一种核壳型光子油墨及其在定制结构色图案中的应用制造技术

本发明专利技术涉及结构色制备技术领域，公开了一种核壳型光子油墨及其在定制结构色图案中的应用。该核壳型光子油墨包括改性炭黑@二氧化硅胶体光子0.5~5份，聚乙二醇（400）二丙烯酸酯0.5~10份，聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯0.4~5份，光引发剂0.1~0.8份。本发明专利技术核壳型光子油墨具有出色的分散稳定性，利用该核壳型光子油墨可快速制备得到结构色图案，所得结构色图案具有优异的力学性能，即使在反复弯折1000次后结构色图案依然牢牢附着在基材上。此外，本发明专利技术的结构色图案制备工艺简单，适于大规模制备。适于大规模制备。适于大规模制备。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳型光子油墨及其在定制结构色图案中的应用


[0001]本专利技术涉及结构色制备
，尤其涉及一种核壳型光子油墨及其在定制结构色图案中的应用。

技术介绍

[0002]迄今为止，制备彩色图像的主要方法是基于染料或颜料的化学颜色，这已经造成了严重的健康和污染问题。结构色具有抗褪色、高颜色饱和度、环境友好型和动态可调等特性，因而受到广泛的关注。但是在不同基材上构建出可靠、可重复、高机械稳定性的结构彩色图案仍然是一个巨大的挑战。
[0003]目前，虽然已经提出了多种利用胶体纳米粒子制备结构彩色图案的方法，但其中很少有方法同时可满足大规模应用的要求。蒸发诱导自组装是一种常见的制备结构彩色图案的方法，如Yang等人【Yang D，Luo W，Huang Y，et al.Facile synthesis of monodispersed SiO2@Fe3O4core
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shell colloids for printing and three
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dimensional coating with noniridescent structural colors[J].ACS omega，2019，4(1)：528
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534.】采用蒸发诱导自组装的方法成功制备了非晶光子晶体薄膜，胶体光子自组装可以很快速制备出结构色图案，但在大规模生产时效率很低，且所形成图案的机械稳定性差等缺陷。后来一些研究者开发了喷涂技术，以实现非晶光子晶体薄膜(APSs)的快速制备，如Zhang【Li Q，Zhang Y，Shi L，et al.Additive mixing and conformal coating of noniridescent structural colors with robust mechanical properties fabricated by atomization deposition[J].ACS nano，2018，12(4)：3095
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3102.】等人在纳米二氧化硅分散液中加入少量的聚乙烯醇(PVA)溶液，采用喷涂的方式在陶瓷基底上制备出了机械性能较好的结构色薄膜，这进一步扩展了结构彩色图案的制备方法。但是PVA的防水能力差，易被溶解，且PVA在自然环境下易被氧化，使得其力学性能显著降低。在最近的研究中，Li【Li K，Li T，Zhang T，et al.Facile full
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color printing with a single transparent ink[J].Science advances，2021，7(39)：eabh1992.】等人将聚合物油墨印刷在疏水透明基底上，油墨中溶剂的挥发从而制备出微圆顶，倒置的微圆顶可以从TIR中产生干涉色，以此来构建结构彩色图像。这扩展了结构色在油墨方面的应用，但上述方法制备的结构色图案存在着前期准备时间长、过程复杂、基底单一等问题。
[0004]本专利技术团队在前期尝试将胶体光子加入到光固化树脂中来制备光子油墨，通过光子印刷的方法来制备结构色图案，具有经济，简便的优势。但发现常见的胶体光子在传统的光固化树脂存在难分散、易沉降的问题。
[0005]为此，如何亟需开发出一种既工艺简单、可适于大规模快速定制结构色图案，又具备出色分散稳定性及力学性能的结构色颜料。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种核壳型光子油墨及其在定制结构色图
案中的应用。本专利技术的核壳型光子油墨以改性炭黑@二氧化硅胶体光子为核心材料，再辅以聚乙二醇(400)二丙烯酸酯，聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯和光引发剂，使得制得的核壳型光子油墨具有出色的分散稳定性，利用该核壳型光子油墨可快速制备得到结构色图案，所得结构色图案具有优异的力学性能，即使在反复弯折1000次后结构色图案依然牢牢附着在基材上。此外，本专利技术的结构色图案制备工艺简单，适于大规模制备。
[0007]本专利技术的具体技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种核壳型光子油墨，包括以下重量份的原料：改性炭黑@二氧化硅胶体光子0.5～5份，聚乙二醇(400)二丙烯酸酯0.5～10份，聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯0.4～5份，光引发剂0.1～0.8份。
[0008]本专利技术的核壳型光子油墨中，以改性炭黑@二氧化硅胶体光子为核心材料，由将烷氧基硅烷改性炭黑加入到正硅酸乙酯的前驱体溶液，在烷氧基硅烷改性炭黑表面发生水解反应得到，其为表面包覆有二氧化硅的炭黑颗粒，呈现为核壳结构，可解决炭黑易团聚和难以包覆的问题。在此基础上，再辅以聚乙二醇(400)二丙烯酸酯，聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯和光引发剂。其中，聚乙二醇(400)二丙烯酸酯是一种低皮肤刺激性的水溶性单体，通过自由基固化可形成柔韧性的固化膜。聚乙二醇(400)二丙烯酸酯含有丰富的酯基官能团，能与二氧化硅表面的羟基官能团通过氢键结合，形成溶剂化层，使其能长时间的分散在树脂里而不会发生沉降。利用该核壳型光子油墨可快速制备得到结构色图案，所得结构色图案具有优异的力学性能，即使在反复弯折1000次后结构色图案依然牢牢附着在基材上。
[0009]作为优选，所述改性炭黑@二氧化硅胶体光子的粒径为200～500nm。
[0010]研究表明，可见光的范围为400～780nm之间，超出此范围人眼便无法感知。根据公式：D/λ
∝
1/n
eff
。其中D与改性炭黑@二氧化硅胶体光子的粒径有关，n
eff
为有效折射率。因此，在其他条件不变的情况下，结构色的波长取决于其胶体光子的粒径。胶体光子粒径过小，波长λ变小，导致结构颜色蓝移，当波长减小到400nm以下时，变成不可见光，肉眼无法感知。同理，当胶体光子的粒径过大，结构颜色红移，当其波长增长780nm以上时，肉眼也同样无法感知。因此胶体光子的粒径必须在上述范围内。
[0011]作为优选，所述聚乙二醇(400)二丙烯酸酯的分子量为500～800g/mol，聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯的分子量分别为300～500g/mol。
[0012]光子油墨需要一定的粘性，以便于其在基材上附着，但是其粘性不易过大，过大会导致油墨难以在基材上平整的附着，同时，粘度过大也会导致胶体光子难以进行自组装，从而影响结构颜色的饱和度。研究表明，树脂的粘度与其分子量呈正相关，因此上述的光固化树脂的分子量应适宜在一定范围。同时，不同基材的物理和化学性质不同，因此引入二种分子量不相同的光固化树脂来调节其粘度，使光子油墨能平整的附着在不同基材的表面。
[0013]作为优选，所述光引发剂为2
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羟基
‑2‑
甲基苯丙酮。
[0014]作为优选，所述核壳型光子油墨的制备方法包括以下步骤：(1)将炭黑加入到高能球磨机中球磨，再将其加入到3
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巯丙基三甲氧基硅烷和二甲苯酮中超声搅拌分散，得到炭黑悬浮液；紫外光照射反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳型光子油墨，其特征在于包括以下重量份的原料：改性炭黑@二氧化硅胶体光子0.5~5份，聚乙二醇（400）二丙烯酸酯0.5~10份，聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯0.4~5份，光引发剂0.1~0.8份。2.如权利要求1所述的核壳型光子油墨，其特征在于：所述改性炭黑@二氧化硅胶体光子的粒径为200~500nm。3.如权利要求1所述的核壳型光子油墨，其特征在于：所述聚乙二醇（400）二丙烯酸酯的分子量为500~800g/mol，聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯的分子量为300~500g/mol。4.如权利要求1所述的核壳型光子油墨，其特征在于：所述光引发剂为2
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羟基
‑2‑
甲基苯丙酮。5.如权利要求1所述的核壳型光子油墨，其特征在于：制备方法包括以下步骤：（1）将炭黑加入到高能球磨机中球磨，再将其加入到3
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巯丙基三甲氧基硅烷和二甲苯酮中超声搅拌分散，得到炭黑悬浮液；紫外光照射反应，反应完全后得到烷氧基硅烷改性炭黑；所述炭黑、3
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巯丙基三甲氧基硅烷和二甲苯酮的用量比为50~100mg:80~220mg:0.5~20mg；（2）将步骤（1）所得烷氧基硅烷改性炭黑加入到乙醇中超声分散，分散均匀后加入氨水和水，搅拌均匀，得到混合液；所述烷氧基硅烷改性炭黑、乙醇、氨水和水的用量比为1~10mg:32~40mL:6~9mL:3~4mL；...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚新明，许钦钦，徐斌，
申请(专利权)人：浙江画之都文化创意有限公司，
类型：发明
国别省市：