CN110791981A - 一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法 - Google Patents

一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，该方法包括：(1)混合单分散聚苯乙烯类胶体微球、类载体、“咖啡环”抑制剂等原料，经搅拌和超声分散后得到混合均匀的光子晶体结构生色墨水；(2)将制备所得光子晶体结构生色墨水置于数码喷墨打印机的墨盒中，在经过预处理的纺织基材上进行喷印，待干燥后即得到光子晶体结构生色面料。本发明以简便、快捷的方式得到光子晶体结构生色墨水，然后通过数码喷墨打印技术制备得到结构生色面料，实现了光子晶体在基材上的深植入式自组装效果，所得光子晶体在基材上具有良好的稳定性，面料的结构色艳丽、虹彩明显，在服装、装饰、工艺品等领域内具有潜在的应用价值。

Description

一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制 备方法
技术领域
本发明属于面料加工处理领域，具体涉及了一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法。
背景技术
结构色生态环保，具有高亮度、高饱和度、虹彩效应和偏振效应等常规色素是所不具备的特点，在防伪、显示、传感、纺织和装饰等领域均具有潜在的应用价值。光子晶体是一种由两种及两种以上不同折光指数的材料按照一定的排列形成的周期性结构，是获得仿生结构色的重要方式之一。通过胶体微球自组装构筑光子晶体，以获得靓丽结构色的报道已屡见不鲜。
近年来，利用数码喷印技术在纺织基材上构筑光子晶体结构来获得结构生色面料的报道引起了研究者的关注，这种方式不仅可获得栩栩如生的结构色效果，还可获得图案化效果，在一定程度上提升了结构生色面料的品质。然而，在纺织基材上数码喷印自组装构建光子晶体过程中，所用疏水性基材极大程度地隔绝了微球和基材内部纱线或纤维的接触，造成图案化光子晶体实质上与纺织基材本体是分离明显的两相。在经历摩擦、折叠和水洗后，光子晶体易破损或从基材表面脱落，从而造成结构色效果消减。从纺织品的实质应用方面考虑，提升光子晶体生色结构在基材上的稳固性，获得色彩效果耐久的结构生色面料颇具现实意义。
发明内容
本发明提供了一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，基于长期从事纺织品光子晶体结构生色相关研究的经验，本发明从调控胶体微球在纺织基材上的渗透行为和加强微球间的弱相互作用入手，提出在胶体微球墨水体系中加入“类载体”，在保证绝大多数纳米微球在基材表面有序自组装的前提下，解决部分胶体微球向基材内部的可控渗透、扩散和吸附，实现纺织基材上胶体微球的“深植入式”组装效果。本申请将为光子晶体结构生色面料的制备奠定理论基础，也可为光子晶体结构在其它柔性材料领域的应用发展提供有益的借鉴和策略支撑。
基于上述技术问题，采用如下技术方案：
一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)以单分散聚苯乙烯类胶体微球、类载体、“咖啡环”抑制剂、分散剂、pH调节剂、粘度调节剂和去离子水为原料，分散后得到混合均匀的光子晶体结构生色墨水；
(2)将制备所得光子晶体结构生色墨水置于数码喷墨打印机的墨盒中，设定打印参数后，在经过预处理的纺织基材上进行喷印，待干燥后即得到光子晶体结构生色面料。
优选后，所述步骤(1)中的分散方法为搅拌和超声。
优选后，所述步骤(2)在干燥过程中，将喷印后的纺织基材置于70℃的鼓风烘箱中进行烘燥处理。
优选后，所述的单分散聚苯乙烯类微球粒径为180-360nm。
优选后，所述的单分散聚苯乙烯类微球为纯聚苯乙烯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)、聚(苯乙烯-丙烯酸)、聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)胶体微球中的一种。
优选后，所述的类载体由有机单体和引发剂组成。
优选后，所述的有机单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和N,N-二甲基丙烯酰胺的一种。
优选后，所述的引发剂为过硫酸铵和过硫酸钾中的一种。
优选后，所述的“咖啡环”抑制剂为甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇中的一种。
优选后，所述的纺织基材为涤纶、真丝和棉中的一种，其预处理方式为拒水整理。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，基于长期从事纺织品光子晶体结构生色相关研究的经验，从调控胶体微球在纺织基材上的渗透行为和加强微球间的弱相互作用入手，提出在胶体微球墨水体系中加入“类载体”，在保证绝大多数纳米微球在基材表面有序自组装的前提下，解决部分胶体微球向基材内部的可控渗透、扩散和吸附，实现纺织基材上胶体微球的“深植入式”组装效果。
实现方式为：通过数码喷墨打印技术制备光子晶体结构生色墨水喷印于纺织基材上得到结构生色面料，实现了光子晶体在基材上的深植入式自组装效果，所得光子晶体在基材上具有良好的稳定性，面料的结构色艳丽、虹彩明显，在服装、装饰、工艺品等领域内具有潜在的应用价值。
本申请将为光子晶体结构生色面料的制备奠定理论基础，也可为光子晶体结构在其它柔性材料领域的应用发展提供有益的借鉴和策略支撑。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明实施例1中不含类载体的结构生色墨水喷印制备所得光子晶体结构生色涤纶织物水洗测试前的扫描电子显微镜图；
图2为本发明实施例1中不含类载体的结构生色墨水喷印制备所得光子晶体结构生色涤纶织物水洗测试后的扫描电子显微镜图；
图3为本发明实施例1中含类载体的结构生色墨水喷印制备所得光子晶体结构生色涤纶织物水洗测试前的扫描电子显微镜图；
图4为本发明实施例1中含类载体的结构生色墨水喷印制备所得光子晶体结构生色涤纶织物水洗测试后的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明，在下述实验方法案例中，如无特别说明，所用的试剂、材料和设备均可从商业途径购得，或者采用常规方法制得。
实施例1：
(1)以240nm的单分散纯聚苯乙烯胶体微球、由丙烯酸羟乙酯和过硫酸铵组成的类载体、甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸、丙三醇和去离子水为原料，经2000r/min速率机械搅拌20min，然后置于频率为120HZ的超声分散机中分散10min，待所有原料混合均匀后即得纯聚苯乙烯光子晶体结构生色墨水；
(2)将制备所得纯聚苯乙烯光子晶体结构生色墨水置于数码喷墨打印机的墨盒中，设定打印图案、速率和喷头温度后，在经过拒水整理的黑色涤纶织物上进行喷印，随后将喷印后的涤纶织物置于70℃的鼓风烘箱中进行烘燥处理，待干燥后即得到光子晶体结构生色面料。
分别取上述含类载体的纯聚苯乙烯墨水和不含类载体的纯聚苯乙烯墨水喷印后制备所得的结构生色面料置于扫描电子显微镜下进行观察，如图1至图4所示。发现制备所得纯聚苯乙烯光子晶体均排列规整，呈现典型的面心立方结构。经震荡水浴锅水洗10min后，含类载体纯聚苯乙烯墨水喷印后制备所得的结构生色面料依旧色彩鲜艳、虹彩明显，且光子晶体排列依旧成规整的面心立方结构，而不含类载体纯聚苯乙烯墨水喷印后制备所得的结构生色面料色彩暗淡，光子晶体层在基材上发生了脱落，其排列变得凌乱。
实施例2：
(1)以180nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)胶体微球、由丙烯酸羟丙酯和过硫酸钾组成的类载体、乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、稀盐酸、聚乙二醇和去离子水为原料，经2000r/min速率机械搅拌20min，然后置于频率为120HZ的超声分散机中分散10min，待所有原料混合均匀后即得聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)光子晶体结构生色墨水；
(2)将制备所得聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)光子晶体结构生色墨水置于数码喷墨打印机的墨盒中，设定打印图案、速率和喷头温度后，在经过拒水整理的黑色棉织物上进行喷印，随后将喷印后的棉织物置于70℃的鼓风烘箱中进行烘燥处理，待干燥后即得到光子晶体结构生色面料。
分别取上述含类载体的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)墨水和不含类载体的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)墨水喷印后制备所得的结构生色面料置于扫描电子显微镜下进行观察，发现制备所得聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)光子晶体均排列规整，呈现典型的面心立方结构。经震荡水浴锅水洗10min后，含类载体的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)墨水喷印后制备所得的结构生色面料依旧色彩鲜艳、虹彩明显，且光子晶体排列依旧成规整的面心立方结构，而不含类载体的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)墨水喷印后制备所得的结构生色面料色彩暗淡，光子晶体层在基材上发生了脱落，其排列变得凌乱。
实施例3：
(1)以360nm的单分散聚(苯乙烯-丙烯酸)胶体微球、由N,N-二甲基丙烯酰胺和过硫酸钾组成的类载体、N,N-二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、稀硫酸、丙三醇和去离子水为原料，经2000r/min速率机械搅拌20min，然后置于频率为120HZ的超声分散机中分散10min，待所有原料混合均匀后即得聚(苯乙烯-丙烯酸)光子晶体结构生色墨水；
(2)将制备所得聚(苯乙烯-丙烯酸)光子晶体结构生色墨水置于数码喷墨打印机的墨盒中，设定打印图案、速率和喷头温度后，在经过拒水整理的黑色真丝织物上进行喷印，随后将喷印后的真丝织物置于70℃的鼓风烘箱中进行烘燥处理，待干燥后即得到光子晶体结构生色面料。
分别取上述含类载体的聚(苯乙烯-丙烯酸)墨水和不含类载体的聚(苯乙烯-丙烯酸)墨水喷印后制备所得的结构生色面料置于扫描电子显微镜下进行观察，发现制备所得聚(苯乙烯-丙烯酸)光子晶体均排列规整，呈现典型的面心立方结构。经震荡水浴锅水洗10min后，含类载体的聚(苯乙烯-丙烯酸)墨水喷印后制备所得的结构生色面料依旧色彩鲜艳、虹彩明显，且光子晶体排列依旧成规整的面心立方结构，而不含类载体的聚(苯乙烯-丙烯酸)墨水喷印后制备所得的结构生色面料色彩暗淡，光子晶体层在基材上发生了脱落，其排列变得凌乱。
实施例4：
(1)以216nm的单分散聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)胶体微球、由丙烯酸羟乙酯和过硫酸钾组成的类载体、N,N-二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、稀硫酸、聚乙二醇和去离子水为原料，经2000r/min速率机械搅拌20min，然后置于频率为120HZ的超声分散机中分散10min，待所有原料混合均匀后即得聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)光子晶体结构生色墨水；
(2)将制备所得聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)光子晶体结构生色墨水置于数码喷墨打印机的墨盒中，设定打印图案、速率和喷头温度后，在经过拒水整理的黑色涤纶织物上进行喷印，随后将喷印后的涤纶织物置于70℃的鼓风烘箱中进行烘燥处理，待干燥后即得到光子晶体结构生色面料。
分别取上述含类载体的聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)墨水和不含类载体的聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)墨水喷印后制备所得的结构生色面料置于扫描电子显微镜下进行观察，发现制备所得聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)光子晶体均排列规整，呈现典型的面心立方结构。经震荡水浴锅水洗10min后，含类载体的聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)墨水喷印后制备所得的结构生色面料依旧色彩鲜艳、虹彩明显，且光子晶体排列依旧成规整的面心立方结构，而不含类载体的聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)墨水喷印后制备所得的结构生色面料色彩暗淡，光子晶体层在基材上发生了脱落，其排列变得凌乱。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)以单分散聚苯乙烯类胶体微球、类载体、“咖啡环”抑制剂、分散剂、pH调节剂、粘度调节剂和去离子水为原料，分散后得到混合均匀的光子晶体结构生色墨水；
(2)将制备所得光子晶体结构生色墨水置于数码喷墨打印机的墨盒中，设定打印参数后，在经过预处理的纺织基材上进行喷印，待干燥后即得到光子晶体结构生色面料。
2.根据权利要求1所述的一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的分散方法为搅拌和超声。
3.根据权利要求1所述的一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)在干燥过程中，将喷印后的纺织基材置于70℃的鼓风烘箱中进行烘燥处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于：所述的单分散聚苯乙烯类微球粒径为
180-360nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于：所述的单分散聚苯乙烯类微球为纯聚苯乙烯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)、聚(苯乙烯-丙烯酸)、聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)胶体微球中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于：所述的类载体由有机单体和引发剂组成。
7.根据权利要求6所述的一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于：所述的有机单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和N,N-二甲基丙烯酰胺的一种。
8.根据权利要求6所述的一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵和过硫酸钾中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于：所述的“咖啡环”抑制剂为甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种基于深植入式自组装效果的光子晶体结构生色面料的制备方法，其特征在于：所述的纺织基材为涤纶、真丝和棉中的一种，其预处理方式为拒水整理。
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