一种疏水性光子晶体结构生色材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种疏水性光子晶体结构生色材料及其制备方法，属于新材料制备领域。一种疏水性光子晶体结构生色材料，由基质、位于基质上的光子晶体层以及附着在光子晶体层表面的阳离子表面活性剂层组成，所述光子晶体层为呈周期性紧密排布的微球缝隙中填充有粘结剂，其中，所述微球选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛或二氧化锆微球中的一种。本发明专利技术所述光子晶体结构生色材料具有疏水性与高强度的优点，适用于玻璃、硅片、钢片、铜片、铝片、棉布、丝绸、塑料薄膜或纸的着色，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种疏水性光子晶体结构生色材料及其制备方法
本专利技术涉及一种疏水性的高强度光子晶体结构生色材料及其制备方法，属于新材料制备领域。
技术介绍
颜色按来源可分为两大类，一类是色素生色，即化学色；另一类是通过光与微结构作用产生的结构色，是当今颜色化学的一个崭新方向(LiuF,DongBQ,LiuXH.OpticsExpress,2009,17(18):16183-16191)。在各种结构生色途径中，由纳微级微球有序组装而成的高低折射率材料交替排列的有序结构，具有调控光子传输功能，是结构生色的有效途径之一(RudisillSG,WangZY,SteinA，Langmuir,2012,28(19):7310-7324；ChuangVP,GwytherJ,MickiewiczRA，NanoLetter,2009,9(12):4364-4369；LeeHS,ShimTS,HwangH.JournalofChemicalMaterials,2013,25(13):2684-2690)。目前在纳微级微球有序组装而成的高低折射率材料交替排列的有序结构中，低折射率材料通常为空气，高折射率微球间仅是点接触，相互之间作用力弱，有序结构易受外力破坏，强度低，并且在光子晶体材料的实际应用中，外界环境中的灰尘、雾等会影响其功能的发挥。因此具有防尘、防雾等功能的疏水性的高强度光子晶体的研究具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种疏水性的高强度光子晶体结构生色材料及其制备方法，即将低折射率粘结剂引入高折射率材料的缝隙，在材料表面载荷季铵盐的疏水性链，从而构建疏水性的高强度光子晶体结构生色材料。一种疏水性光子晶体结构生色材料，由基质、位于基质上的光子晶体层以及附着在光子晶体层表面的阳离子表面活性剂层组成，所述光子晶体层为呈周期性紧密排布的微球缝隙中填充有粘结剂，其中，所述微球选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛或二氧化锆微球中的一种。本专利技术所述疏水性光子晶体结构生色材料为多层结构材料，由基质层、光子晶体层及阳离子表面活性剂层组成。其中，所述光子晶体层由紧密排布的微球和位于微球间隙中的粘结剂组成；所述阳离子表面活性剂层附着于光子晶体层的表面。本专利技术所述“微球”指粒径为50～600nm的微球，本专利技术优选所述微球的粒径为80～500nm，进一步优选为80～400nm，最优选为80～200nm。本专利技术所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述粘结剂为聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。本专利技术所述疏水性光子晶体结构生色材料进一步优选当微球为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅时，粘结剂不包含聚苯乙烯。即为，当粘结剂仅为一种物质时，粘结剂不为聚苯乙烯；当粘结剂为多种物质的混合物时，粘结剂中不包括聚苯乙烯。特别地，本专利技术所述微球为聚苯乙烯微球时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。本专利技术所述微球为聚甲基丙烯酸甲酯时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。本专利技术所述微球为二氧化硅微球时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。本专利技术所述微球为二氧化钛微球时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。本专利技术所述微球为二氧化锆微球时，粘结剂为聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。本专利技术所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述基质为玻璃、硅片、钢片、铜片、铝片、锡箔、棉布、丝绸、塑料薄膜、涤纶或纸。本专利技术所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述阳离子表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂。本专利技术所述疏水性光子晶体结构生色材料进一步优选所述阳离子表面活性剂选自十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、二辛基二甲基氯化铵、十六烷基吡啶中的至少一种。本专利技术所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述阳离子表面活性剂层通过下述方法吸附在光子晶体层的表面：将其上置有光子晶体层的基质浸入质量浓度为0.05～2％的阳离子表面活性剂溶液中。上述技术方案中，优选将其上置有光子晶体层的基质浸入质量浓度为0.05～2％的阳离子表面活性剂溶液中浸泡10～30h。本专利技术所述疏水性光子晶体结构生色材料优选所述光子晶体层按下述方法置于基质上：将质量浓度为2～20％的粘结剂乳液与质量浓度为2～20％的微球乳液混合，分散，均匀滴到基质上，将基质升温至40～90摄氏度，干燥，其中，所述粘结剂乳液与微球乳液的体积比是1:15～1:1。上述技术方案中，优选所述粘结剂乳液的质量浓度优选为2～20％，进一步优选为2～15％，最优选为10％；所述微球乳液的质量浓度优选为2～20％，进一步优选为2～15％，最优选为10％；所述粘结剂乳液与微球乳液的体积比优选为1:15～1:1，进一步优选为1:12～1：1，最优选为1:10。本专利技术所述的微球乳液是将微球加入至去离子水中制的；粘结剂乳液是经过乳液聚合制得，乳液聚合为本领域的现有技术，本专利技术优选所述粘结剂乳液按下述方法制备：在装有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的四口瓶中加入0.6g十二烷基硫酸钠，100mL去离子水，剧烈搅拌；20min后加入10g单体(丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸乙酯中的1～2种)；通氮气，控制温度85℃，30min后加入0.100g过硫酸钾，5h后结束反应，即可得到粘结剂乳液。本专利技术的另一目的是提供一种疏水性光子晶体结构生色材料的制备方法，具体方法如下：将质量浓度为2～20％的粘结剂乳液与质量浓度为2～20％的微球乳液混合，经超声分散后，均匀滴到基质上，将基质升温至40～90摄氏度，待干燥至水分挥发完毕后，将之浸入质量浓度为0.05～2％的阳离子表面活性剂溶液中，浸泡10～30h，取出，晾干，即得光子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种疏水性光子晶体结构生色材料，由基质、位于基质上的光子晶体层以及附着在光子晶体层表面的阳离子表面活性剂层组成，所述光子晶体层为呈周期性紧密排布的微球缝隙中填充有粘结剂，其中，所述微球选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛或二氧化锆微球中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种疏水性光子晶体结构生色材料，由基质、位于基质上的光子晶体层以及附着在光子晶体层表面的阳离子表面活性剂层组成，所述光子晶体层为呈周期性紧密排布的微球缝隙中填充有粘结剂，其中，所述光子晶体层是将质量浓度为2～20％的粘结剂乳液与质量浓度为2～20％的微球乳液混合，分散，均匀滴到基质上，将基质升温至40～90摄氏度，干燥而得；所述粘结剂乳液与微球乳液的体积比是1:15～1:1；其中，所述微球选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、二氧化钛或二氧化锆微球中的一种。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述阳离子表面活性剂层通过下述方法吸附在光子晶体层的表面：将其上置有光子晶体层的基质浸入质量浓度为0.05～2％的阳离子表面活性剂溶液中。3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述粘结剂为聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸异丙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯共聚物、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的1～3种。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐炳涛，孟尧，张淑芬，郑茜茜，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21