造仿生结构色的方法主要有：溶胶凝胶法、重力沉降法、层层静电自组装法、旋涂法。

本发明利用磁控溅射法对织物基底进行射频溅射，在织物表面形成一层TiO₂、SiO₂等交替的周期薄膜，在光照射下织物会显现明亮艳丽的紫色、金黄色、绿色、红色、蓝色等多重色彩，且随着观察角度的变化而变化。该种织物生色方法主要是靠选择一种高折射率和一种低折射率的材料，溅射形成高折射率膜和低折射率膜的多周期纳米薄膜即一维光子晶体结构，由于光的干涉产生颜色，此方法环保无污染，且节约大量水资源，产生的颜色饱和度高，多彩靓丽且随角度的变化而变化，有望克服传统染色方法对水资源浪费和污染的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁控溅射法，在织物表面形成周期薄膜，使织物具有结构色特征。

本发明的技术解决方案是：

这种具有结构色的织物的制备方法，主要包括下述步骤：

1）、对所选的织物进行前处理，以清除织物表面污垢。

2）、溅射工艺流程：抽真空→充入氩气→设置溅射功率→射频溅射→得到结构色织物。

本发明利用射频磁控溅射法对基布进行溅射，将TiO₂、SiO₂等交替溅射到织物表面，研制成功结构色织物，溅射的材料和层数及每层的厚度决定织物表面的色彩，该织物在光照射下呈现紫、绿、红、黄等多种色彩，且会随着观察角度的不同，视觉感受的颜色也发生变化。

本发明具有以下优点：

1）、该制备方法基布适应性广。基布不仅可以用无纺布，还可以用机织物等。基布织物的纤维可以用桑蚕丝等天然蛋白质纤维也可以用涤纶、锦纶等化纤。

2）、磁控溅射法是绿色环保涂层方法，工艺简单，无废水排出，对环境没有污染。

3）、该制备方法研制的结构色织物，色彩鲜艳亮丽，改变工艺可以呈现两种效果，一种是多重混合色彩，成类似同心圆状分布，颜色由中心向外从紫到红分布，不同颜色之间衔接自然，另一种是出现均匀的单一色彩，两种效果的色彩都会随着观察角度的不同，呈现的色彩也有所不同，只要不破坏薄膜结构，织物永不褪色。

附图说明：

图1 是结构色织物的结构示意图：1是基布；2是纳米二氧化钛膜；3是纳米二氧化硅膜；

图2 是以涤纶白坯布为基底溅射三周期的样品多角度反射光谱图；

图3 是以涤纶白坯布为基底溅射四周期的样品多角度反射光谱图；

图4 是以涤纶白坯布为基底溅射五周期的样品多角度反射光谱图；

图5 是以丝绸为基底溅射三周期的样品多角度反射光谱图；

图6 是以涤纶白坯布为基底溅射两周期另加一层TiO₂的样品的多角度反射光谱图。

具体实施实例：

图和具体实施实例对本发明进行进一步的说明，为了能更好地说明本发明的技术特征和产品特点，兹以优选实施例作详细说明如下。

实施例1

以30旦630T的涤纶白坯布为基布，对其进行预处理：按1：50的浴比配置1g/L的涤纶柔软剂溶液浸泡织物超声波处理30分钟→纯净水浸泡织物超声波处理30分钟→纯净水漂洗织物3遍→烘干（60℃）。将经过千处理的织物放入真空腔内，在特定的真空条件下，利用射频磁控溅射技术，将纳米TiO₂、SiO₂沉积在织物表面。具体工艺：靶材TiO₂的纯度为99.99%，SiO₂的纯度为99.99%，氩气的纯度为99.95%。采用射频溅射，溅射工艺参数为：靶基距40mm,本底真空2*10^-3 Pa,工作气压5Pa，氩气流量为15sccm，溅射功率84W，先溅射2小时TiO₂，再溅射4小时SiO₂，此为一个周期，分别溅射了三、四、五个周期的样品，其基布的反射率曲线如下，从图2、3、4可看出，织物由于周期薄膜干涉生色，且随着观察角度的变小，谱线红移。

实施例2

以19姆米100%桑蚕丝的素缎绸为基布，对其进行预处理：按1：50的浴比配置1g/L的净洗剂209溶液浸泡织物超声波处理30分钟→纯净水浸泡织物超声波处理30分钟→纯净水漂洗织物3遍→烘干（60℃）。将经过千处理的织物放入真空腔内，在特定的真空条件下，利用射频磁控溅射技术，将纳米TiO₂、SiO₂沉积在织物表面。具体工艺同实施例1，溅射工艺参数为：靶基距40mm,本底真空2*10^-3 Pa,工作气压5Pa，氩气流量为15sccm，溅射功率84W，先溅射2小时TiO₂，再溅射4小时SiO₂，此为一个周期，溅射了三个周期的样品，其基布的反射率曲线如下，从图5可看出，织物反射率最高波段是黄绿光波段，且随着观察角度的变小，谱线红移。

实施例3

以30旦630T的涤纶白坯布为基布，对其进行预处理：按1：50的浴比配置1g/L的涤纶柔软剂溶液浸泡织物超声波处理30分钟→纯净水浸泡织物超声波处理30分钟→纯净水漂洗织物3遍→烘干（60℃）。将经过千处理的织物放入真空腔内，在特定的真空条件下，利用射频磁控溅射技术，将纳米TiO₂、SiO₂沉积在织物表面。具体工艺：靶材TiO₂的纯度为99.99%，SiO₂的纯度为99.99%，氩气的纯度为99.95%。采用射频溅射，溅射工艺参数为：靶基距40mm,本底真空2*10^-3 Pa,工作气压5Pa，氩气流量为15sccm，溅射功率84W，先溅射2小时TiO₂，再溅射4小时SiO₂，此为一个周期，先溅射了两个周期然后再溅射2小时TiO₂，此样品基布的反射率曲线如下，从图6可看出，织物反射率最高波段是橙色光波段，且随着观察角度的变小，谱线红移。

Claims (1)

1.一种织物结构色的制备方法，利用磁控溅射技术，靶材为TiO₂、SiO₂，其纯度为99.99％，以机织物或无纺布为基布，采用射频溅射，在织物表面形成一层纳米TiO₂、SiO₂交替的周期薄膜，制得具有结构色的织物，主要包括下述步骤：

(1)选择基布，基布织物的纤维为涤纶、锦纶、桑蚕丝，将织物清洗干净并烘干，用电熨斗熨平；

(2)对溅射室抽真空，使本底真空达到5×10^-3～4×10^-4Pa，向溅射室注入纯度为99.95％的氩气，氩气流量为11～19sccm，使工作气压达到1～9Pa；设定靶基距为30mm～70mm，溅射功率为50W～90W；

(3)溅射的材料和层数及每层的厚度决定织物表面的色彩，溅射的每层厚度通过控制溅射时间而实现。