[發(fā)明專利]一種具有結(jié)構(gòu)顏色膜材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810040891.8
• 申請日: 2008-07-23
• 公開（公告）號: CN101633786A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 游波;武利民;文男賡
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: C08L101/00
• 分類號: C08L101/00;C08K3/00;C08J5/18;C08F2/44;C08L33/04;C08L25/02;C08F220/10;C08F218/08;C08F230/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 吳桂琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬化工、材料及光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種具有結(jié)構(gòu)顏色膜材料。更具體地，本 發(fā)明涉及一種大面積使用的結(jié)構(gòu)顏色膜材料，它包含水性無機納米粒子、單分散聚合 物乳液和非必需助劑。本發(fā)明還涉及所述的具有結(jié)構(gòu)顏色膜材料的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

自然界產(chǎn)生顏色的主要途徑是色素，而結(jié)構(gòu)顏色(Structural?Color)的產(chǎn)生卻 無須任何色素，它是由自然光與波長尺度相似的微結(jié)構(gòu)相互作用而產(chǎn)生的顏色。自然 界存在的結(jié)構(gòu)顏色例子如彩虹色的天然蛋白石、孔雀羽毛、昆蟲、海生物等的顏色， 主要用于動物的自身保護、吸引同類注意、發(fā)出警告信號及調(diào)節(jié)體溫等。模仿自然界 中結(jié)構(gòu)顯色機制，制備具有三維有序的周期性排列材料，由于布拉格(Bragg)衍射， 當(dāng)反射光處于可見光波段時，就會呈現(xiàn)鮮艷的結(jié)構(gòu)顏色，通過控制材料的周期性尺度 大小，可以對顏色進行調(diào)節(jié)。

光子晶體是由周期性介電結(jié)構(gòu)或者他們的反向結(jié)構(gòu)在二維或三維方向上有序排列 構(gòu)成的。周期性介電材料所表現(xiàn)出的對光子很強的衍射效應(yīng)，非常相似于電子在硅半 導(dǎo)體中所遇到的情況，既電磁波或光子的傳播被阻擋了。在1987年Yablonovitch和 John發(fā)表了周期性介電結(jié)構(gòu)能夠表現(xiàn)出光學(xué)性質(zhì)之后，科學(xué)家對設(shè)計和制備新的光子 晶體產(chǎn)生了很大的興趣。光子晶體的一個有趣的應(yīng)用就是它的結(jié)構(gòu)性顏色，結(jié)構(gòu)性顏 色亮度高、飽和度高、彩虹色和永不退色，人們有可能設(shè)計光子晶體產(chǎn)生不同的的顏 色應(yīng)用于仿生材料、裝飾材料、印刷材料、色彩顯示材料、濾波材料、個人護理品材 料、織物纖維材料、涂層材料、防偽材料、光學(xué)傳感器材料、光電轉(zhuǎn)換材料等。

迄今為止，有研究公開了若干方法用于制備光子晶體，包括膠體自組裝方法和結(jié)合 了多種刻蝕方法的光、電子流印刷法等，其中最常用的方法就是膠體自組裝方法。采 用膠體自組裝方法，單分散的膠體被承載于基材上干燥，形成周期性結(jié)構(gòu)排列，現(xiàn)有 技術(shù)的自組裝方法，分別利用電子力、氣體或液體的流動、重力作用、電化學(xué)作用或 者毛細(xì)管作用。但，所述的方法存在很大的缺陷，例如，制備單分散膠體困難且費時， 難于獲得在可見光范圍的單分散膠體，不能獲得結(jié)構(gòu)顏色；另外，該方法得到的光子 晶體強度很低，甚至簡單的觸摸都能破壞它的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、操作方便、可常溫固化成膜、可大面積使用 的具有結(jié)構(gòu)顏色膜材料。

本發(fā)明尤其提供一種無須任何色素，由自然光與波長尺度相似的微結(jié)構(gòu)相互作用 而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)顏色膜材料及其制備方法。

本發(fā)明還提供一種成膜后可形成平整、致密的結(jié)構(gòu)顏色膜材料及其制備方法。

本發(fā)明還提供一種水性納米復(fù)合乳液在水分揮發(fā)后自組裝形成的三維有序排列形 成的結(jié)構(gòu)顏色膜材料。

本發(fā)明還提供一種可大面積使用的結(jié)構(gòu)顏色膜材料及其制備方法。

本發(fā)明還提供一種可常溫固化成膜的結(jié)構(gòu)顏色膜材料及其制備方法。

本發(fā)明還提供一種環(huán)保型結(jié)構(gòu)顏色膜材料及其制備方法。

本發(fā)明還提供一種具有良好附著力和高強度的結(jié)構(gòu)顏色膜材料及其制備方法。

本發(fā)明還提供一種將無機納米粒子采用原位聚合法或共混法與聚合物乳液復(fù)合， 制備納米復(fù)合乳液，無機納米粒子吸附在聚合物表面，通過自組裝產(chǎn)生結(jié)構(gòu)顏色的結(jié) 構(gòu)顏色膜材料及其制備方法。

本發(fā)明還提供一種結(jié)構(gòu)顏色膜材料應(yīng)用范圍及其應(yīng)用方法。

水性無機納米粒子表面帶有大量羥基或親水性基團，利用親水性無機納米粒子與 帶功能基團的聚合物乳膠球表面的化學(xué)鍵結(jié)合、氫鍵作用、正負(fù)電荷吸附或靜電作用 力，親水性無機納米粒子吸附在聚合物乳膠球表面。

本發(fā)明采用原位聚合方法或共混方法，將水性無機納米粒子與單分散水性聚合物 乳液復(fù)合，得到納米復(fù)合乳液。將納米復(fù)合乳液涂敷在平整的基材表面，水分揮發(fā)形 成三維有序納米結(jié)構(gòu)，由于自然光波長與該納米周期性結(jié)構(gòu)相互作用，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)顏色， 制得具有結(jié)構(gòu)顏色膜材料。本發(fā)明采用原位聚合法或共混法制備單分散無機納米粒子/ 聚合物復(fù)合乳液，將這種復(fù)合乳液涂敷在平整基材上，水分揮發(fā)后，形成三維有序的 規(guī)則排列，通過控制聚合物乳膠粒子與無機納米粒子的粒徑大小及用量，獲得結(jié)構(gòu)顏色 膜材料。

本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)顏色膜材料，是由自然光波長與尺度相似的納米復(fù)合乳液成膜后 形成三維周期性結(jié)構(gòu)相互作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)顏色，無須任何色素。