[實(shí)用新型]結(jié)構(gòu)色纖維的制備裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720178521.5
• 申請(qǐng)日: 2017-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206553745U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張克勤;曾琦;李青松;周寧;董伊航
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州貝彩納米科技有限公司
• 主分類號(hào): D06B3/02
• 分類號(hào): D06B3/02;D06B23/04
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32257
• 代理人: 姚惠菱

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及纖維制備領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)色纖維的制備裝置。

背景技術(shù)

我國(guó)是紡織服裝進(jìn)出口大國(guó)，約占全球此項(xiàng)貿(mào)易的25％。然而，巨大的經(jīng)濟(jì)效益并不能掩蓋紡織印染行業(yè)對(duì)環(huán)境造成的破壞。據(jù)國(guó)家環(huán)保總局統(tǒng)計(jì)，印染行業(yè)排放的印染廢水總量位于全國(guó)各工業(yè)部門排放總量的第5位。印染廢水屬于含有一定量難生物降解物質(zhì)的有機(jī)性廢水。其污染物濃度COD高(Chemical Oxygen Demand，COD)，色度深，氮磷含量低，是難處理的工業(yè)廢水之一。此外，我國(guó)印染企業(yè)總體單位產(chǎn)品取水量與國(guó)外相比是發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍，能源消耗量則為3倍左右。因此，我國(guó)印染行業(yè)節(jié)能減排降耗的任務(wù)十分艱巨。

印染是紡織產(chǎn)業(yè)鏈中的一環(huán)，通過(guò)施加化學(xué)有色物質(zhì)(吸附染料或固著顏料)是使紡織品生色的主要途徑。紡織品的顏色主要是取決于色素的分子結(jié)構(gòu)，即染料或顏料分子結(jié)構(gòu)與吸收光譜的關(guān)系，例如它們?cè)谒芤夯蛴袡C(jī)溶液中的吸收光譜。由于印染具有復(fù)雜的工藝流程，過(guò)程中需要大量新鮮水，最后大量未利用的化學(xué)染料及助劑殘留形成污水，導(dǎo)致了傳統(tǒng)紡織印染行業(yè)高污染、高能耗、低資源利用率的缺點(diǎn)。隨著世界氣候大會(huì)的召開(kāi)對(duì)全球節(jié)能減排的任務(wù)提出了更高更緊迫的要求。為了適應(yīng)這個(gè)全球化的節(jié)能減排潮流，迫切需要發(fā)展新的不同于傳統(tǒng)化學(xué)染料著色的顯色技術(shù)。

結(jié)構(gòu)色是一種物理現(xiàn)象，顏色的顯現(xiàn)是通過(guò)反射體的微結(jié)構(gòu)與光相互作用，只反射一定波長(zhǎng)的光并透射其他波長(zhǎng)光來(lái)產(chǎn)生。反射體的微結(jié)構(gòu)通常是三維周期性的異質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)，其周期的尺度與所響應(yīng)的光波長(zhǎng)相同量級(jí)，具有這種結(jié)構(gòu)的物體稱為光子晶體。光子晶體的概念是1987年由Yablonovitch E.和John S.分別提出的，當(dāng)光投射到折射率或者介電常數(shù)呈周期性變化的結(jié)構(gòu)上時(shí)，在上述結(jié)構(gòu)中通過(guò)多次反射和干涉使得一部分波段的光不能在該介質(zhì)中傳播而被反射回去，其現(xiàn)象類似于電子在半導(dǎo)體晶體中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的禁帶，稱之為光子禁帶。而如果這一部分被強(qiáng)烈反射的光波的波長(zhǎng)范圍落在可見(jiàn)光波段，那么這些反射的光就可以導(dǎo)致十分絢麗的顏色。自然界中天然蛋白石，鳥類羽毛和昆蟲甲蟲翅膀等都具有光子晶體結(jié)構(gòu)，因此也能顯現(xiàn)五彩斑斕的顏色。從上述分析，我們可以得出結(jié)構(gòu)色的特點(diǎn)：1)由于結(jié)構(gòu)色的成因僅僅是由于物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)，其顏色并不與物質(zhì)本身有任何關(guān)系。也就是說(shuō)結(jié)構(gòu)色的產(chǎn)生避免了化學(xué)染料和色素的參與，只要保持周期性有序陣列結(jié)構(gòu)就能產(chǎn)生明亮的顏色；2)由于相干衍射產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)色相比于色素顏色具有色彩明亮鮮艷的優(yōu)勢(shì)；3)只要微結(jié)構(gòu)不被破壞，結(jié)構(gòu)色永不褪色。因此通過(guò)制備具有光子晶體結(jié)構(gòu)的纖維并產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色是一種可能的綠色無(wú)污染的纖維顯色技術(shù)。

對(duì)于結(jié)構(gòu)色的研究，大部分集中在對(duì)自然界生物體的探索，Vukusic P.等研究了蝴蝶翅膀、資劍等研究了孔雀等鳥類羽毛、Srinivasarao M.等研究了昆蟲的外殼等具有鮮艷結(jié)構(gòu)色的生物樣品，其結(jié)論是在這些生物體中存在一維或者二維的光子晶體結(jié)構(gòu)，自然界一直在利用有序的介質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顏色。但是自然界中存在的天然光子晶體比較少，大部分光子晶體所必需的周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)需通過(guò)人為加工制備。目前，光子晶體的制備方法主要通過(guò)微加工、激光全息、膠體微球(Colloidal Sphere)自組裝等辦法。微加工辦法工藝復(fù)雜、成本昂貴、所制得的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；激光全息辦法所用的光敏樹脂材料有限、所得到的光子晶體光學(xué)性能不理想。這兩種方法不僅很難制備出結(jié)構(gòu)良好的圓柱狀光子晶體，并且制作工藝復(fù)雜，效率低下，因此不適合用來(lái)制備光子晶體纖維。而膠體微球自組裝利用單分散膠體微球間的相互作用自發(fā)排列成有序結(jié)構(gòu)，以經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的方法獲得膠體(光子)晶體。亞微米量級(jí)的膠體微球決定了膠體晶體的晶格尺寸是在可見(jiàn)或紅外光波段，很容易獲得結(jié)構(gòu)色。在受限空間內(nèi)或外場(chǎng)協(xié)助下，膠體微球可以自組裝成任意形狀，包括纖維狀的有序結(jié)構(gòu)。基于以上分析，利用膠體微球受控自組裝的辦法來(lái)制備光子晶體纖維并控制結(jié)構(gòu)色的改變似乎是最可行的途徑。

目前結(jié)構(gòu)色纖維制備方法主要包括兩大類：(1)多層膜干涉；(2)三維光子晶體。有關(guān)多層膜干涉的現(xiàn)有技術(shù)，如美國(guó)專利US6326094，文獻(xiàn)(Adv.Mater.2013,25,2239–2245)公開(kāi)的技術(shù)，主要是嚴(yán)格選擇兩種具有不同折射率的高聚物，使得其相互交替周期性疊加，精確控制每一層聚合物的厚度，使得光與纖維薄層發(fā)生相干增強(qiáng)，反射出一定波長(zhǎng)的光，從而使得纖維具有顏色。關(guān)于三維光子晶體(中國(guó)專利：201110213531.5)，主要是通過(guò)毛細(xì)管中膠體微球自組裝形成纖維狀的膠體晶體，通過(guò)控制膠體微球的大小，從而改變膠體晶體的晶格常數(shù)，來(lái)控制纖維的顏色。