本发明专利技术涉及一种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，该方法包括如下步骤：S1、纺织基材的表面改性：在纺织基材表面涂覆特种高分子聚合物，加热固化成膜，得到带有高分子层的织物；S2、配置含有活化剂的纳米微球分散液，通过外力诱导作用使该纳米微球分散液在S1得到的带有高分子层的织物表面呈均匀分布；S3、将S2所得复合物加热处理，最后得到大面积的光子晶体结构生色织物。本发明专利技术方法可解决光子晶体结构生色织物的颜色饱和度和结构稳定性难以兼得的难题，并解决大面积无裂缝和大面积快速组装等光子晶体结构生色纺织品开发中的难点。织品开发中的难点。织品开发中的难点。
【技术实现步骤摘要】
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
[0001]本专利技术涉及一种结构生色织物的制备方法，尤其涉及一种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，属于纺织品结构生色领域。
技术介绍
[0002]光子晶体是一种具有周期性介电结构的纳米材料，其最基本的特征是具有光子禁带。由于光子禁带的存在，可以阻止与禁带相当的可见光穿过光子晶体，从而被选择性反射，在其表面形成相长干涉，从而形成绚丽多彩的结构色，生色原理可根据布拉格衍射公式进行解释。其反射波长可随光子晶体的有效折光指数、晶格间距以及入射角度(等同于观察角度)的变化而发生相应的改变，光子晶体结构色也因此具有灵动多变的视觉效果，常规化学着色剂(染料、颜料)则不能达到此种效果，这也是光子晶体结构生色吸引市场的优势之一；优势二则是光子晶体结构生色材料的制备过程无废水排放，无需应用染料颜料等化学着色剂，是一种物理生色过程，具有绿色、可持续发展的特征；优势三，光子晶体结构生色材料具有可视化传感特性，是一种新型智能光学材料，在智能传感、智能防伪、智能显示等领域有潜在应用前景。但目前光子晶体结构生色技术在纺织领域的应用还存在下述难点问题。
[0003]难题一：制备光子晶体的纳米微球通常选用聚苯乙烯(PS)、二氧化硅(SiO2)以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等硬质纳米微球。由于所制备的光子晶体仅依靠纳米微球间的氢键和范德华力等较弱的结合力支撑，在外力作用(水洗、摩擦、弯折)下光子晶体的结构易被破坏，导致结构色消失，这也是光子晶体结构生色技术在纺织领域中进行实际应用最迫切，同样也是最难解决的问题。而目前常采用的物理封装法以提升光子晶体结构稳定性，如采用光固化法封装提升光子晶体的结构稳定性(CN201810127322.0)，会对光子晶体的光学性质产生不可逆的负面影响(光子晶体的折光指数差降低)。为解决此问题，有研究工作以空心SiO2纳米微球构建光子晶体阵列，再对其进行封装，如此在提升光子晶体结构稳定性的同时，也保留了光子晶体的折光指数差，即保留艳丽的结构色彩(Li Y,Wang X,Hu M,et al.Patterned SiO2/Polyurethane Acrylate Inverse Opal Photonic Crystals with High Color Saturation and Tough Mechanical Strength[J].Langmuir,2019,35(44):14282
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14290；CN201811006303.9)。但空心SiO2纳米微球的制备过程繁复，限制了该方法在纺织领域的大规模工业化应用。为协调光子晶体结构稳定性和光学性质之间的矛盾性问题，有文献报道采用共沉积法制备复合光子晶体，以提升光子晶体的结构稳定性(LI Y C,ZHOU L,LIU G J,et al.Study on the fabrication of composite photonic crystals with high structural stability by co
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sedimentation self
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assembly on fabric substrates[J].Applied Surface Science,2018,444:145
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153.MENG Y,TANG B T,XIU J H,et al.Simple fabrication of colloidal crystal structural color films with good mechanical stability and high hydrophobicity[J].Dyes and Pigments,2015,123:420
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426.)。但该法也存在着一定的不足之处，即若加入过多的软质粒子必然干扰纳米
微球的自组装，同时也会降低光子晶体的折光指数差，影响其光学性质。也有研究者采用表面支撑固化法提升光子晶体的结构稳定性(WANG X H,LI Y C,ZHAO Q,et al.High structural stability of photonic crystals on textile substrates,prepared via a surface
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supported curing strategy[J].ACS Applied Materials&Interfaces,13(16):19221
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19229.)，此法虽可在一定程度上协调光子晶体结构稳定性及色彩鲜艳度之间的匹配性问题，但距实际应用尚显不足。总之，真正的既可提升光子晶体结构稳定性以达到实际应用需求，又要保留光子晶体自身迷人的结构色的技术手段目前还未有报道。
[0004]难题二：光子晶体的制备方式通常为纳米微球自组装法，这个过程通常是在水相中进行的，而水又是液体中表面张力最大的物质，因此在组装过程中由水产生的收缩通常会使最终组装的光子晶体结构产生裂缝，如此则会影响自身的美观性，也影响了它在实际中的应用。为解决此问题有研究工作采用浓缩法制备高浓度PS纳米微球乳液，以形成液态光子晶体(亚稳态光子晶体)(CN201910350271.2)，此时采用外力诱导其自组装可制备大面积无裂缝光子晶体涂层(CN201910349806.4)。但此法又与难点一相斥，组装得到的PS光子晶体无牢固的堆积结构，经外力易被破坏。将水性聚氨酯乳液加入到胶体微球分散液中，通过丝棒涂布的方式将上述分散液施加到基材上，也可组装得到无裂缝的光子晶体结构(CN201710225398.2)。该方法的不足之处是：通常纳米微球与水性聚氨酯具有较为接近的折光指数，会降低结构色的饱和度。
[0005]难题三：众所周知，纺织品染色是连续式的加工过程，但目前的光子晶体结构生色技术(如重力沉降自组装法、垂直沉积自组装法)还多停留于实验室的小样制备。为实现制备连续制备大面积光子晶体，近年来国内外相关研究者也进行了相应的研究工作。如有研究者尝试制备软质纳米微球作为组装光子晶体的结构基元，通过外力剪切诱导自组装技术连续制备柔性光子晶体结构生色膜，但柔性纳米微球的制备过程复杂，且外力剪切诱导自组装需要较高的加工温度和较复杂的特殊设备，以致造成能耗高和设备一次投入高等弊端(Zhao Q,Finlayson C E,Snoswell D R E,et al.Large
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scale ordering of nanoparticles using viscoelastic shear processing[J].Nature communications,2016,7(1):1
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10.CN201610329842.0)。近期的一项研究工作，报道了连续化制备纤维素纳米晶结构生色膜的技术：利用植物基纤维素纳米晶胶体微粒，通过自组装形成光子晶体结构生色膜，在卷对卷的连续化中试本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种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，其特征在于该方法包括如下步骤：S1、纺织基材的表面改性：在纺织基材表面涂覆特种高分子聚合物，加热固化成膜，得到带有高分子层的织物；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；S2、配置含有活化剂的纳米微球分散液，通过外力诱导作用使该纳米微球分散液在S1得到的带有高分子层的织物表面呈均匀分布；含有活化剂的纳米微球分散液以重量百分比计的组成为：纳米微球15
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55wt％，碳黑0.02
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0.1wt％，活化剂1
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10wt％，余量为水；S3、将S2所得复合物加热处理，完成纳米微球的组装、界面层的活化和迁移、复合物的稳定固化，最后得到大面积的光子晶体结构生色织物。2.根据权利要求1所述的大面积制备方法，其特征在于：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
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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
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1，4丁二醇酯、聚己二酸1，6己二醇酯、聚
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1，6
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亚己基
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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。3.根据权利要求1所述的大面积制备方法，其特征在于：所述纳米微球为有机高分子聚合物聚苯乙烯(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
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丙烯酸羟乙酯)(P(St
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HEA))、聚(苯乙烯
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甲基丙烯酸甲酯)(P(St
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MMA))、聚(苯乙烯
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甲基丙烯酸甲酯
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【专利技术属性】
技术研发人员：邵建中，王晓辉，唐族平，胡敏干，高扬，刘一嘉，
申请(专利权)人：海宁绿盾纺织科技有限公司浙江盛榕典雅新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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