CN115558145B - 一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，该方法包括以下步骤：S1、配制用于喷涂法结构生色的纳米微球组装液，S2、基材的表面改性：在基材表面涂覆特种高分子聚合物，加热固化成膜，得到表面带有特种高分子层的基材；S3、将纳米微球组装液注入墨斗中，在S2得到的带有特种高分子层的基材表面进行均匀喷涂；S4、将喷涂后的基材加热处理，完成纳米微球的组装、高分子层界面分子的活化和迁移、光子晶体的稳定固化，得到具有明显虹彩效应的光子晶体结构生色材料。

Description

一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法
技术领域
本发明涉及一种光子晶体结构色膜，特别涉及一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，属于光子晶体材料及结构生色技术领域。
背景技术
光子晶体(PC)是由不同折光指数的物质在空间周期性排列而形成的一种晶体材料。光子晶体的主要特点是具有光子禁带，可以禁止在特定频率范围内的光传播，当光子晶体的光子禁带处于可见光波段时，禁带内的可见光被禁止传播，而被选择性反射，进而在周期性排列的光子晶体表面形成相干衍射，相长干涉的反射光刺激人眼，以致产生结构色效果。与一般的染料基于光的吸收产生颜色不同，光子晶体的生色是通过调节光衍射和散射的作用来产生源自物理结构的结构颜色，更环保，并且可以通过改变晶格间距或有效的折射率来调节结构色的颜色。光子晶体在着色涂层方面具有很大的应用潜力。
目前光子晶体常用的制备方法，如重力自组装、垂直自组装、旋涂法等耗时长、制备面积有限，限制了实际应用。喷涂法作为一种非接触式涂装法，具有均匀涂布，快速组装，大面积制备的优势，近年来，采用喷涂法制备光子晶体结构生色材料有众多文献报道。Zeng等人以聚丙烯酸酯(PA)胶粘剂、单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)(P(St-MMA-AA))胶体微球和炭黑(CB)为原料，采用一步喷涂法制备了具有无虹彩效应但结构稳定、耐洗、自愈合的超疏水织物，这种方法可以有效地提高织物的结构色牢度(Zeng Q,Ding C,LiQ,et al.Rapid fabrication of robust,washable,self-healing superhydrophobicfabrics with non-iridescent structural color by facile spray coating[J].RscAdvances,2017,7(14):8443-8452.)。Zhang等人提出将水性聚脲引入到聚硫化物微球(PSFMS)的非晶态结构中，制备了一种高稳定性高饱和度的无虹彩的结构色涂层(Li,F.；Tang,B.；Wu,S.；Zhang,S.Facile Synthesis of Monodispersed Polysulfide Spheresfor Building Structural Colors with High Color Visibility and Broad ViewingAngle.Small 2017,13,1602565.)。Li等人提出了以聚乙烯醇为添加剂的二氧化硅胶体纳米微球分散液的雾化沉积方法，可以在高度弯曲的表面上，实现非晶光子晶体的均匀制备。目前，采用喷涂法制备的光子晶体通常是短程有序、长程无序的非晶状结构，所产生的结构色不具有虹彩效应，不显示灵动多变的结构色特征(Li Q,Zhang Y,Shi L,et al.AdditiveMixing and Conformal Coating of Noniridescent Structural Colors with RobustMechanical Properties Fabricated by Atomization Deposition[J].Acs Nano,2018:acsnano.7b08259.)。这是由于在喷涂过程中，其形成的小液滴在落到基材上后，所含的溶剂挥发过快，使得纳米微球没有足够的时间进行排列组装，或是喷涂液中的纳米微球固含量过低，微球间的间距较大，需要较长的时间排列组装，而喷涂条件不足以匹配该所需组装时间而致。Ge等人通过将SiO2微球分散在Pcb/EtOH溶剂中，以便快速形成预结晶形态的PC中间体，最后形成具有虹彩效应结构色的光子晶体(Wang C,Lin X,C G,etal.Spray Synthesis of Photonic Crystal Based Automotive Coatings with Brightand Angular-Dependent Structural Colors[J].Advanced Functional Materials,2021,31(9):2008601.)。然而其所用的二氧化硅微球制备过程复杂且产量较低，分散到有机溶剂中的操作过程繁琐，制备效率低，无法做到简单快捷高效地制备。该体系在溶剂相中加入了高沸点的添加剂碳酸丙烯酯(Pcb)，减缓了挥发时间，但在一定程度上影响最终组装后的结构色饱和度。
另一方面，应用喷涂法制备的光子晶体通常缺乏足够的牢度，这是由于光子晶体层中的微球与微球之间以及整个光子晶体层与基底之间缺乏强的结合力。在组装液体系中引入粘合剂是最为直接且简便的提高光子晶体层结构稳定性的有效方法，但较多的粘合剂大分子会干扰纳米微球的自组装，以致光子晶体结构色的颜色饱和度降低，并失去虹彩效应。
因此，开发一种可快速、大面积制备兼具高结构稳定性和高颜色饱和度的光子晶体结构生色材料方法，对于生态着色领域具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，该方法可快速大面积制备高颜色饱和度和高结构稳定性的光子晶体结构生色材料，制备的结构色具有明显虹彩效应。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，该方法包括以下步骤：
S1、配置纳米微球组装液：
将纳米微球分散液与黑色素、防膜裂剂混合，经3000～4000目滤网过滤；其中，纳米微球分散液中纳米微球的质量分数是30～50wt％；
以纳米微球分散液的重量为100％计，黑色素占0.1～0.5％，防膜裂剂占2～10％，
所述纳米微球选自聚苯乙烯(PS)纳米微球、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米微球、聚苯乙烯@聚多巴胺(PS@PDA)、聚苯乙烯@二氧化硅(PS@SiO2)、聚(苯乙烯-丙烯酸羟乙酯)(P(St-HEA))、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯)(P(St-MMA))、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)(P(St-MAA))或无机二氧化硅(SiO2)纳米微球中的一种；
S2、基材的表面改性：在基材表面涂覆特种高分子聚合物，涂覆量为10-20克/平米(干重)，加热固化成膜，得到表面带有特种高分子层的基材；
所述特种高分子聚合物为软段硬段共聚型聚氨酯类高分子聚合物，或者软段硬段共聚型聚丙烯酸类高分子聚合物；
S3、在S2得到的带有特种高分子层的基材表面均匀喷涂S1得到的纳米微球组装液；
S4、将喷涂后得到的基材加热处理，完成纳米微球的组装、高分子层界面分子的活化和迁移、光子晶体的稳定固化，得到光子晶体结构生色材料。
本发明使用高固含量的纳米微球为组装基元，并添加一定配比的防膜裂剂和炭黑，配制成喷涂组装液，经喷涂施加到基材表面，可快速组装成具有虹彩效应和高饱和度结构色的光子晶体材料。这是由于采用了高固含量(高于30wt％)的纳米微球分散液，其在液滴内部已经形成预结晶的准有序状态，这大大缩减了其组装排列成规整结构所需的时间。此外，所添加的防膜裂剂降低了液滴的表面张力，帮助其更好地铺展成膜，故能快速制备得到颜色鲜艳明亮、具有显著虹彩效应的光子晶体结构生色膜。该喷涂组装形成的光子晶体具有规整的面心立方结构(FCC结构)，该结构具有各向异性的特点，其选择性反射光具有角度依赖性特点，且颜色的饱和度高。该方法简便快捷，适用于快速大面积光子晶体制备。
作为优选，所述纳米微球的直径为150～350nm，球形度良好，且单分散指数小于0.08。
作为优选，S3喷涂选用的喷枪口径为0.2-0.5mm，喷枪与气泵连接，气泵通电后提供压强为0-5bar，所述喷枪与基材表面的距离为10-30cm；所述基材表面纳米微球组装液的喷涂量为10-20g/m2。
作为优选，S4所述加热处理为：温度50-70℃，湿度50-70％，时间3～60min。
作为优选，所述基材选自PET薄膜、棉织物、蚕丝织物、涤纶织物、涤棉混纺织物、涤氨混纺织物、牛津布织物、陶瓷或玻璃。
作为优选，所述软段硬段共聚型聚氨酯类高分子聚合物，硬段选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯中的一种；软段为具有结晶性能的长碳链软物质，重复单元中碳链长度为4个C以上，软段选自聚己二酸-1，4丁二醇酯、聚己二酸1，6己二醇酯、聚-1，6-亚己基-碳酸酯中一种；
所述软段硬段共聚型聚丙烯酸类高分子聚合物，硬段选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸甲酯中的一种，软段是具有4个C以上的长直链单体，软段选自丙烯酸丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸异辛酯中的一种。
作为优选，所述黑色素为炭黑、水溶性黑色素中的一种或几种的混合物。
作为优选，所述防膜裂剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，脂肪酸聚氧乙烯酯，脂肪酸甲酯乙氧基化物或聚丙二醇的环氧乙烷加成物中的一种或几种的混合物。
作为优选，纳米微球组装液中，纳米微球分散液中纳米微球的质量分数是35～45wt％。
作为优选，以纳米微球分散液的重量为100％计，黑色素占0.3～0.5％，防膜裂剂占4～6％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明在组装液体系中应用高固含量的纳米微球分散液，而现有的喷涂法制备光子晶体方法通常使用较低固含量微球分散液，在低固含量状态下，分散在每个液滴中的纳米微球数量少且无序，在溶剂蒸发的过程中由于微球数量少，若组装时间不足，微球就无法排列成有序结构，显示出不具有虹彩效应的非晶结构色。而采用高固含量的微球分散液，在喷涂液滴中分散的微球数量多，在液滴内部已经形成一种预结晶形式的准有序状态，从而大大缩减了其组装排列成规整结构所需的时间，相比于低固含量的分散液能够在较短的时间内较快地排列成有序结构；且高固含量的纳米微球分散液经过组装后的光子晶体有序结构的堆叠层数高，从而增强布拉格衍射光以及在光子晶体表面干涉光的强度，以增强光子晶体结构色的亮度和饱和度，显示出更加鲜艳灵动的具有虹彩效应的色彩；
2.本发明在组装液体系中加入了对纳米微球组装液有降低表面张力作用的防膜裂剂，能够帮助液滴更快铺展，以形成完整的液膜；
3.常规的喷涂法所制备的光子晶体通常缺乏足够的结构稳定性和色牢度，因为组成光子晶体层的微球间以及光子晶体层与基材间的结合力弱。提高光子晶体结构稳定性常用的方案是在组装液中引入粘合剂，但是粘合剂属大分子，引入后会影响微球的自组装，致使光子晶体结构色的饱和度下降。本发明通过在基材表面构建高分子层，该高分子层可在组装过程中发生界面活化、界面分子迁移和在光子晶体内部的二次固化，在微球之间起到柔性连接的作用，以此增强光子晶体结构的结构稳定性，使其能够在外力作用(水洗、摩擦、弯折)下保持结构完整性，并能保持光子晶体内部的折光指数差，实现光子晶体结构生色材料的高结构稳定性和高颜色饱和度。
附图说明
图1是实施例1喷涂制备光子晶体的数码照片，
图2是实施例2喷涂制备光子晶体的光学显微镜照片，
图3是实施例3喷涂制备光子晶体的SEM图片，
图4是实施例4喷涂制备光子晶体的反射率曲线，
图5是实施例5制备的光子晶体结构生色织物弯折后的光学显微镜照片，
图6是实施例6制备的光子晶体结构生色织物的数码照片，其中，上图为观察角与法线夹角为0°时拍摄的数码照片，下图为观察角与法线夹角为60°时拍摄的数码照片；
图7是实施例7所制备的光子晶体结构生色材料的自组装过程，其中a为在65℃环境下组装0s的实物图；b为在65℃环境下组装30s的实物图，c为在65℃环境下组装1min的实物图，d为在65℃环境下组装2min的实物图，e为在65℃环境下组装3min的实物图，f为在65℃环境下组装4min的实物图，g为在65℃环境下组装5min的实物图；
图8为实施例8喷涂制备光子晶体结构生色图案的数码照片，其中，上图为观察角与法线夹角为0°时拍摄的数码照片，下图为观察角与法线夹角为60°时拍摄的数码照片；
图9是对比例1喷涂制备光子晶体的数码照片，
图10是对比例2喷涂制备光子晶体的数码照片，
图11是对比例3喷涂制备光子晶体的光学显微镜照片，
图12是对比例4喷涂制备光子晶体的反射率曲线，
图13是对比例5制备的光子晶体结构生色织物弯折后的光学显微镜照片，
图14是对比例6喷涂制备光子晶体的SEM图片，
图15是对比例7喷涂制备光子晶体的数码照片，
图16是对比例8喷涂制备光子晶体的SEM图片，
图17是对比例9喷涂制备光子晶体的数码照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
以下实施例中试剂来源：
胶体纳米微球分散液，实验室自制，以30wt％PS纳米微球的制备方法为例：在装有电动搅拌桨、回流冷凝管和氮气入口管的四颈烧瓶中通过乳液聚合法制备30wt％的单分散PS纳米微球乳液。将0.75g SDS、450g St加入1000mL去离子水中，在360rpm的搅拌速度下机械搅拌十分钟。将1.05g KPS溶解在50mL去离子水中，待反应体系温度达到85℃后，将KPS溶液加入到反应体系中以引发体系聚合。反应持续3～4h后，冷却至室温出料。通过调节乳化剂SDS或引发剂KPS用量即可得到不同粒径的球形度优良、尺寸均匀的30wt％的单分散PS纳米微球分散液。
本发明中所述纳米微球按本课题组已公开发表的博士论文(刘国金：纺织基材上纳米微球自组装仿生光子晶体结构生色研究，浙江理工大学，2017年)所述方法制备。
特种高分子聚合物，型号P3904，型号P1907，型号P3902s等，浙江传化股份有限公司型号；PUE-2013，型号PUE1650，型号PUE1401等，上海思盛聚合物材料有限公司(列举部分，但不仅限于以上产品)；
本发明中所述特种高分子聚合物参考中国发明专利CN 114164661 A高稳定性高饱和度光子晶体结构生色织物的大面积制备方法。
实施例1
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：PS纳米微球分散液(PS纳米微球质量分数为30wt％，粒径300nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.1％的炭黑、2％的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在PET薄膜表面涂覆特种高分子①(型号PUE1401)，加热固化成膜，得到带有高分子层的PET薄膜。涂覆量为10克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.5mm口径喷枪在4bar的压强下距离基材表面15cm处进行喷涂，组装液的施喷量为15g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于50℃、湿度50％环境中处理60min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
实施例2
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：PMMA纳米微球分散液(PMMA纳米微球质量分数为35wt％，粒径275nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.2％的炭黑、4％聚丙二醇的环氧乙烷加成物。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在棉织物表面涂覆特种高分子①(型号PUE1401)，加热固化成膜，得到带有高分子层的棉织物。涂覆量为12克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.3mm口径喷枪在5bar的压强下距离基材表面12cm处进行喷涂，组装液的施喷量为13g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于60℃、湿度60％环境中处理40min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
实施例3
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：PS@PDA纳米微球分散液(PS@PDA纳米微球质量分数为40wt％，粒径238nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.25％的炭黑、5％脂肪醇聚氧乙烯醚。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在涤纶织物表面涂覆特种高分子①(型号PUE1650)，加热固化成膜，得到带有高分子层的涤纶织物。涂覆量为12克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.2mm口径喷枪在3bar的压强下距离基材表面10cm处进行喷涂，组装液的施喷量为12g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于65℃、湿度65％环境中处理30min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
实施例4
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：PS@SiO2纳米微球分散液(PS@SiO2纳米微球质量分数为45wt％，粒径255nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.3％的炭黑、6％脂肪酸聚氧乙烯酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用
(2)基材的表面改性：在涤棉混纺织物表面涂覆特种高分子①(型号PUE1650)，加热固化成膜，得到带有高分子层的涤棉混纺织物。涂覆量为14克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.5mm口径喷枪在5bar的压强下距离基材表面15cm处进行喷涂，组装液的施喷量为15g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于65℃、湿度60％环境中处理45min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
实施例5
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：P(St-HEA)纳米微球分散液(P(St-HEA)纳米微球质量分数为38wt％，粒径260nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.4％的炭黑、4％聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用
(2)基材的表面改性：在涤氨混纺织物表面涂覆特种高分子①(型号PUE-2013)，加热固化成膜，得到带有高分子层的涤氨混纺织物。涂覆量为12克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.3mm口径喷枪在4bar的压强下距离基材表面14cm处进行喷涂，组装液的施喷量为12g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于55℃、湿度60％环境中处理50min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
实施例6
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：P(St-MMA)纳米微球分散液(P(St-MMA)纳米微球质量分数为50wt％，粒径270nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.4％的炭黑、8％脂肪酸甲酯乙氧基化物。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用
(2)基材的表面改性：在牛津布表面涂覆特种高分子①(型号PUE-2013)，加热固化成膜，得到带有高分子层的牛津布织物。涂覆量为15克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.5mm口径喷枪在5bar的压强下距离基材表面15cm处进行喷涂，组装液的施喷量为18g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于70℃、湿度65％环境中处理20min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
实施例7
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：P(St-MAA)纳米微球分散液(P(St-MAA)纳米微球质量分数为42wt％，粒径230nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.35％的炭黑、6％聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用
(2)基材的表面改性：在玻璃表面涂覆特种高分子①(型号PUE1650)，加热固化成膜，得到带有高分子层的玻璃基材。涂覆量为17克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.3mm口径喷枪在4bar的压强下距离基材表面12cm处进行喷涂，组装液的施喷量为16g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于65℃、湿度55％环境中处理30min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
实施例8
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：SiO2纳米微球分散液(SiO2纳米微球质量分数为35wt％，粒径280nm)，以纳米微球分散液的重量为100％计，0.45％的炭黑、6％脂肪酸聚氧乙烯酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用
(2)基材的表面改性：在涤纶织物表面涂覆特种高分子①(型号PUE1401)，加热固化成膜，得到带有高分子层的涤纶织物。涂覆量为18克/平米(干重)；
(3)在基材表面放置掩膜，将组装液倒入喷枪的墨斗中，使用0.4mm口径喷枪在4bar的压强下距离基材表面12cm处进行喷涂，组装液的施喷量为13g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于65℃、湿度55％环境中处理35min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
图1是实施例1喷涂制备光子晶体结构生色材料的数码照片，所制备的光子晶体具有艳丽且均匀的结构色，经验证，实施例1-8制备的光子晶体均能达到上述结构色效果；图2是实施例2喷涂制备的光子晶体的光学显微镜照片，由图2可以看出光子晶体层结构均匀完整，呈明亮高饱和度的结构色彩图，经验证，实施例1-8均能达到上述结构色效果；图3是实施例3喷涂制备的光子晶体的SEM图片，由图3中可见，纳米微球组装为结构规整的面心立方结构，经验证，实施例1-8均能达到上述结构规整的效果。图4是实施例4喷涂制备的光子晶体的反射率曲线，如图4所示，反射率峰高且窄，证明其结构色亮度及饱和度高，经验证，实施例1-8均能达到上述效果。图5是实施例5喷涂制备的光子晶体结构生色织物弯折后的光学显微镜照片，经弯折后光子晶体无明显破损，证明了其具有优异的结构稳定性，经验证，实施例1-8均能达到上述结构稳定性效果。图6是实施例6喷涂制备的光子晶体结构生色织物在不同观察角度下呈现出的不同结构色，证明具有显著的虹彩效应，经验证，实施例1-8均能达到上述结构色效果，呈现显著的虹彩效应。图7为实施例7喷涂所制备的光子晶体结构色材料自组装过程，可证明光子晶体结构生色材料的快速制备，经验证，实施例1-8均能达到上述快速制备效果。图8为实施例8喷涂制备的光子晶体结构生色图案的数码照片，所制备的结构生色图案色彩均匀无疵点，并且在不同角度下呈现不同的结构色，展现虹彩效应。
对比例1
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：PS纳米微球分散液(PS纳米微球质量分数为10wt％，粒径300nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.1％的炭黑、2％聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用
(2)基材的表面改性：在PET薄膜表面涂覆特种高分子①(型号PUE1401)，加热固化成膜，得到带有高分子层的PET薄膜。涂覆量为10克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.5mm口径喷枪在4bar的压强下距离基材表面15cm处进行喷涂，组装液的施喷量为15g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于50℃、湿度50％环境中处理60min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
对比例2
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：PMMA纳米微球分散液(PMMA纳米微球质量分数为35wt％，粒径275nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0％的炭黑、4％聚丙二醇的环氧乙烷加成物。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在棉织物表面涂覆特种高分子①(型号PUE1401)，加热固化成膜，得到带有高分子层的棉织物。涂覆量为12克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.3mm口径喷枪在5bar的压强下距离基材表面12cm处进行喷涂，组装液的施喷量为13g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于60℃、湿度60％环境中处理40min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
对比例3
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：PS@PDA纳米微球分散液(PS@PDA纳米微球质量分数为40wt％，粒径238nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.25％的炭黑、12％脂肪醇聚氧乙烯醚。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在涤纶织物表面涂覆特种高分子①(型号PUE1650)，加热固化成膜，得到带有高分子层的涤纶织物。涂覆量为12克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.2mm口径喷枪在3bar的压强下距离基材表面10cm处进行喷涂，组装液的施喷量为12g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于65℃、湿度65％环境中处理30min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
对比例4
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：PS@PDA纳米微球分散液(PS@PDA纳米微球质量分数为40wt％，粒径238nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.25％的炭黑、1％脂肪醇聚氧乙烯醚。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在涤纶织物表面涂覆特种高分子①(型号PUE1650)，加热固化成膜，得到带有高分子层的涤纶织物。涂覆量为12克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.2mm口径喷枪在3bar的压强下距离基材表面10cm处进行喷涂，组装液的施喷量为12g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于65℃、湿度65％环境中处理30min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
对比例5
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：PS@SiO2纳米微球分散液(PS@SiO2纳米微球质量分数为45wt％，粒径255nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.3％的炭黑、6％脂肪酸聚氧乙烯酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：不在涤棉混纺织物表面涂覆特种高分子①(型号P1907)
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.5mm口径喷枪在5bar的压强下距离基材表面15cm处进行喷涂，组装液的施喷量为15g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于65℃、湿度60％环境中处理45min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
对比例6
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：P(St-HEA)纳米微球分散液(P(St-HEA)纳米微球质量分数为38wt％，粒径260nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.4％的炭黑、4％聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在涤氨混纺织物表面涂覆特种高分子①(型号P3904)，加热固化成膜，得到带有高分子层的涤氨混纺织物。涂覆量为12克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.3mm口径喷枪在4bar的压强下距离基材表面14cm处进行喷涂，组装液的施喷量为5g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于55℃、湿度60％环境中处理50min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
对比例7
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：P(St-MMA)纳米微球分散液(P(St-MMA)纳米微球质量分数为50wt％，粒径270nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.4％的炭黑、8％脂肪酸甲酯乙氧基化物。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在牛津布表面涂覆特种高分子①(型号PUE1401)，加热固化成膜，得到带有高分子层的牛津布织物。涂覆量为15克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.5mm口径喷枪在5bar的压强下距离基材表面40cm处进行喷涂，组装液的施喷量为18g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于70℃、湿度65％环境中处理20min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
对比例8
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：P(St-MAA)纳米微球分散液(P(St-MAA)纳米微球质量分数为42wt％，粒径230nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.35％的炭黑、6％聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在玻璃表面涂覆特种高分子①(型号PUE1401)，加热固化成膜，得到带有高分子层的玻璃基材。涂覆量为17克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.3mm口径喷枪在4bar的压强下距离基材表面12cm处进行喷涂，组装液的施喷量为16g/m2；
(4)将喷涂后的基材放置于80℃、湿度55％环境中处理30min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
对比例9
一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，具体步骤如下：
(1)配制用于喷涂的纳米微球组装液，组装液组分是：SiO2纳米微球分散液(SiO2纳米微球质量分数为35wt％，粒径280nm)，与以纳米微球分散液的重量为100％计，0.45％的炭黑、6％脂肪酸聚氧乙烯酯。配置后采用3000目的不锈钢滤网过滤，备用；
(2)基材的表面改性：在涤纶织物表面涂覆特种高分子①(型号PUE1650)，加热固化成膜，得到带有高分子层的涤纶织物。涂覆量为18克/平米(干重)；
(3)将组装液导入喷枪的墨斗中，使用0.4mm口径喷枪在4bar的压强下距离基材表面12cm处进行喷涂，组装液的施喷量为13g/m2，重复喷涂三次
(4)将喷涂后的基材放置于65℃、湿度55％环境中处理35min，完成纳米微球的组装、织物表面高分子层的界面分子活化和迁移、实现光子晶体的结构稳固。
对比例1喷涂所制备的光子晶体结构生色材料见图9，与实施例1对比，当组装液中的纳米微球分散液固含量较低时，经过自组装后无法形成规整有序排列的结构，无法形成完整的光子晶体层。对比而言，当固含量较高时，形成的光子晶体结构规整有序且完整，其展现出鲜艳明显的结构色彩；对比例2喷涂所制备的光子晶体结构生色织物见图10，与实施例2对比，由于缺少了炭黑的加入，其自组装后形成的光子晶体结构色呈现泛白迹象，这是由于炭黑作为一种常用的黑色素，其在光子晶体体系中既可以吸收白色衬底反射的光也可以吸收纳米微球产生的杂散光，由此在组装液中加入炭黑可凸显光子晶体结构色膜的颜色饱和度。图11、图12分别为对比例3、4(与实施例3对比)制备的图案化光子晶体的光学显微镜照片与反射率曲线，对比例3中加入了过量的防膜裂剂，干扰了纳米微球的自组装过程，组装后结构的折光指数差降低，导致结构色织物颜色变差。对比4由于添加了过少的防膜裂剂，导致组装液铺展性差，无法铺展成完整结构，降低了结构色的饱和度。对比例5喷涂所制备的光子晶体结构生色织物经过弯折后的显微镜照片如图13所示，与实施例4相比较，未涂覆高分子聚合物层所制备的光子晶体结构稳定性差，在外力作用下光子晶体易产生不可逆的破损。对比例6所制备的光子晶体结构色材料的SEM图片见图14，与实施例5相比较，由于其过少的施喷量导致微球的数量不足以自组装形成规整排列的有序结构，微球之间有较大的空隙未被填充，导致结构色织物的颜色变差。对比例7所制备的光子晶体结构生色织物数码照片如图15所示，与对比例6相比较，过远的喷涂距离导致落在基材上的液滴量过少而无法连接成完整的膜，经过微球自组装后无法形成完整规整排列的光子晶体层，结构色的亮度和饱和度下降。对比例8所制备的光子晶体结构生色材料的SEM图片如图16所示，与对比例7相比较，因为过高的组装温度破坏了微球的结构，无法组装成规整有序的面心立方结构。对比例9所制备的光子晶体结构生色织物显微镜照片如图17所示，与实施例8相比较，重复的喷涂反而会降低结构色的色彩饱和度，使颜色泛白。
综上，本发明方法可解决应用喷涂法制备的光子晶体通常为非晶结构和无虹彩效应问题，实现了通过喷涂手段在不同基材表面制备具有明显虹彩效应且高饱和度和高牢度光子晶体的效果。通过使用高固含量的纳米微球分散液，缩短微球自组装成规整排列结构的时间；通过添加防膜裂剂使组装液能够更好铺展；通过在基材表面涂覆特种高分子，保证光子晶体层具有较好的结构稳定性。实现了一次喷涂即可制备兼具高结构稳定性、高颜色饱和度且显著虹彩效应的光子晶体结构生色材料。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种喷涂法制备光子晶体结构生色材料的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
S1、配置纳米微球组装液：
将纳米微球分散液与黑色素、防膜裂剂混合，经3000～4000目滤网过滤；其中，纳米微球分散液中纳米微球的质量分数是35～45wt%；
以纳米微球分散液的重量为100%计，黑色素占0.1～0.5%，防膜裂剂占2～10%，
所述纳米微球选自聚苯乙烯纳米微球、聚甲基丙烯酸甲酯纳米微球、聚苯乙烯@聚多巴胺、聚苯乙烯@二氧化硅、聚（苯乙烯-丙烯酸羟乙酯）、聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯）、聚（苯乙烯-甲基丙烯酸）或无机二氧化硅纳米微球中的一种；
S2、基材的表面改性：在基材表面涂覆特种高分子聚合物，涂覆量为干重10-20克/平米，加热固化成膜，得到表面带有特种高分子层的基材；
所述特种高分子聚合物为软段硬段共聚型聚氨酯类高分子聚合物，或者软段硬段共聚型聚丙烯酸类高分子聚合物；
S3、在S2得到的带有特种高分子层的基材表面均匀喷涂S1得到的纳米微球组装液；喷涂选用的喷枪口径为0.2-0.5mm；
S4、将喷涂后得到的基材加热处理，完成纳米微球的组装、高分子层界面分子的活化和迁移、光子晶体的稳定固化，得到光子晶体结构生色材料；
所述纳米微球的直径为150~350nm，球形度良好，且单分散指数小于0.08；
所述基材选自PET薄膜、棉织物、蚕丝织物、涤纶织物、涤棉混纺织物、涤氨混纺织物、牛津布织物、陶瓷或玻璃；
所述软段硬段共聚型聚氨酯类高分子聚合物，硬段选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯中的一种；软段为具有结晶性能的长碳链软物质，重复单元中碳链长度为4个C以上，软段选自聚己二酸-1，4丁二醇酯、聚己二酸1，6己二醇酯、聚-1，6-亚己基-碳酸酯中一种；
所述软段硬段共聚型聚丙烯酸类高分子聚合物，硬段选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸甲酯中的一种，软段是具有4个C以上的长直链单体，软段选自丙烯酸丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸异辛酯中的一种；
所述黑色素为炭黑、水溶性黑色素中的一种或几种的混合物；
所述防膜裂剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，脂肪酸聚氧乙烯酯，脂肪酸甲酯乙氧基化物或聚丙二醇的环氧乙烷加成物中的一种或几种的混合物。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3中，喷枪与气泵连接，气泵通电后提供压强为0-5 bar，所述喷枪与基材表面的距离为10-30 cm ；所述基材表面纳米微球组装液的喷涂量为10-20 g/m2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S4所述加热处理为：温度50-70℃，湿度50-70 %，时间3～60 min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以纳米微球分散液的重量为100%计，黑色素占0.3～0.5%，防膜裂剂占4～6%。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116410622A (zh) * 2023-02-28 2023-07-11 湖北第二师范学院 一种环保型耐候结构色涂层及其制备方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9921048D0 (en) * 1999-09-07 1999-11-10 Secr Defence Colloidal photonic crystals
WO2015027880A1 (en) * 2013-08-26 2015-03-05 Institute Of Chemistry, Chinese Academy Of Sciences Photonic crystal microsphere
CN106199770A (zh) * 2016-09-27 2016-12-07 大连理工大学 一种一维光子晶体结构生色材料及其制备方法
CN106476458A (zh) * 2016-10-10 2017-03-08 北京化工大学 一种适用于多种形状基材表面快速制备光子晶体图案的方法
CN108855803A (zh) * 2018-07-19 2018-11-23 东华大学 一种结构色薄膜的制备方法
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
CN111379174A (zh) * 2018-12-27 2020-07-07 浙江理工大学 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
CN111468375A (zh) * 2020-03-10 2020-07-31 浙江工业大学 一种无角度依赖性结构色材料的快速制备方法
WO2020180427A2 (en) * 2019-01-30 2020-09-10 Colorado State University Research Foundation Polymer composite photonic crystal coatings
WO2021032659A1 (en) * 2019-08-19 2021-02-25 Basf Coatings Gmbh Process of preparing a structural colored coating film and its articles
CN114164661A (zh) * 2021-11-26 2022-03-11 浙江理工大学 高稳定性高饱和度光子晶体结构生色织物的大面积制备方法
CN114182546A (zh) * 2021-12-08 2022-03-15 华东师范大学 一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用
CN114892432A (zh) * 2022-06-23 2022-08-12 浙江理工大学 一种喷墨印花技术制备图案化光子晶体结构生色织物的方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9921048D0 (en) * 1999-09-07 1999-11-10 Secr Defence Colloidal photonic crystals
WO2015027880A1 (en) * 2013-08-26 2015-03-05 Institute Of Chemistry, Chinese Academy Of Sciences Photonic crystal microsphere
CN106199770A (zh) * 2016-09-27 2016-12-07 大连理工大学 一种一维光子晶体结构生色材料及其制备方法
CN106476458A (zh) * 2016-10-10 2017-03-08 北京化工大学 一种适用于多种形状基材表面快速制备光子晶体图案的方法
CN108855803A (zh) * 2018-07-19 2018-11-23 东华大学 一种结构色薄膜的制备方法
CN111379174A (zh) * 2018-12-27 2020-07-07 浙江理工大学 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
WO2020180427A2 (en) * 2019-01-30 2020-09-10 Colorado State University Research Foundation Polymer composite photonic crystal coatings
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
WO2021032659A1 (en) * 2019-08-19 2021-02-25 Basf Coatings Gmbh Process of preparing a structural colored coating film and its articles
CN111468375A (zh) * 2020-03-10 2020-07-31 浙江工业大学 一种无角度依赖性结构色材料的快速制备方法
CN114164661A (zh) * 2021-11-26 2022-03-11 浙江理工大学 高稳定性高饱和度光子晶体结构生色织物的大面积制备方法
CN114182546A (zh) * 2021-12-08 2022-03-15 华东师范大学 一种光子晶体结构色织物及其制备方法和应用
CN114892432A (zh) * 2022-06-23 2022-08-12 浙江理工大学 一种喷墨印花技术制备图案化光子晶体结构生色织物的方法

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