CN110106708B - 一种非虹彩结构色织物及其制备方法 - Google Patents

一种非虹彩结构色织物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种在织物表面制备非虹彩结构色的方法，包括以下步骤：将多元酚类化合物、可变价金属离子、氧化剂和硅烷偶联剂溶于水，混匀后得到多酚溶液；随后，将织物浸泡于上述溶液中，在一定温度、有氧环境中反应一段时间，移去残余的液体，置于真空烘箱中烘干，即可得到具有结构色的织物。本发明公开了一种采用上述制备方法所得到的具有不同结构色的织物，制备方法简单，所需时间短，绿色环保，制备的结构色无需任何染料，颜色均匀，具有良好的应用前景。

Description

一种非虹彩结构色织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及纺织领域，尤其涉及一种非虹彩结构色织物及其制备方法。
背景技术
自人类文明发展以来，对美的需求与日俱增，在纺织品上从最初的动物皮毛和树叶发展为当代款式各异，色彩鲜艳的时装。颜色的产生包括色素着色与结构生色，其中色素着色源于各种染料及颜料对特定波长光的选择性吸收而反射其他波长的光；而结构生色则是利用特殊的物理结构通过对光的选择性反射产生颜色。结构色生色机理包括薄膜干涉、周期性结构的衍射效应、与选择性散射。其中，薄膜干涉包括单层膜干涉和多层膜干涉，周期性结构的衍射效应包括衍射光栅和光子晶体两大类，选择性散射则包括瑞利散射和共振米氏散射。
传统的纺织品染色一般采用染料赋予织物一定的颜色，然而在传统的染整加工过程中会使用大量对环境污染大和对身体健康具有一定伤害的印染助剂和染料，同时染整加工过程会消耗大量的水资源与能源。结构色相较于传统染料着色具有易褪色不耐漂白，对环境污染大甚至含有毒性的特点，在物理结构不被破坏的情况下永不褪色、绿色环保、色彩饱和度高、亮度高。因此，结构生色有望在印刷和涂料等色彩显示领域逐步取代传统的具有污染性的染料与颜料。
目前国内外课题组在赋予织物结构色领域展开了一系列研究。专利CN201210194913.2公开了一种在织物表面制备一维光子晶体薄膜实现结构色的方法，首先制备钛溶液和硅溶液，再将二氧化钛薄膜层和二氧化硅薄膜在织物表面交替成型。通过该方法可在织物表面形成结构色，结果表明通过此方法处理的织物从不同角度可观察到表面颜色的变化。专利CN 201410609695.3公开了一种利用磁控溅射射频法，以TiO2、SiO2等为靶材，对基布表面进行溅射，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，通过控制溅射的材料和层数及每层的厚度从而获得了具有不同结构色织物。专利CN 201810089546.7公开了一种柔性基质的结构色制备装置及方法，在初涂阶段，采用荷电微射流锥射流雾化模式，交替喷涂带正电荷的TiO2喷雾和带负电荷的SiO2喷雾实现光子晶体均匀沉积在柔性基质表面，形成光子晶体均厚薄膜；在精细加工阶段，应用高压静电辅助压电雾化滴状模式，由控制模块控制喷头在合适的位置交替喷涂TiO2和SiO2液滴，形成非均厚薄膜，实现织物不同颜色完美渐变。
上述的赋予织物结构色的方法中，对设备要求高，操作复杂，并且方法有限。因此目前亟需简单高效，可以快速实现织物结构色着色的方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种非虹彩结构色织物及其制备方法，本发明制备方法简单，所需时间短，绿色环保，在织物表面制备的结构色无需任何染料，颜色均匀，色彩鲜艳。
本发明的技术方案如下：
(1)多酚溶液的制备：将多元酚类化合物和可变价金属离子溶于水，得到混合溶液，所述混合溶液中；然后将混合溶液pH调节至8～9，再向其中加入氧化剂和硅烷偶联剂，混匀后得到所述多酚溶液；
(2)在织物表面构建结构色：将织物浸泡于所述多酚溶液中，在20-40℃下反应1～4h；
(3)干燥固化：将经步骤(2)处理后的织物在20-40℃条件下干燥，即可得到表面具有非虹彩结构色的织物。
进一步地，在步骤(1)中，所述多元酚类化合物为茶多酚、阿魏酸、没食子酸、愈创木酚、多巴胺、去甲肾上腺素或3,4-二羟苯丙氨酸中的一种。
进一步地，在步骤(1)中，所述可变价金属离子为铁离子、亚铁离子或铜离子中的一种。由于可变价金属离子的催化作用，使多元酚类化合物的氧化聚合大大加快，可以在短时间内完成多酚类物质的聚合反应。
进一步地，在步骤(1)中，所述氧化剂为过硼酸钠、过硼酸钾、过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠、过醋酸钠或过醋酸钾中的一种。
进一步地，在步骤(1)中，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH540、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH570或硅烷偶联剂中的一种。
进一步地，在步骤(1)中，多酚溶液中所述多元酚类化合物的浓度为0.01mol/L-0.1mol/L。
进一步地，在步骤(1)中，多酚溶液中所述可变价金属离子的浓度为1mmol/L-10mmol/L。
进一步地，在步骤(1)中，多酚溶液中所述氧化剂的浓度为5mmol/L-30mmol/L。
进一步地，在步骤(1)中，多酚溶液中所述硅烷偶联剂的浓度为15mmol/L-55mmol/L。
进一步地，在步骤(2)中，所述织物为羊毛、蚕丝、棉或锦纶织物。
进一步地，步骤(2)在有氧环境中进行，且反应过程中需保持溶液静置，具体是将织物置于容器底部，吸取多酚溶液滴加于织物表面，使多酚溶液完全覆盖在织物表面，在20-40℃下分别反应不同时间(1～4h)，然后将未反应的多酚溶液吸除。
进一步地，改变步骤(2)的反应时间，可得到表面具有不同非虹彩结构色的织物，随着反应时间的延长，织物表面的结构色依次为黄色、红色、蓝色、绿色。
进一步地，在步骤(3)中，采用真空干燥法进行干燥。
本发明的第二个目的是提供一种采用上述方法所得到的表面具有非虹彩结构色的织物。
随着反应时间的延长，膜厚增加，上下薄膜反射的光发生干涉，干涉加强产生结构色。如当织物表面的结构色为黄色时，织物上层的膜厚为125nm，当织物表面为红色时，膜厚为160nm。
本发明的原理如下：本发明利用多元酚类化合物的自聚成膜性，在多价金属离子存在下，利用氧化剂的氧化作用，氧化原位聚合形成有色的聚多酚。在静置自聚过程中溶液表面和溶液内部氧浓度不同使其聚合速度不同，导致表层和内部聚合生成颗粒形态大小及膜厚度不同，从而获得特殊的双层膜折射反射结构的结构色材料。单向的入射光在膜上下表面经反射和折射后发生相长干涉现象就会产生特定波长的可见反射光。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1.本发明中，可处理的织物的适应性广，可采用羊毛、蚕丝、棉或锦纶织物。
2.本发明的制备方法，操作简单条件易控、没有复杂繁琐的操作流程，反应温度低，节能减排低能耗，绿色环保，实用性强。
3.本发明的制备方法制备的表面具有非虹彩结构色的织物，色彩鲜艳亮丽，通过控制反应时间，获得不同的聚多巴胺结构上层膜厚度，从而可得到4种不同颜色的织物。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明实施例1中不同颜色的结构生色织物的光学照片结果；
图2是本发明实施例1中不同颜色的结构生色织物的反射光谱图；
图3是本发明实施例6中不同颜色的结构生色织物的光学照片结果；
图4是本发明实施例6中不同颜色的结构生色织物的反射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如无特殊说明，本发明以下实施例中，“30％过氧化氢”指的是“质量浓度为30％的过氧化氢水溶液”。
实施例1
将0.28g多巴胺盐酸盐粉末溶于50mL去离子水中，随后加入0.034g无水氯化铜，调节pH至8.5。向多巴胺溶液中加入0.1g30％过氧化氢和0.56g硅烷偶联剂KH550，搅拌均匀备用。吸取3mL上述所配置的溶液，加入至覆有直径为5cm左右真丝电力纺织物的塑料培养皿中，使液体完全覆盖在织物表面。将塑料培养皿加盖后放置于恒温真空烘箱中(温度为30℃)分别反应不同时间(1h、1.5h、2h、3h)后，利用针筒将未反应的液体吸除。处理后的样品继续放置恒温真空烘箱(温度为30℃)，干燥后，即可在织物表面得到结构色。
图1a-d分别为反应1h、1.5h、2h和3h后所得织物的光学照片图，其中，反应1h、1.5h、2h和3h时，织物表面分别呈现黄色结构色、红色结构色、蓝色结构色和绿色结构色。图2为上述织物的反射光谱图，其中a-d分别对应图1中的a-d。
实施例2
将0.2g没食子酸粉末加入到40mL去离子水中，并加入10mL乙醇助溶，随后加入0.034g无水氯化铜，调节其pH值至8.5。向没食子酸溶液中加入0.1g30％过氧化氢和0.2g硅烷偶联剂KH550，搅拌均匀备用。吸取3mL上述所配置的溶液，加入至覆有直径为5cm左右羊毛织物的塑料培养皿中，使液体完全覆盖在织物表面。将塑料培养皿加盖后放置于恒温真空烘箱(温度为25℃)中分别反应不同时间后，利用针筒将未反应的液体吸除。处理后的样品继续放置恒温真空烘箱(温度为25℃)，干燥后，即可在织物表面得到结构色。其中，反应1h、2h、3h和4h时，织物表面的结构色依次为黄色、红色、蓝色、绿色。
实施例3
将0.3g阿魏酸粉末加入到40mL去离子水中，并加入10mL乙醇助溶，随后加入0.08g六水氯化铁，调节其pH值至8.2。向阿魏酸溶液加入0.08g六水氯化铁、0.1g30％过氧化氢和0.2g硅烷偶联剂KH550，搅拌均匀备用。吸取3mL上述所配置的溶液，加入至覆有直径为5cm左右棉织物的塑料培养皿中，使液体完全覆盖在织物表面。将塑料培养皿加盖后放置于恒温真空烘箱(温度为40℃)中分别反应不同时间后，利用针筒将未反应的液体吸除。处理后的样品继续放置恒温真空烘箱(温度为40℃)，干燥后，即可在织物表面得到结构色。其中，反应1h、2h、3h和4h时，织物表面的结构色依次为黄色、红色、蓝色、绿色。
实施例4
将0.15mL愈创木酚加入到40mL去离子水中，并加入10mL乙醇助溶，随后加入0.068g六水氯化铁，调节其pH值至8.8。向愈创木酚溶液中加入0.1g30％过氧化氢和0.2g硅烷偶联剂KH550，搅拌均匀备用。吸取3mL上述所配置的溶液，加入至覆有直径为5cm左右真丝电力纺织物的塑料培养皿中，使液体完全覆盖在织物表面。将塑料培养皿加盖后放置于恒温真空烘箱(温度为35℃)中分别反应不同时间，利用针筒将未反应的液体吸除。处理后的样品继续放置恒温真空烘箱(温度为35℃)，干燥后，即可在织物表面得到结构色。其中，反应1h、1.5h、2h和3h时，织物表面的结构色依次为黄色、红色、蓝色、绿色。
实施例5
将0.4g茶多酚粉末溶于50mL去离子水中，随后加入0.068g六水氯化铁，调节pH至8.3。向茶多酚溶液中加入0.1g30％过氧化氢和0.4g硅烷偶联剂KH550，搅拌均匀备用。吸取3mL上述所配置的溶液，加入至覆有直径为5cm左右锦纶织物的塑料培养皿中，使液体完全覆盖在织物表面。将塑料培养皿加盖后放置于恒温真空烘箱(温度为30℃)中分别反应不同时间后，利用针筒将未反应的液体吸除。处理后的样品继续放置恒温真空烘箱(温度为30℃)，干燥后，即可在织物表面得到结构色。其中，反应1h、2h、3h和4h时，织物表面的结构色依次为黄色、红色、蓝色、绿色。
实施例6
将0.25g去甲肾上腺素溶于50mL去离子水中，随后加入0.034g无水氯化铜，调节pH至8.6。向去甲肾上腺素溶液中加入0.1g30％过氧化氢和0.25g硅烷偶联剂KH550，搅拌均匀备用。吸取3mL上述所配置的溶液，加入至覆有直径为5cm左右的真丝电力纺织物的塑料培养皿中，使液体完全覆盖在织物表面。将塑料培养皿加盖后放置于恒温真空烘箱,(温度为40℃)中分别反应不同时间后，利用针筒将未反应的液体吸除。处理后的样品继续放置恒温真空烘箱(温度为40℃)，干燥后，即可在织物表面得到结构色。
图3a-d分别为反应1h、1.5h、2h和2.5h后所得织物的光学照片图，其中，反应1h、1.5h、2h和2.5h时，织物表面分别呈现黄色结构色、红色结构色、蓝色结构色和绿色结构色。图4为上述织物的反射光谱图，其中a-d分别对应图3的a-d。
实施例7
将0.3g 3,4-二羟苯丙氨酸溶于50mL去离子水中，随后加入0.034g无水氯化铜，调节pH至8.5。向3,4-二羟苯丙氨酸溶液中加入0.1g30％过氧化氢和0.3g硅烷偶联剂KH550，搅拌均匀备用。吸取3mL上述所配置的溶液，加入至覆有直径为5cm左右真丝电力纺织物的塑料培养皿中，使液体完全覆盖在织物表面。将塑料培养皿加盖后放置于恒温真空烘箱(温度为30℃)中分别反应不同时间后，利用针筒将未反应的液体吸除。处理后的样品继续放置恒温真空烘箱(温度为30℃)，干燥后，即可在织物表面得到结构色。其中，反应1h、1.5h、2h和2.5h时，织物表面的结构色依次为黄色、红色、蓝色、绿色。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种在织物表面制备非虹彩结构色的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)多酚溶液的制备：将多元酚类化合物和可变价金属离子溶于水，得到混合溶液，然后将混合溶液pH调节至8～9，再向其中加入氧化剂和硅烷偶联剂，混匀后得到所述多酚溶液；所述多元酚类化合物为茶多酚、阿魏酸、没食子酸、愈创木酚、多巴胺、去甲肾上腺素或3,4-二羟苯丙氨酸中的一种；所述可变价金属离子为铁离子、亚铁离子或铜离子中的一种；
(2)在织物表面构建结构色：将织物浸泡于所述多酚溶液中，在20-40℃下反应1～4h；
(3)干燥固化：将经步骤(2)处理后的织物在20-40℃条件下干燥，即可得到表面具有非虹彩结构色的织物。
2.根据权利要求1所述的在织物表面制备非虹彩结构色的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述氧化剂为过硼酸钠、过硼酸钾、过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠、过醋酸钠或过醋酸钾中的一种。
3.根据权利要求1所述的在织物表面制备非虹彩结构色的方法，其特征在于：在步骤(1)中，多酚溶液中所述偶联剂硅烷偶联剂的浓度为15mmol/L-55mmol/L；所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH540、硅烷偶联剂KH550和硅烷偶联剂KH570中的一种。
4.根据权利要求1所述的在织物表面制备非虹彩结构色的方法，其特征在于：在步骤(1)中，多酚溶液中多元酚类化合物的浓度为0.01mol/L-0.1mol/L。
5.根据权利要求1所述的在织物表面制备非虹彩结构色的方法，其特征在于：在步骤(1)中，多酚溶液中所述可变价金属离子的浓度为1mmol/L-10mmol/L。
6.根据权利要求1所述的在织物表面制备非虹彩结构色的方法，其特征在于：在步骤(1)中，多酚溶液中所述氧化剂的浓度为5mmol/L-30mmol/L。
7.根据权利要求1所述的在织物表面制备非虹彩结构色的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述织物为羊毛、蚕丝、棉或锦纶织物。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的方法所得到的表面具有非虹彩结构色的织物，所述表面具有非虹彩结构色的织物具有双层膜折射反射结构。
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