一种具有色相和光泽的光学功能材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术属于光学功能材料，特别涉及一种色相和光泽相对独立的光学功能材料。所述具有色相和光泽的光学功能材料为以密堆积形式周期性紧密排布的有色纳米微球层，并且所述光学功能材料的色相和光泽相互独立，其中所述光学功能材料的色相选自色相环中的任意一种色相，所述光学功能材料的光泽选自任意单一波段光。本发明专利技术所述具有色相和光泽的光学功能材料色相可以通过调配不同色相微球的种类和比例获得色相环内的所有色相，而光泽可以通过对光子晶体的带隙的调控在红外可见乃至紫外范围内随意调节，因此可以制备油墨色浆、颜料色粉、薄膜涂层应用于涂料、印刷油墨、包装涂层、日化美妆、防伪材料、传感器件、光学元件中。

【技术实现步骤摘要】
一种具有色相和光泽的光学功能材料及其制备与应用
本专利技术属于光学功能材料，特别涉及一种色相和光泽相对独立的光学功能材料。
技术介绍
现有技术中，光学功能材料产生色彩的原理之一为：吸收型的有机、无机颜料通过青、品红、黄三基色减色法的方式混合调配出各种色相的色彩。而一般传统的涂层产生光泽的方式主要来源于涂层表面的镜面反射，受到涂层表面粗糙度的影响(即涂层表面接近镜面的程度)。光线射到物体表面上时，物体表面的粗糙度越小则被反射的光线越多，光泽度越高。相反如果物体表面凹凸不平，被散射的光线增多，则导致光泽度降低。这种镜面反射方式产生的光不存在波长选择性，因而其光泽也不具备色光性。典型的由金属或合金的颗粒或薄片经过磨细而制得的金属颜料，能够产生金属般效果光泽，但其呈现的光泽种类仍不能脱离原有金属的色相限制，也使得绝大多数金属颜料仍主要呈银白色或金色、古铜色等的普通光泽。20世纪60年代，人们通过涂敷金属氧化物在云母片的方式制备出具有珠光效果的颜料，它基于光学干涉原理，可展现出如珍珠般的特殊柔和光泽效果，且具有一定的变光效果。但珠光染料的生产属于高能耗、重污染重行业，且色彩受限较大，蒸镀工艺的限制也使得产生光泽色的范围较窄，这都限制了其应用。光子晶体是一种介电常数不同且空间呈周期分布的新型光学材料，自1987年问世以来，由于其特殊的光调控性能，在光学、电子学、化学、生物化学等领域有着广泛的应用前景。光子晶体呈色的原理是光线经过周期性结构的布拉格衍射调制，通过反射光子晶体本身的禁带光可以得到对应的结构色，这种显色工艺简单、稳定、廉价、环保无污染，且具有颜色随可视角度变幻、调控范围宽且方便、色彩持久等优势。但目前人工合成的光子晶体结构颜色普遍存在结构色彩泛白，色相饱和度低等问题，有的甚至只能从特定的角度方向观察才有明显的色彩，存在严重的可视角问题。严重影响其实际应用。而且目前关于结构色的文献及专利主要关注光子晶体物理结构色的自身效果的提升上，比如利用一些深色吸光材料，削弱光子晶体结构色的杂光以提高其色彩饱和度。都是从结构色的角度对其结构和材质进行改进，色相与光泽直接对应，依靠单一结构色提供色彩，无法通过混色实现多种色光的调配。
技术实现思路
本专利技术针对现有不足，提出色相与光泽分离的概念，提供一种色相和光泽相对独立的光学功能材料。所述光学功能材料可以通过有限种基色的组合获得全色域的色相，并通过调控材料内部材质结构实现独立于色相本身的变幻光泽效果，实现任意色相和任意色的光泽随意交叉组合的丰富的色泽效果。本专利技术的目的在于提供一种色相和光泽相对独立的光学功能材料。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案为：一种具有色相和光泽的光学功能材料，所述具有色相和光泽的光学功能材料材料为以密堆积形式周期性紧密排布的有色纳米微球层，并且所述光学功能材料的色相和光泽相互独立，其中所述光学功能材料的色相选自色相环中的任意一种色相，所述光学功能材料的光泽选自任意单一波段光。上述技术方案中，所述具有独立色相和光泽的光学功能材料为由单分散有色纳米微球以密堆积形式周期性紧密排布构成具有光子禁带的周期性介电结构的有色纳米微球层。其中，有色纳米微球层与纳米微球的空隙在空间上呈周期性排列形成“光子禁带”(PhotonicBandGap，PBG)。上述技术方案中，所述单分散有色纳米微球周期性紧密排布形成1～50微米的厚有色纳米微球层。其中，通过设置单分散有色纳米微球的色相来设置所述光学功能材料的色相，即所述光学功能材料的色相可以通过选择一种或一种以上不同色相的混合来实现所需的色相，其色相遵循印刷色彩调色规律。通过设置单分散有色纳米微球层与纳米微球的空隙的周期排布的特征以及折射率来设置所述光学功能材料的光泽，其关系遵循如下公式：其中λ为禁带波长，d为周期常数即纳米微球粒径，nA为纳米微球折射率，nB为纳米微球的空隙中填充介质的折射率，通常情况下为空气折射率，取值1。0.74和0.26分别是纳米微球与微球间空气在整个材料中的体积分数。上述技术方案中，所述纳米微球粒的单分散性PDI小于0.5，优选的技术方案中，所述纳米微球粒的PDI小于0.05。上述技术方案中，所述有色纳米微球的密堆积方式可以选自但不限于蛋白石结构六方密堆积方式。上述技术方案中，所述有色纳米微球可选自一种或两种以上(含两种)折射率相近的材料，所述有色纳米微球的材料的折射率偏差在2％以下。优选的技术方案中，所述有色纳米微球的折射率偏差在0.5％以下。上述技术方案中，所述纳米微球粒径为80～1100nm。优选的技术方案中，所述纳米微球粒径为120～400nm。上述技术方案中，所述纳米微球的材料选自：聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、四氧化三铁或酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。上述技术方案中，所述有色纳米微球选自至少一种彩色纳米微球。即所述有色纳米微球可以选自一种色相的彩色纳米微球，也可以选自两种或者两种以上不同色相的彩色纳米微球的混合物。优选的技术方案中，所述彩色纳米微球选自：青色(C)纳米微球、品红色(M)纳米微球、黄色(Y)纳米微球中的一种或一种以上的混合物。其中，所述有色纳米微球可以通过在纳米微球的制备过程中进行着色得到，也可在纳米微球制备后通过着色处理得到；或者，所述有色纳米微球可以通过着色常用的纳米微球得到。另一选的技术方案中，所述有色纳米微球为白色纳米微球与至少一种彩色纳米微球的混合物。白色纳米微球可以调整所述光学功能材料的色相之饱和度。本专利技术同时公开了一种具有色相和光泽的光学功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取有色纳米微球或通过现有技术对纳米微球进行着色，得到有色纳米微球；(2)制备有色纳米微球的乳液，然后有色纳米微球自组装形成以密堆积形式周期性排列的有色纳米微球层；上述技术方案中，纳米微球周期性紧密排布结构通过纳米微球乳液自组装构筑，即将纳米微球分散于另一连续相中，形成纳米微球乳液。连续相通过相应的现有技术手段去除，在该过程中纳米微球自组装形成周期性紧密排布结构。上述技术方案中，纳米微球乳液连续相质可以选择但不限于水，乙醇，乙二醇，丙酮，甲乙酮，环己烷。上述技术方案中，纳米微球乳液中纳米微球含量0.5～60％wt。上述制备方法中，所述具有色相和光泽的光学功能材料，其色相主要通过设置单分散有色纳米微球的色相来设置所述光学功能材料的色相，其色相遵循印刷色彩调色规律，可以根据需要调配出所有的色相。通过设置单分散有色纳米微球层的周期排布的特征以及折射率来设置所述光学功能材料的光泽，其光泽的呈现范围囊括全可见光谱，并可向紫外、红外区延展。本专利技术同时要求保护上述具有色相和光泽的光学功能材料在制备油墨色浆、颜料色粉、薄膜涂层中的应用。本专利技术同时要求保护上述具有色相和光泽的光学功能材料在制备涂料、印刷油墨、包装涂层、日化美妆、防伪材料、传感器件、光学元件的应用。由于上述技术方案的应用，本专利技术和现有技术相比具有以下优点：本专利技术所述具有色相和光泽的光学功能材料色相可以通过调配不同色相微球的种类和比例获得色相环内的所有色相，而光泽可以通过对光子晶体的带隙的调控在红外可见乃至紫外范围内随意调节。所得材料色相与光泽相互独立，互不影响，可以实现如红色本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有色相和光泽的光学功能材料，其特征在于，所述具有色相和光泽的光学功能材料材料为以密堆积形式周期性紧密排布的有色纳米微球层，并且所述光学功能材料的色相和光泽相互独立，其中所述光学功能材料的色相选自色相环中的任意一种色相，所述光学功能材料的光泽选自任意单一波段光。

【技术特征摘要】
1.一种具有色相和光泽的光学功能材料，其特征在于，所述光学功能材料为以密堆积形式周期性紧密排布的有色纳米微球层，所述有色纳米微球层包括若干纳米微球，所述纳米微球的折射率偏差≤2％，其中，所述纳米微球选自至少一种有色纳米微球，所述有色纳米微球由所述纳米微球着色得到；并且所述光学功能材料的光泽和色相相互独立，所述光学功能材料的色相选自色相环中的任意一种色相，所述光学功能材料的光泽对应任意单一波段光，所述光学功能材料的色相通过设置单分散的所述有色纳米微球的色相来设置，所述光学功能材料的光泽通过设置单分散的所述有色纳米微球的周期排布特征以及折射率来设置。2.根据权利要求1所述的一种具有色相和光泽的光学功能材料，其特征在于，所述纳米微球的材料选自：聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、四氧化三铁或酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。3.根据权利要求1所述的一种具有色相和光泽的光学功能材料，其特征在于，所述有色纳米微球为白色纳米微球与至少一种彩色纳米微球的混合物。4.根据权利要求1所述的一种具有色相和...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶常青，温强，刘德云，宋延林，
申请(专利权)人：苏州中科纳福材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32