一种结构色涂层的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术属于结构色材料制备技术领域，具体涉及一种结构色涂层的制备方法及其产品和应用。以SiO2@PDA(二氧化硅@聚多巴胺)复合胶体微球为基本单元，通过添加硅烷偶联剂(MPTES、APTES)或聚合物成膜物质(CS、PVA)，采用喷涂的方法制备出一种兼具高机械性能、高对比度与低角度依赖性的结构色涂层。本发明专利技术为提高结构色涂层的机械性能，通过在SiO2@PDA复合胶体微球中添加能够增强复合胶体微球之间共价结合能力的硅烷偶联剂或者能够提高复合胶体微球与基底之间的相互作用力的聚合物成膜物质，使得结构色涂层兼具高机械性能、高对比度与低角度依赖性。依赖性。依赖性。

【技术实现步骤摘要】
一种结构色涂层的制备方法及其产品和应用


[0001]本专利技术属于结构色材料制备
，具体涉及一种结构色涂层的制备方法及其产品和应用。

技术介绍

[0002]印刷油墨对包装的安全、感官、流通具有重要影响。目前在包装中常用的印刷油墨类型可分为树脂型油墨和溶剂型油墨，但由于这两种油墨均含有重金属、多环芳烃、有机挥发物等有毒、有害于身体健康的物质，使其在包装印刷油墨选择中比较受限。将溶剂型油墨中的水溶性油墨作为包装印刷用油墨以逐渐成为印刷行业的发展重点，虽然现在市场中已经出现安全指数相对高的水溶性油墨，但是其制备工艺复杂以及价格等因素仍然在包装印刷方面具有一定的限制。结构色材料是物质的物理微纳结构与光发生干涉、衍射、散射等方式而产生的光学生色材料，具有绿色环保、颜色易于调控等优点。通常结构色材料是以无机物(二氧化硅)或聚合物(聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯)作为胶体微球单元，通过有序自组装的方式而产生结构色涂层，其机理属于光子晶体结构生色，具有各向异性的特点；然而在胶体微球单元自组装过程中，往往会出现结构色涂层色彩对比度低、结构色涂层机械性能差等特点，使之在包装表面装潢或显色中具有很大的限制。
[0003]为提高结构色涂层对角度的依赖性和对比度问题，需要通过对单一的胶体微球进行改性，常添加的改性物质有黑炭粉、石墨烯、聚吡咯、聚多巴胺等黑色物质，在保证微球表面改性基团多样性的同时，还可以在一定程度上提高结构色涂层的色彩对比度。当改性完成后，胶体微球的表面会发生形态结构的变化，在进行自组装的过程中，形成的复合胶体微球不能进行长程有序的排列，产生的结构色涂层在各个角度上的颜色基本一致(即各向同性)；上述对微球进行表面改性虽然可以很好的解决结构色涂层的角度依赖性与对比度问题，但结构色涂层的机械性能还是很差。因此，提供一种兼具高机械性能、高对比度与低角度依赖性的结构色涂层的制备方法在包装表面装潢或显色方面显得尤为必要。

技术实现思路

[0004]基于上述内容，本专利技术提供一种结构色涂层的制备方法及其产品和应用，以SiO2@PDA(二氧化硅@聚多巴胺)复合胶体微球为基本单元，通过添加硅烷偶联剂(MPTES、APTES)或聚合物成膜物质(CS、PVA)，采用喷涂的方法制备出一种兼具高机械性能、高对比度与低角度依赖性的结构色涂层。
[0005]本专利技术的技术方案之一，一种结构色涂层，以SiO2@PDA复合胶体微球为基本单元，经硅烷偶联剂或聚合物成膜物质改性后得到。
[0006]结构色涂层的机械性能主要受到胶体微球之间的结合力以及在自组装过程中与基底的相互作用力两方面的影响，本专利技术为提高结构色涂层的机械性能，通过在SiO2@PDA复合微球中添加能够增强胶体微球之间共价结合能力的物质(硅烷偶联剂)或者能够提高复合胶体微球与基底之间的相互作用力的物质(聚合物成膜物质)使得结构色涂层兼具高
机械性能、高对比度与低角度依赖性。
[0007]进一步地，所述硅烷偶联剂为3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)或3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，所述聚合物成膜物质为壳聚糖(CS)或聚乙烯醇(PVA)。
[0008]硅烷偶联剂的选择是基于聚多巴胺(PDA)自身的酚羟基以及氨基，可以很好地进行二次改性，选择这两种硅烷偶联剂主要是因为PDA可以与其产生迈克尔加成反应，复合胶体微球之间的共价结合能力提升(共价键)；选择聚合物成膜物质主要是因为这两种物质是与复合胶体微球之间形成分子间氢键作用，也有利于提升机械性能，同时这两种物质是安全无毒、可生物降解。
[0009]本专利技术的技术方案之二，上述结构色涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0010]SiO2@PDA复合胶体微球置于溶剂中超声分散得到SiO2@PDA复合胶体微球悬浮液体系；
[0011]SiO2@PDA复合胶体微球悬浮液体系与硅烷偶联剂溶液或聚合物成膜物质溶液混合得到涂层悬浮液体系；
[0012]将涂层悬浮液体系通过喷涂的方式，在基材上制备结构色涂层。
[0013]进一步地，所述SiO2@PDA复合胶体微球悬浮液体系中SiO2@PDA复合胶体微球的质量浓度为5％～20％(W/V,单位g/mL)；所述超声分散条件：40kHz，30min；所述溶剂为水(蒸馏水)或无水乙醇。
[0014]进一步地，所述硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的体积分数为5％～20％，所述聚合物成膜物质溶液中成膜物质的质量浓度为0.5
‑
2％(W/V，单位g/mL)；所述硅烷偶联剂溶液或聚合物成膜物质溶液的体积为所述SiO2@PDA复合胶体微球悬浮液体系体积的0
‑
25％，不为0。浓度的大小以及添加量的多少是会直接影响结构色涂层的色彩饱和度与明度的，这在结构色领域是很关键的指标，本专利技术限定的用量为经过反射光谱与摩擦实验证明最合适的用量。
[0015]进一步地，所述基材为刚性基材或柔性基材。
[0016]进一步地，所述刚性基材为无机玻璃、有机玻璃、牛皮纸、硅油纸或黑色硬纸板，所述柔性基材为棉织物或丝织物。
[0017]进一步地，喷涂的方法步骤为：在2.5cm
×
2.5cm的基材上，取200μL的涂层悬浮液体系，通过将喷涂次数保持在50次(50次的喷涂量一共是200μL)，即可制备出高机械性能、高对比度与低角度依赖性的结构色涂层
[0018]进一步地，所述SiO2@PDA复合胶体微球的制备方法包括以下步骤：
[0019]使用法，将硅源、催化剂、反应溶剂混合得到悬浮液，悬浮液经离心、洗涤干燥、研磨得到SiO2微球粉末；
[0020]SiO2微球粉末与三羟甲基氨基甲烷
‑
盐酸缓冲液混合，加入盐酸多巴胺搅拌混合后离心、洗涤干燥、研磨得到SiO2@PDA复合胶体微球粉末。
[0021]进一步地，所述硅源为正硅酸乙酯，所述催化剂为氨水，所述反应溶剂为乙醇水溶液；
[0022]所述硅源、催化剂、反应溶剂的体积比为(4
‑
20)mL：(4
‑
20)mL：100mL；
[0023]所述三羟甲基氨基甲烷
‑
盐酸缓冲液的浓度为10mM，pH值为7.0
‑
7.5或8.0
‑
8.5；
[0024]所述SiO2微球粉末与三羟甲基氨基甲烷
‑
盐酸缓冲液的质量浓度比例为1：9(W/V,
单位g/mL)；
[0025]所述盐酸多巴胺和SiO2微球粉末的用量比为1
‑
30mM：0.5g。
[0026]进一步地，用于制备所述SiO2@PDA复合胶体微球的SiO2为单分散性良好与粒径均匀的SiO2微球粉末，采用如下方法步骤制备：
[0027]将4
‑
20ml的TEOS溶液加入到50ml乙醇水溶液(V/V＝1)中，在室温下，经过30min、600～800r/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构色涂层，其特征在于，以SiO2@PDA复合胶体微球为基本单元，经硅烷偶联剂或聚合物成膜物质改性后得到。2.根据权利要求1所述的结构色涂层，其特征在于，所述硅烷偶联剂为3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷或3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷，所述聚合物成膜物质为壳聚糖或聚乙烯醇。3.一种根据权利要求1
‑
2任一项所述的结构色涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：SiO2@PDA复合胶体微球置于溶剂中超声分散得到SiO2@PDA复合胶体微球悬浮液体系；SiO2@PDA复合胶体微球悬浮液体系与硅烷偶联剂溶液或聚合物成膜物质溶液混合得到涂层悬浮液体系；将涂层悬浮液体系通过喷涂的方式，在基材上制备结构色涂层。4.根据权利要求3所述的结构色涂层的制备方法，其特征在于，所述SiO2@PDA复合胶体微球悬浮液体系中SiO2@PDA复合胶体微球的质量浓度为5％～20％；所述超声分散条件：40kHz，30min；所述溶剂为水或无水乙醇。5.根据权利要求3所述的结构色涂层的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的体积分数为5％～20％，所述聚合物成膜物质溶液中成膜物质的质量浓度为0.5
‑
2％；所述硅烷偶联剂溶液或聚合物成膜物质溶液的体积为所述SiO2@PDA复合胶体微球悬浮液体系体积的0
‑
25％，不为0。6.根据权利要求3所述的结构色涂层的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：范小平，袁文波，张清宇，张金波，萧锘莹，刘婕，杜冰，刘涛，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：