CN110467783A - 一种光子颜料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光子颜料的制备方法，其特征在于：所述制备方法以聚苯乙烯微球为原料，以两层夹合的亲润性基质为模具，首先将该模具垂直或倾斜一定角度插入到聚苯乙烯微球的乳液中，再通过溶剂的自然蒸发使聚苯乙烯微球在模具中发生自组装，然后将模具在80℃下烘干，最后收集制得的产物，即得。通过这种方法制备出来的光子颜料不仅具有绚丽的珠光效果，同时也能解决现有技术中结构色颜料的角度依赖问题。

Description

一种光子颜料的制备方法

技术领域

本发明涉及光学功能材料，特别涉及一种光子颜料及其制备方法。

背景技术

大千世界，五彩缤纷，不同的颜色存在于此。颜色的来源主要有两种：色素生色和结构生色。前者主要是由于被选择吸收的光引起电子运动所产生的；而后者则是由物理效应等引起的。为了追求更加丰富的色彩体验，人们在传统色素生色的基础上研发了珠光颜料。珠光颜料，是由数种金属氧化物薄层包覆云母构成的。改变金属氧化物薄层，就能产生不同的珠光效果。珠光颜料与其它色素颜料相比，其特有的柔和的珍珠光泽有着无可比拟的效果。特殊的表面结构，高折光指数和良好的透明度使其在透明的介质中，创造出与珍珠光泽相同的效果。而大自然中存在着天然的珠光颜料。比如彩虹，泡沫，珍珠，鸟类的羽毛都能呈现出绚丽的珠光效果，它们都属于结构生色。比起传统珠光颜料，结构色颜料具有其所不具备的优点，比如，高饱和、永不褪色、环保等，结构色也因此得到了广泛的关注。人们希望用结构色替代污染严重、有毒的珠光颜料在涂料、印刷、纺织等领域的应用。

但是传统方法制备的结构色颜料(或者光子颜料)呈色时具有角度依赖性问题，即在入射光线照射到结构色晶体表面时，因为反射出的光都具有特定的波长和方向，所有观察者在不同的角度观察到的颜色就有差异。这种特性极大地限制了结构色颜料的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光子颜料的制备方法，通过这种方法制备出来的光子颜料不仅具有绚丽的珠光效果，同时也能解决现有技术中结构色颜料的角度依赖问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光子颜料的制备方法，以聚苯乙烯微球为原料，以两层夹合的亲润性基质为模具，首先将该模具垂直或倾斜一定角度插入到聚苯乙烯微球的乳液中，再通过溶剂的自然蒸发使聚苯乙烯微球在模具中发生自组装，然后将模具在80℃下烘干，最后收集制得的产物，即得。

进一步地，该亲润性基质在使用之前分别经过酸处理和等离子体处理。

进一步地，聚苯乙烯微球的乳液为聚苯乙烯微球和炭黑的混合液。

进一步地，聚苯乙烯微球的直径为200nm，240nm，或280nm。

本发明还提供了一种用于制备光子颜料的模具，包括两层夹合的亲润性基质，所述基质之间夹装有至少一层铝箔，其面积不大于所述基质的面积。

进一步地，该亲润性基质为玻璃片。

本发明的有益效果在于：

本发明的制备方法使用两层夹合的亲润性基质作为模板，再通过裂纹碎化制得了具有平整块状结构的光子颜料。现有技术通过研磨的方法来制备晶体粉末，很难保证晶体结构的完整性，而本发明中，以两层夹合的亲润性基质作为模板能够产生大量的均匀分布的裂纹，裂纹的目的是分割晶体，反向利用裂纹，从而收集到均匀的颜料颗粒。该颜料不仅饱和度高，固色性好，无重金属有毒有害物质污染，同时解决了现有技术中结构色颜料的角度依赖问题，从任何角度都能观察到绚丽的珠光效果；于此同时本发明的制备方法操作简单，成本低廉，制备过程安全环保，可大批量生产，能够满足工业化的需求。

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为本发明实施例1制备的光子颜料的表面裂纹的显微镜示意图以及其所对应的自组装光子晶体颗粒的电镜图。

图2为本发明实施例1的光子颜料宏观光谱图。

图3为本发明实施例1的光子颜料的电镜图。

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。

实施例1

1)制备模具

首先提供两块分别经过酸处理和等离子体处理的载玻片，之后在两片载玻片之间夹装一层铝箔纸以控制间距，然后用夹子将载玻片夹紧，即得。

2)吸附

将上述模具垂直插入到聚苯乙烯胶体微球和炭黑的混合乳液中，在毛细力的作用下，微球和炭黑颗粒被吸入模具中。

3)蒸发组装

室温下，水分自然挥发，微球在模具内进行自组装，当水分完全挥发之后，微球自组装完成，产生结构色。

4)加固

把整个模具放进80℃烘箱加热4h，由于聚苯乙烯微球的熔点在80℃左右，加热过程使得原本独立的微球个体，之间发生熔融连接。

5)收集

制备完成后，通过本发明的模具装置制得的光子晶体表层会出现大量的裂纹，打开模具，用刮刀将光子晶体从载玻片上刮下来收集，收集了的产品展现出绚丽的珠光效果。

在上述实施例中，聚苯乙烯胶体微球乳液中加入炭黑可以增强制得的光子颜料的对比度，进一步提升呈色效果，炭黑本身对该光子颜料的制备不产生影响，在其他实施例中也可不加如炭黑。

在上述实施例中，聚苯乙烯微球的直径为200nm，制得了蓝色的光子颜料。

在其他实施例中，聚苯乙烯微球的直径为240nm和280nm，分别制得了绿色和红色的光子颜料。

请参阅图1，本发明制备方法制得的光子晶体膜表层存在大量的均匀分布的裂纹，裂纹的目的是分割晶体，使之呈现出均匀的块状结构，该块状结构由规整的排列的聚苯乙烯微球构成。

请参阅图2，为该光子晶体的宏观光谱图。将单一入射光分别以90°-30°的角度从一个特定的发射点发射至样品表面后，收集原路返回至发射点的反射光得到该光子晶体的宏观光谱图，通过分析可知：

随着样品的倾斜程度(即入射光与样品的夹角)发生改变，观察到的反射光的强度随着倾斜程度的变大而变小，但是其波长并未改变，解决了现有技术中光子晶体的角度依赖性问题。

而其反射光强度发生改变的原因主要是：1)样品的投影面积变小，能够观察到颜色的样品变少；2)大量的反射光沿其他路径反射出去，导致原路返回的反射光减弱，从而使得光谱峰的强度减弱。

请参阅图3，可观察到不同的角度的尺寸均一的块状颗粒随机分布。当入射光从不同角度照射至这些块状颗粒上时，与这些入射光垂直分布的尺寸均一的颗粒能够有效地反射这些垂直入射光，从而观察到具有特定波长的光，所以该光子颜料能够在不同角度下呈现出单一均匀的呈色效果，同时使观察者从各个角度都能感受到绚丽的珠光颜色。

本发明的制备方法通过在制备过程中裂纹化光子晶体膜，制得均匀的块状颗粒结构，当这些颗粒结构随机分布在物表面时，不同角度的颗粒结构会对其对应的入射光形成镜面效果，从而有效地反射入射光，呈现强烈的珠光色彩。同时，这些颗粒的尺寸均一，使得各个角度的反射光强度相近，因此从不同观察方向都能观察到均匀的呈色效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种光子颜料的制备方法，其特征在于：

所述制备方法以聚苯乙烯微球为原料，以两层夹合的亲润性基质为模具，首先将该模具垂直或倾斜一定角度插入到聚苯乙烯微球的乳液中，再通过溶剂的自然蒸发使聚苯乙烯微球在模具中发生自组装，然后将模具在80℃下烘干，最后收集制得的产物，即得。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述亲润性基质在使用之前分别经过酸处理和等离子体处理。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯微球的乳液为聚苯乙烯微球和炭黑的混合液。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯微球的直径为200nm，240nm，或280nm。

5.一种用于制备光子颜料的模具，其特征在于，包括两层夹合的亲润性基质，所述基质之间夹装有至少一层铝箔，其面积不大于所述基质的面积。

6.根据权利要求1或4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述亲润性基质为玻璃片。