CN114182546B - 一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114182546B
CN114182546B CN202111492143.5A CN202111492143A CN114182546B CN 114182546 B CN114182546 B CN 114182546B CN 202111492143 A CN202111492143 A CN 202111492143A CN 114182546 B CN114182546 B CN 114182546B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fabric
photonic crystal
colloid
sio
crystal structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111492143.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114182546A (zh
Inventor
葛建平
何玉莹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China Normal University
Original Assignee
East China Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China Normal University filed Critical East China Normal University
Priority to CN202111492143.5A priority Critical patent/CN114182546B/zh
Publication of CN114182546A publication Critical patent/CN114182546A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114182546B publication Critical patent/CN114182546B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06P—DYEING OR PRINTING TEXTILES; DYEING LEATHER, FURS OR SOLID MACROMOLECULAR SUBSTANCES IN ANY FORM
    • D06P1/00—General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed
    • D06P1/44—General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed using insoluble pigments or auxiliary substances, e.g. binders
    • D06P1/673—Inorganic compounds
    • D06P1/67383—Inorganic compounds containing silicon
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06P—DYEING OR PRINTING TEXTILES; DYEING LEATHER, FURS OR SOLID MACROMOLECULAR SUBSTANCES IN ANY FORM
    • D06P1/00—General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed
    • D06P1/44—General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed using insoluble pigments or auxiliary substances, e.g. binders
    • D06P1/52—General processes of dyeing or printing textiles, or general processes of dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the dyes, pigments, or auxiliary substances employed using insoluble pigments or auxiliary substances, e.g. binders using compositions containing synthetic macromolecular substances
    • D06P1/5264—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions involving only unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • D06P1/5278—Polyamides; Polyimides; Polylactames; Polyalkyleneimines
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06P—DYEING OR PRINTING TEXTILES; DYEING LEATHER, FURS OR SOLID MACROMOLECULAR SUBSTANCES IN ANY FORM
    • D06P3/00—Special processes of dyeing or printing textiles, or dyeing leather, furs, or solid macromolecular substances in any form, classified according to the material treated
    • D06P3/34—Material containing ester groups
    • D06P3/52—Polyesters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光子结构色织物，其以传统柔性的粗糙织物为基底制备光子晶体结构得到的结构生色织物。本发明还公开了一种光子晶体结构色织物的制备方法，主要包括，筛选适用的高沸点、高表面张力溶剂配制胶体溶液，将其喷涂在织物表面形成胶体光子晶体结构；加热干燥后，二次喷涂PA粘结剂，加热固化粘结胶体光子晶体与纤维，获得结构色织物。本发明中，胶体组装完全限制于纱线内部、纤维之间，形成高度结晶、色彩饱和的光子晶体结构和柔软透气的结构色织物；PA粘结剂的使用有助于提高织物的耐摩擦、耐机洗性能，确保结构色的牢固附着。该方法适用于制备多种面料的结构色织物。通过选用不同粒径的胶粒可喷涂制备不同色彩的结构色织物。

Description

一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于光子晶体材料应用及纺织印染结构生色技术领域，涉及一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用。
背景技术
传统的纺织印染行业对于织物的着色主要是通过引入染料来产生颜色。由于染料的颜色来自于化学物质对光的吸收，故可称之为化学染色。虽然人类文明使用化学染色已有千年的历史，但化学染色随着时间的流逝会逐渐褪色，难以长久保持鲜艳的色彩。全球进入工业化之后，纺织印染过程中产生大量难以降解的染料残留，造成严重的水体污染。因此，迫切需要发展一种绿色环保的织物染色技术。
近年来，光子晶体结构生色作为一种用于纺织印染的新技术受到人们的广泛关注。光子晶体能够通过其自身的周期性结构与可见光产生相干作用而呈现结构色，因此结构生色无需使用任何染料，可大幅降低传统印染工艺对环境造成的污染。此外，结构色还具有高饱和度、耐辐照和角度变色等特点，能适用于各种涂层、印染相关的应用。
基于光子晶体的结构色织物制备技术存在两个亟待解决的关键科学技术问题。一是如何在化学组成、纤维结构、浸润性各异的织物基底上制备出高度晶化、色彩饱和的光子晶体结构。不同于光子晶体组装常用的平整基材，织物由于本身的编织组织，其表面凹凸不平，不利于长程周期性结构的形成，难以制备结晶度高的光子晶体结构。二是如何保持织物原有的特性。比如耐水洗和耐磨性，要求增强光子晶体与织物之间的作用力，增强结构色附着的牢度。再比如透气性，则要求光子晶体结构的附着并不大幅改变织物原有的编织组织和孔结构。目前，基于胶体光子晶体的结构生色是制备结构色织物的最主要方式之一，将大量刚性胶粒沉积在织物表面进行组装，就存在上述讨论的晶化、色彩饱和、牢固附着、透气等一系列问题，亟待发展新的制备技术来解决这些问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种喷涂制备的高晶化、透气耐用的结构色织物及其制备方法和应用。筛选适用的高沸点、高表面张力溶剂与单分散胶粒配制成胶体溶液，并将其喷涂在织物表面形成高度结晶，色彩饱和的光子晶体结构。干燥后，通过二次喷涂共聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯(PA)纳米粒子水溶液，将PA粘结剂均匀分布在胶体光子晶体的表面，加热粘结固化胶体光子晶体，最终形成高晶化、色彩饱和、牢固附着、透气耐用的结构色织物。该方法不仅适于制备基于涤纶面料的结构色织物，也适用于制备基于涤棉、涤粘、毛涤、涤氨、涤棉尼等涤纶混纺面料的结构色织物。本发明选用不同粒径的胶粒制成胶体溶液，可喷涂制备红、绿、蓝、紫等各种色彩的结构色织物。本发明所制得的结构色织物耐浸泡、耐机洗、耐刷、耐超声，展现出优异的色彩稳定性；与重力沉积法、刮涂法制备的结构色织物相比，本发明具有更接近原织物的高透气性。
本发明提供了一种光子晶体结构色织物，其为以传统柔性的粗糙织物为基底制备光子晶体结构得到的结构生色织物。光子晶体是一种由不同折光指数的材料按照一定的周期性排列形成的人工晶体结构，其根本特征是具有光子禁带，特定波长的光不能穿过光子禁带，从而被反射，在其表面形成相关衍射，从而形成绚丽多彩的结构色彩。结构色具备高亮度、高饱和度、永不退色、虹彩现象、偏振效应等普通颜料色或色素色所不具备的特性。
本发明提出一种两步喷涂制备光子晶体结构色织物的制备方法，具体实现步骤如下：
步骤(1)将尺寸均匀的胶粒分散在高沸点、高表面张力溶剂中配制成胶体溶液；
步骤(2)取一定量的胶体溶液灌装于喷枪中，并喷涂于织物基材表面；
步骤(3)将织物放入烘箱中，加热处理形成胶体光子晶体膜，得到胶体光子晶体附着的织物；
步骤(4)将一定量的PA粘结剂灌装于喷枪中，并喷涂到步骤(3)所制备的织物表面；
步骤(5)将织物放入烘箱中，加热处理得到最终的光子晶体结构色织物。
步骤(1)中，所述胶粒为SiO2，CeO2@SiO2，ZnO@SiO2，Fe3O4@SiO2，PS，P(St-co-AA)等尺寸均匀的单分散胶粒；优选地，为SiO2胶粒。
所述胶粒大小为150nm-300nm；优选地，为236nm。
步骤(1)中，所述胶体溶液中，单分散胶粒的体积分数为10％-40％；优选地，体积分数为20％。
其中，溶剂为乙二醇(EG)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、二乙二醇(DEG)、水(H2O)等高表面张力、高沸点溶剂；优选地，为乙二醇(EG)。
所述高沸点是指沸点高于100℃；所述高表面张力是指表面张力大于35mN/m；所述高沸点、高表面张力溶剂将单分散的胶粒精确定位在织物股线的内部，并形成高度结晶的光子晶体结构。
步骤(2)、(4)中，喷枪与织物基底的距离为5-10cm；优选地，喷涂距离为5cm。喷涂物质位于布料纱线内部，因此织物的厚度不会发生明显变化。
步骤(2)中，所述织物基材为涤纶、涤棉、涤氨、毛涤、涤粘、涤棉尼等织物；优选地，为涤纶织物；所述织物基材本身的厚度为0.385mm。
步骤(2)中，所述织物表面胶体的施喷量为6.25-50μL/cm2；优选地，为50μL/cm2。
步骤(3)中，所述热处理的温度为40-90℃；优选地，热处理的温度为90℃。
步骤(3)中，所述热处理的时间为5min–2h；优选地，热处理的时间为10min。
步骤(3)中，所述的胶体光子晶体膜的光子带隙分布在400-700nm的可见区域，随着单分散胶粒粒径减小，所得到的胶体光子晶体膜的反射光谱的峰值位置发生蓝移。
步骤(4)中，PA粘结剂为共聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯的水溶液，溶剂为水，PA粘结剂中PA纳米粒子的质量分数为5.5wt％-8.5wt％，优选地，质量分数为6.6wt％；所述PA粘结剂的用量为0-250μL/cm2，优选地，体积为50μL/cm2。PA粘结剂通过热塑变化，将相邻胶粒、胶粒与基材粘结起来，增强结构色附着的牢度。
步骤(5)中，所述热处理的温度60-90℃；优选地，热处理的温度为90℃。
步骤(5)中，所述热处理的时间为1min-2h；优选地，热处理的时间为3min。
步骤(2)、(4)中，喷枪喷涂速度需要恒定，才能够得到均匀的结构色织物。
其中，所述喷枪喷涂速度与喷枪孔径大小有关，可以通过旋钮调节。而当孔径约为0.1mm 时喷涂效果最好。
本发明还提供了上述制备方法制备获得的高晶化、透气耐用的光子晶体结构色织物。
所述高晶化、透气耐用的光子晶体结构色织物包括SiO2-PA胶体光子晶体结构色织物、 P(St-co-AA)-PA胶体光子晶体结构色织物、CeO2@SiO2-PA胶体光子晶体结构色织物等。
本发明还提供了所述高晶化、透气耐用的光子晶体结构色织物在绿色印染、智能织物中的应用。
与现有结构色织物制备技术相比，本发明的有益效果和创新是：1.利用喷涂方法实现高晶化、色彩饱和的光子晶体结构色织物的规模化制备。喷涂是一种简单、快速、可控的涂层制备方法，然而将其用于结构色织物的制备却很难获得色彩饱和的织物产品。这是因为喷涂会使胶体溶液在高压剪切作用下雾化形成微小液滴，导致溶剂挥发加速，胶体不能及时组装成高度结晶的光子晶体结构，因而往往形成色彩黯淡的非晶化光子晶体织物。本发明对胶体喷涂液配方及织物基材进行调控，通过使用高沸点的溶剂减缓了溶剂挥发的速度，给予胶体粒子充分的组装时间，促进了胶体组装，从而获得高结晶的光子晶体织物，解决了喷涂难以获得高晶化、高饱和结构色织物的难题。
2.利用喷涂方法实现纱线内部、纤维之间的精准胶体组装，获得高透气的结构色织物。传统基于胶体光子晶体的结构色织物制备方法，包括沉积法、刮涂法等，为了提高结构色的亮度，往往在织物表面形成一层致密的胶体光子晶体结构，不仅影响了织物的柔性，也堵塞了织物中纱线之间的孔隙，降低了透气性。本发明利用喷涂雾化胶体溶液，将胶粒的组装完全限制于纱线内部、纤维之间，形成负载量不高但却高度结晶的光子晶体结构，从而在确保结构色亮度的前提下，最大程度地保持了织物原有的柔性和透气性。
附图说明
图1是红、绿、蓝、紫四种光子晶体结构色织物的光学表征，图a、b分别为0°、45°视角下的数码照片，图c为光学显微镜图，图d为四色织物的反射光谱，图f为1号红色织物在0°、30°、45°、60°视角下的反射光谱。
图2是喷涂制备过程中织物微观结构的演变，图a、b、c分别为黑色涤纶织物、SiO2胶体光子晶体附着的结构色织物、PA粘结的SiO2-PA结构色织物的扫描电镜图。
图3是采用SiO2胶粒的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、二乙二醇(DEG)、乙二醇(EG)溶液，喷涂制备光子晶体结构色织物的扫描电镜图。
图4是不同体积SiO2/EG溶液喷涂得到的光子晶体结构色织物的光学表征，图a-d、f-i 分别为采用6.25、12.5、18.75、25.0、31.25、37.5、43.75、50.0μL/cm2，20vt％SiO2/EG喷涂得到的绿色光子晶体织物的数码照片，图j为结构色织物的反射光谱，图k为胶体溶液用量与反射强度之间的关系图。
图5是不同体积PA溶液喷涂得到的光子晶体织物的机洗测试结果，图a-d分别为采用0、 25、50、250μL/cm2，6.6wt％PA/H2O喷涂得到的绿色光子晶体织物机洗前的光学显微图；图e-h分别为采用0、25、50、250μL/cm2，6.6wt％PA/H2O喷涂得到的绿色光子晶体织物机洗后的光学显微图。
图6是不同温度热处理PA溶液得到的光子晶体织物的机洗测试结果，图a-d分别为采用 30、50、70、90℃热处理PA得到的绿色光子晶体织物机洗前的光学显微图；图e-h分别为采用30、50、70、90℃热处理PA得到的绿色光子晶体织物机洗后的光学显微图。
图7是光子晶体织物的耐久性测试结果，图a、b分别为SiO2光子晶体附着的涤纶织物与SiO2-PA光子晶体附着的涤纶织物在经受浸泡、机洗等相应处理后的数码照片，图c为上述两种织物经过耐久性测试后的反射强度对比。
图8是光子晶体织物的透气性测试结果，图a、b、c、d表示分别为采用重力沉积、刮涂、喷涂制备的SiO2光子晶体织物及喷涂制备的SiO2-PA光子晶体织物，其透气性、反射强度随 SiO2胶粒负载量的变化曲线。
图9是基于涤纶混纺基材的光子晶体织物的光学显微镜照片，图a-f分别为附着SiO2-PA 光子晶体的涤棉(65％涤纶，35％棉)、涤粘(20％涤纶，80％粘胶)、毛涤(70％涤纶，30％羊毛)、涤氨(95％涤纶，5％氨纶)、涤氨(90％涤纶，10％氨纶)、涤棉尼(31％涤纶，63％棉，6％尼龙)等结构色织物。
图10展示了高晶化SiO2-PA光子晶体织物的a-c)柔性、d-f)图案化、g-h)透气性，i-j) 规模化制备及角度变色效果。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1.两步喷涂制备红色SiO2-PA胶体光子晶体结构色织物
本发明采用两步喷涂法制备红色胶体光子晶体结构色织物。首先将200μL，胶粒直径为 277nm，体积分数为20％的SiO2/EG溶液喷涂在垂直悬挂的织物基材上。喷涂产生的胶体溶液雾滴被完全吸附限制于纱线内部，胶粒因此在纤维之间精准组装，从而形成负载量不高但却高度结晶的光子晶体结构。然后将其转移到90℃烘箱中干燥处理制备得到SiO2光子晶体织物。随后，将200μLPA粘结剂喷涂在干燥后的织物上，并再次转移至90℃烘箱中加热固化。由于PA粘结剂的玻璃化温度较低，加热时会融化渗入到SiO2胶粒之间及胶粒与纤维之间，冷却后连接固化成膜，最终形成如图1a中1号样品所示的耐久、透气且色彩饱和的SiO2-PA 红色胶体光子晶体结构色织物。对应的反射光谱分别在650nm处呈现特征的反射峰，与观察到的光子晶体织物颜色一致，从45°视角观察，结构色变为黄色。当光谱收集的角度为30°、 45°、60°时，光子晶体的特征反射峰从0°视角时的650nm逐渐蓝移至605nm、555nm、503nm，这就导致其结构色由红变黄，并最终变为蓝绿色，呈现明显的角度变色效应。
实施例2.两步喷涂制备绿色SiO2-PA胶体光子晶体结构色织物
本发明采用两步喷涂法制备绿色胶体光子晶体结构色织物。首先将200μL，胶粒直径为 236nm，体积分数为20％的SiO2/EG溶液喷涂在垂直悬挂的织物基材上。然后将其转移到90℃烘箱中干燥处理制备得到SiO2光子晶体织物。随后，将200μLPA粘结剂喷涂在干燥后的织物上，并再次转移至90℃烘箱中加热固化，最终形成如图1a中2号样品所示的耐久、透气且色彩饱和的SiO2-PA绿色胶体光子晶体结构色织物。对应的反射光谱在545nm处呈现特征的反射峰，与观察到的光子晶体织物颜色一致，从45°视角观察，结构色变为蓝色，呈现明显的角度变色效应。
实施例3.两步喷涂制备蓝色SiO2-PA胶体光子晶体结构色织物
本发明采用两步喷涂法制备蓝色胶体光子晶体结构色织物。首先将200μL，胶粒直径为 199nm，体积分数为20％的SiO2/EG溶液喷涂在垂直悬挂的织物基材上。然后将其转移到90℃烘箱中干燥处理制备得到SiO2光子晶体织物。随后，将200μLPA粘结剂喷涂在干燥后的织物上，并再次转移至90℃烘箱中加热固化，最终形成如图1a中3号样品所示的耐久、透气且色彩饱和的SiO2-PA蓝色胶体光子晶体结构色织物。对应的反射光谱在465nm处呈现特征的反射峰，与观察到的光子晶体织物颜色一致，从45°视角观察，结构色变为紫色，呈现明显的角度变色效应。
实施例4.两步喷涂制备紫色SiO2-PA胶体光子晶体结构色织物
本发明采用两步喷涂法制备紫色胶体光子晶体结构色织物。首先将200μL，胶粒直径为 189nm，体积分数为20％的SiO2/EG溶液喷涂在垂直悬挂的织物基材上。然后将其转移到90℃烘箱中干燥处理制备得到SiO2光子晶体织物。随后，将200μLPA粘结剂喷涂在干燥后的织物上，并再次转移至90℃烘箱中加热固化，最终形成如图1a中4号样品所示的耐久、透气且色彩饱和的SiO2-PA紫色胶体光子晶体结构色织物。对应的反射光谱在442nm处呈现特征的反射峰，与观察到的光子晶体织物颜色一致，从45°视角观察，结构色仍为紫色，这是因为其反射峰蓝移后接近紫外区域，所以颜色变化不明显。通常情况下，角度变色效应是胶体光子晶体高度晶化的必然结果。因此，上述结果从一个侧面证实喷涂制备的色彩饱和的结构色织物，源于高度结晶的光子晶体结构。
实施例5.喷涂制备过程中织物微观结构的演变
如图2所示，本发明提出的喷涂制备法可以精准地将胶体组装定位于纱线内部、纤维之间，并固化形成耐久、透气、色彩饱和的胶体光子晶体结构色织物。图2a表明涤纶织物是由经纬纱线按一定的组织方式编织形成的纺织品，而每股纱线又是由多根涤纶纤维按一定的捻度聚合而成。图2b表明，喷涂体积分数为20％的SiO2/EG胶体溶液后，胶粒并没有掩盖织物的编织结构，也没有堵塞、填平纱线之间的孔隙，而是精确定位在涤纶纱线内部，并在纤维之间组装形成高度结晶的胶体光子晶体结构，使织物具有透气、色彩饱和的特性。图2c表明，喷涂PA粘结剂后，PA经过热塑化过程将SiO2胶粒与纤维紧紧粘结在一起，并将纱线牢牢裹住；同时，PA的引入并不改变胶粒的有序排列，因此最终形成耐久的结构色织物。
实施例6.运用四种不同胶体喷涂液制备的光子晶体织物的结构表征
实验结果表明，采用高沸点、高表面张力的溶剂配置成胶体喷涂液，并用于制备光子晶体织物时，能同步实现胶体的高晶化组装与纱线内部的精准组装。图3展示了本发明采用SiO2胶粒的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、二乙二醇(DEG)、乙二醇(EG)溶液，喷涂制备的光子晶体织物的微观结构。与本发明实施例5中的情况基本相同，SiO2胶粒精确定位在纱线内部，并在纤维之间组装形成有序排列的胶体晶结构。进一步研究表明，溶剂的选择是实现上述精准组装的关键。高表面张力的溶剂能使胶体喷涂液吸附在纤维缝隙之间形成大面积的液膜；而高沸点溶剂挥发较慢，能够提供充足的时间给SiO2胶粒进行组装。
实施例7.胶体溶液用量对光子晶体织物强度的影响
图4a-4d、4f-4i分别展示了采用施喷量6.25、12.5、18.75、25.0、31.25、37.5、43.75、 50.0μL/cm2，20vt％SiO2/EG喷涂得到的绿色光子晶体织物的数码照片。从图中可以看出，随着胶体溶液用量的增加，光子晶体织物的颜色由暗绿色转换为绿色最后变为亮绿色。对应样品的反射光谱如图4j所示，样品分别在560、559、556、554、553、551、550、548nm处呈现特征的反射峰，随着胶体溶液用量的增加，胶体粒子排列更加紧密，波长蓝移。胶体溶液用量与反射强度的关系图如图4k所示，随着胶体溶液用量的增加，反射强度逐步增强。实验结果表明，采用50.0μL/cm2的SiO2胶体溶液喷涂可以得到更亮的光子晶体织物。
实施例8.PA溶液用量对光子晶体织物耐久性的影响
图5a-5d分别展示了喷涂0、25、50、250μL/cm2PA溶液制备的SiO2-PA胶体光子晶体织物的光学显微图。从图中可以看出，少量喷涂PA光子晶体织物仍保持着明亮的结构色，但是喷涂250μL/cm2PA溶液，光子晶体织物结构色变得暗淡，大量的PA溶液喷涂会对光子晶体结构造成破坏。对上述样品进行机洗45min测试其耐久性，实验结果如图5e-5h所示，可以看出未添加PA的光子晶体织物破损严重，喷涂25μL/cm2PA的样品也存在部分磨损，喷涂 50、250μL/cm2 PA的样品无明显破损。综上，将PA溶液用量定为50μL/cm2能够得到明亮、耐久的SiO2-PA光子晶体织物。
实施例9.PA溶液热处理温度对光子晶体织物耐久性的影响
图6a-6d分别为采用30、50、70、90℃热处理PA得到的SiO2-PA光子晶体织物的光学显微图。从图中可以看出，在不同温度下对PA溶液进行热处理，SiO2-PA光子晶体织物都保持着明亮的结构色。为探究处理温度对织物耐久性的影响，对上述样品进行耐磨性测试，实验结果如图6e-6h所示，可以看出在30、50℃条件下进行热处理的光子晶体织物经过机洗破损严重，在70、90℃条件下进行热处理的光子晶体织物经过机洗测试无明显变化。综合以上结果，本发明将PA热处理温度设置为90℃以提高实验效率。
实施例10.光子晶体织物的耐久性测试
图7a、7b分别展示了SiO2光子晶体附着的涤纶织物与制备的SiO2-PA胶体光子晶体附着的涤纶织物在经受浸泡、机洗等相应处理后的数码照片。实验结果表明，将两种织物浸泡在蒸馏水中2h并烘干，它们的结构色仍保持明亮的绿色，与未处理的织物颜色没有区别。将两种织物用水流冲洗10min或放入洗衣机中机洗45min，可以发现SiO2织物上部分区域的结构色涂层已被破坏，而本发明制备的SiO2-PA胶体光子晶体织物仍旧保持处理前的明亮绿色。进一步用刷子摩擦两种织物50次，以模拟手洗过程，结果表明SiO2织物上的结构色涂层破坏严重，颜色变为暗绿色；而本发明制备的SiO2-PA胶体光子晶体织物仍旧保持绿色。最后采用最为剧烈的超声波清洗两种织物，SiO2织物上的结构色涂层完全脱落，织物颜色变回喷涂前的黑色；而本发明制备的SiO2-PA胶体光子晶体织物仍旧保持绿色，证明其具有良好的机械稳定性和耐久性。图7c为上述两种织物经过耐久性测试后的反射强度对比，可以更量化地表明结构色附着的变化。
实施例11.光子晶体织物的透气性测试
通过透湿杯蒸发法对重力沉积、刮涂、喷涂制备的SiO2光子晶体织物及本发明实施例1 喷涂制备的SiO2-PA光子晶体织物进行透气性测试。通过差重法，确定喷涂后胶粒的负载量；通过反射光谱确定光子晶体的反射强度。如图8所示，无论是本发明提出的喷涂方法，还是已报道的重力沉积和刮涂方法，随着胶粒负载量的增加，光子晶体织物的结构色亮度总是随之增强，而织物的透气性则随之降低。然而，三种方法实现相同结构色亮度，即相同反射强度，所需的胶粒负载及由其决定的透气性并不完全相同。例如，当光子晶体织物的目标反射强度设定为30％时，重力沉积和刮涂制备的光子晶体织物WVT值分别为392g/(m2·d)和363 g/(m2·d)，而喷涂制备的光子晶体织物WVT值为459g/(m2·d)，显著高于前两者，更接近于未喷涂时织物的WVT值552g/(m2·d)。上述数据表明，本发明提出的喷涂制备法，由于SiO2胶粒的精准组装和高晶化组装，因而在实现相同结构色亮度的前提下，胶粒负载最小、透气性最好。喷涂PA粘结剂后，织物在相同结构色亮度下WVT值为441g/(m2·d)，与未粘结的织物相比略有下降，但优于传统制备方法，对传统织物的透气性影响较小，有助于提高穿戴的舒适感。
实施例12.基于涤纶混纺基材的光子晶体织物
图9展示了喷涂制备的，附着SiO2-PA光子晶体的涤棉(65％涤纶，35％棉)、涤粘(20％涤纶，80％粘胶)、毛涤(70％涤纶，30％羊毛)、涤氨(95％涤纶，5％氨纶)、涤氨(90％涤纶，10％氨纶)、涤棉尼(31％涤纶，63％棉，6％尼龙)等结构色织物。光学显微镜照片表明，利用喷涂法，在上述涤纶混纺基材上均可以获得明亮的结构色，且胶体光子晶体主要集中在纱线内部。由此可见，喷涂法制备结构色织物对于不同材质、不同编织方式的织物基材，具有良好的普适性。
实施例13.光子晶体织物的性能展示
如图10a-10c所示，本发明实施两步喷涂制备的SiO2-PA光子晶体织物具有较好的柔性，经过反复揉搓，织物仍保持明亮的结构色。如图10d-10f所示，在不同图案掩膜的辅助下，喷涂制备方法非常适于制备图案化的光子晶体织物，如树木、花朵、鹿等。如图10g-10h所示，将光子晶体织物放在装满热水的烧杯与玻璃片之间，玻璃片上迅速形成白雾，证明本发明喷涂制备的SiO2-PA光子晶体织物具有良好的透气性。如图10i-10j所示，喷涂制备易于放大，适于制备大面积、高度结晶的光子晶体织物，所得结构色织物具有角度变色效应。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离本发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (5)

1.一种光子晶体结构色织物的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将单分散的胶粒与高沸点、高表面张力的溶剂按照一定比例混合，超声得到均匀的胶体溶液；所述单分散的胶粒包括SiO2，CeO2@SiO2，ZnO@SiO2，Fe3O4@SiO2，PS，P(St-co-AA)；所述胶粒的粒径为150 nm-300 nm；所述胶粒在胶体溶液中的体积分数为10vt%-40vt%；所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺DMF、二甲亚砜DMSO、二乙二醇DEG、乙二醇EG、水H2O；所述高沸点是指沸点高于100 ℃；所述高表面张力是指表面张力大于35 mN/m；所述高沸点、高表面张力溶剂将单分散的胶粒精确定位在织物股线的内部，并形成高度结晶的光子晶体结构；
步骤二、将所述步骤一中制备获得的胶体溶液加入喷枪中，喷涂在垂直悬挂的织物表面；所述喷枪与织物基底的距离为5-10cm；和/或，所述织物表面胶体的施喷量为6.25-50 µL/cm2；所用的织物基材为涤纶、涤棉、涤氨、毛涤、涤粘、涤棉尼；和/或，所述织物基材本身厚度为0.385mm；
步骤三、将所述步骤二中喷涂胶体溶液后的织物放入烘箱中进行热处理，形成胶体光子晶体膜，得到光子晶体织物；所述烘箱的热处理温度为40℃-90℃；热处理时间为5min-2h；所述的胶体光子晶体膜的光子带隙分布在400-700nm的可见区域，随着单分散胶粒粒径减小，所得到的胶体光子晶体膜的反射光谱的峰值位置发生蓝移；
步骤四、将共聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯PA粘结剂用喷枪喷涂到所述步骤三所制的光子晶体织物基底上；所述PA粘结剂为共聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯的水溶液，溶剂为水，共聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯的质量分数为5.5wt%-8.5wt%；所述PA粘结剂的用量为0-250 µL/cm2；所述喷枪与织物基底的距离为5-10cm；
步骤五、将所述步骤四中获得的织物放入烘箱中再次进行热处理，得到胶体-粘结剂复合的光子晶体结构色织物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤五中，所述烘箱的热处理温度为60℃-90℃；热处理时间为1min-2h。
3.如权利要求1或2所述制备方法制备获得的光子晶体结构色织物。
4.如权利要求3所述的光子晶体结构色织物，其特征在于，其高晶化、透气耐用。
5.如权利要求3所述的光子晶体结构色织物在绿色印染、智能织物中的应用。
CN202111492143.5A 2021-12-08 2021-12-08 一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用 Active CN114182546B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111492143.5A CN114182546B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111492143.5A CN114182546B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114182546A CN114182546A (zh) 2022-03-15
CN114182546B true CN114182546B (zh) 2023-07-14

Family

ID=80542768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111492143.5A Active CN114182546B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114182546B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114808489A (zh) * 2022-04-07 2022-07-29 武汉纺织大学 结构色纤维材料及其制备方法
CN115558145B (zh) * 2022-08-17 2023-12-22 浙江理工大学 一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004133429A (ja) * 2002-09-20 2004-04-30 Rikogaku Shinkokai フォトニック結晶
CN101006373A (zh) * 2003-12-05 2007-07-25 3M创新有限公司 制造光子晶体的方法
CN105603715A (zh) * 2014-10-31 2016-05-25 广东欣丰科技有限公司 一种织物结构色的制备方法
CN110042673A (zh) * 2019-04-28 2019-07-23 浙江理工大学 一种纺织基材表面光子晶体结构色涂层的大面积快速制备方法
CN111455676A (zh) * 2019-01-18 2020-07-28 浙江理工大学 一种仿生光子晶体结构生色纺织品的制备方法
CN112323495A (zh) * 2020-11-06 2021-02-05 浙江理工大学 一种光子晶体结构生色织物及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004133429A (ja) * 2002-09-20 2004-04-30 Rikogaku Shinkokai フォトニック結晶
CN101006373A (zh) * 2003-12-05 2007-07-25 3M创新有限公司 制造光子晶体的方法
CN105603715A (zh) * 2014-10-31 2016-05-25 广东欣丰科技有限公司 一种织物结构色的制备方法
CN111455676A (zh) * 2019-01-18 2020-07-28 浙江理工大学 一种仿生光子晶体结构生色纺织品的制备方法
CN110042673A (zh) * 2019-04-28 2019-07-23 浙江理工大学 一种纺织基材表面光子晶体结构色涂层的大面积快速制备方法
CN112323495A (zh) * 2020-11-06 2021-02-05 浙江理工大学 一种光子晶体结构生色织物及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SiO_2微球自组装可控结构色薄膜的研究;乔路;李意;崔永明;;武汉纺织大学学报(03);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114182546A (zh) 2022-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114182546B (zh) 一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用
Zeng et al. Rapid fabrication of robust, washable, self-healing superhydrophobic fabrics with non-iridescent structural color by facile spray coating
He et al. Precise assembly of highly crystalline colloidal photonic crystals inside the polyester yarns: a spray coating synthesis for breathable and durable fabrics with saturated structural colors
Shi et al. Photonic crystals with vivid structure color and robust mechanical strength
CN101870131B (zh) 一种竹编品的制作工艺
Cheng et al. Fast response photochromic textiles from hybrid silica surface coating
CN106835445B (zh) 一种保健型棉/石墨烯锦纶交织绸衬衫面料的加工方法
CN111379174A (zh) 一种用于制备高稳定性光子晶体的结构生色整理液及应用
KR101560157B1 (ko) 개질된 폴리프로필렌 섬유의 염색방법
CN107385979B (zh) 一种玉米纱线地毯喷墨印花工艺
JP2015180793A (ja) 接着芯地及び接着芯地の製造方法
CN101407958A (zh) 一种床上用品的面料及其生产方法
CN113957729B (zh) 一种具有高亮度、高稳定性结构色的织物及其制备方法
Barani et al. Enhanced deep coloring of micro polyester fabric
CN106351027B (zh) 一种蓄光变色针织印花面料及其制备方法
TWI689330B (zh) 紫外線變色口罩之製造方法
CN111876888A (zh) 一种蓄热发光保暖针织面料及其制备方法
CN113897789B (zh) 一种具有光子晶体结构色的纱线及其应用
US3060549A (en) Method of producing multi-colored glass fiber fabrics
CN106351021A (zh) 一种幻彩反光提花面料的生产工艺
CN212335448U (zh) 一种蓄热发光保暖针织面料
KR20170025564A (ko) 컬러 반사층 형성용 조성물 및 이를 이용한 반사원단의 제조방법
JP2010007204A (ja) カラーフロップ性を有する着色布帛
Chen et al. Fabrication of structural colors for knitted fabrics
KR102210801B1 (ko) 재박리 가능한 디지털 프린팅 트리코트 시트의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant