一種疏水性結構色涂層及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于疏水性結構色涂層領域，涉及光子晶體結構色的技術，尤其涉及一種疏水性結構色涂膜的制備方法。能廣泛應用于裝飾裝修、防偽、化妝品包裝、工藝品和布告牌等方面。
【背景技術】
[0002]自然界中蝴蝶的翅膀具有非常良好的疏水性能，水滴不僅不會浸濕蝴蝶的翅膀，還會呈球形很容易滾離表面，這種優良的疏水性能保證了蝴蝶在下雨天依然可以生存。不僅如此，很多蝴蝶的翅膀都會呈現出絢麗的色彩，且從不同方向觀察往往顏色也不一樣，這表明蝴蝶翅膀表面的顏色并不是我們常見的化學色。這種以特殊的物理結構來產生顏色，被稱之為結構色。光子晶體是自然界中普遍存在的一種結構色。光子晶體具有光子禁帶，通過控制光子的傳播而產生結構色，這種自然結構色具有高亮度、高飽和度和虹彩現象等特性。在實際應用中，光子晶體結構色通常由二氧化硅或者聚苯乙烯納米顆粒組裝而成，其涂層存在耐水性、耐候性差等缺點，比如對于外墻的應用，光子晶體涂層由于會受到塵埃、霧氣和雨雪等污染物的影響，它們的使用將會受限。因此，在保持光子晶體有序結構的同時，改善具有結構色涂層的綜合性能，使其兼具疏水能力和明亮結構色，對于發展這種環保型疏水結構色涂層是非常有意義的。

【發明內容】

[0003]針對上述問題，本發明的目的是提供一種疏水性光子晶體膜及其制備方法。通過低表面能的疏水劑對光子晶體表面進行修飾，在不破壞光子晶體晶體有序性結構的同時，又解決光子晶體耐水性差的問題。涂層的疏水效果不僅取決于疏水劑表面自由能的大小，還與其表面粗糙度有密切的關系。疏水性光子晶體涂層不僅構建微觀尺度上的納米級幾何結構，增加表面凹凸起伏，而且在涂層表面提供了低表面能的疏水材料，賦予涂層更好的疏水效果。
[0004]本發明的制備方法中，對疏水性光子晶體膜的基本要求是:首先要求疏水性光子晶體涂層具良好的疏水效果，并且靜態接觸角在130°以上，其次，要求疏水性光子晶體涂層具有鮮艷的、能覆蓋全色譜的顏色，最后要求疏水劑在對光子晶體膜進行修飾時要保持光子晶體的有序結構，并且疏水劑的顏色為透明或半透明，不能影響光子晶體膜的結構色彩。因此對疏水性光子晶體膜的材料有嚴格要求，本發明首先選用單分散性優異的陰離子型納米顆粒作為單元材料組裝成光子晶體膜，再選擇陽離子型疏水劑在光子晶體膜上進行涂覆，這樣陽離子型疏水劑可通過其陽離子基團與陰離子型納米顆粒直接吸附，使涂層形成緊密的結合，并有良好的成膜性，同時疏水劑中的疏水基團定向向涂層外排列，提高了涂層的疏水性能。
[0005]根據以上的發明構思，本發明的疏水性結構色涂層及其制備方法包括:
1.一種疏水性結構色涂層，其特征在于:該涂層由兩層材料構成，第一層為單分散的陰離子型納米顆粒通過自組裝的方法組裝成的結構色膜，第二層為在第一層得到的結構色膜表面涂覆的陽離子型疏水劑層；陽離子型疏水劑通過其陽離子基團與單分散的陰離子型納米顆粒直接吸附，疏水劑中的疏水基團定向向涂層外排列。
[0006]所述的單分散的陰離子型納米顆粒是嵌段聚合物顆粒，其顆粒的外層主要是羧基基團構成。
[0007]所述的單分散的陰離子型納米顆粒是單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)顆粒或者聚(苯乙烯-甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸)顆粒。
[0008]所述的陽離子型疏水劑是改性的陽離子苯丙乳液或改性的陽離子丙烯酸乳液，可為市售產品。
[0009]所述的陽離子型疏水劑是通過疏水改性劑乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三異丙基硅烷、丙烯酸六氟庚酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯中的I種或幾種，和共聚單體、陽離子型功能性單體共聚得到。
[0010]所述的共聚單體選自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、醋酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯中的I種或幾種。
[0011]所述的陽離子型功能性單體是甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨中的一種或幾種的混合物。
[0012]所述的第二層得到的陽離子型疏水劑層的厚度為100?300 nm。
[0013]所述的陽離子型疏水劑的顏色為透明或半透明。
[0014]所述的單分散的陰離子型納米顆粒的濃度為0.2 wt%?10 wt%，優選為0.lwt%?0.5 wt%0
[0015]所述的單分散的陰離子型納米顆粒的粒徑范圍是150 nm?350 nm。
[0016]所述的陽離子型疏水劑的濃度為3wt%?15 wt%，優選為5 wt%?8 wt%D
[0017]2.一種疏水性結構色涂層的制備方法，其特征是，所述的制備方法包括以下步驟:
(1)將一定濃度的單分散的陰離子型納米顆粒采用自組裝的方法在基材上制備成光子晶體結構色薄膜；
(2)將一定濃度的陽離子型疏水劑配制成溶液后，涂覆于步驟(I)制備得到的光子晶體結構色薄膜上，得到疏水性結構色涂層，其接觸角在130°以上。
[0018]所述的單分散的陰離子型納米顆粒是嵌段聚合物顆粒，其顆粒的外層主要是羧基基團構成。
[0019]所述的單分散的陰離子型納米顆粒是單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)顆粒或者聚(苯乙烯-甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸)顆粒。
[0020]所述的陽離子型疏水劑是改性的陽離子苯丙乳液或改性的陽離子丙烯酸乳液，可為市售產品。
[0021]所述的陽離子型疏水劑是通過疏水改性劑乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三異丙基硅烷、丙烯酸六氟庚酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯中的I種或幾種，和共聚單體、陽離子型功能性單體共聚得到。
[0022]所述的共聚單體選自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、醋酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯中的I種或幾種。
[0023]所述的陽離子型功能性單體是甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨中的一種或幾種的混合物。
[0024]所述的陽離子型疏水劑的顏色為透明或半透明。
[0025]所述的一定濃度的單分散的陰離子型納米顆粒的濃度為0.2 wt%?10 wt%，優選為 0.lwt% ?0.5 wt%o
[0026]所述的單分散的陰離子型納米顆粒的粒徑范圍是150 nm?350 nm。
[0027]所述的一定濃度的陽離子型疏水劑的濃度為3wt%?15 wt%，優選為5 wt%?8wt%。
[0028]所述的自組裝的方法選自噴墨打印法、豎直沉積法、噴涂法或旋涂法中的一種。
[0029]所述的基材包括:紙張、玻璃、硅片或金屬(包括鋁或銅等)板等。
[0030]本發明方法制備得到的疏水性光子晶體涂層的接觸角在130°以上，其色彩可覆蓋全色譜(400?800 nm的可見光區域)。
[0031]本發明的方法不僅利用光子晶體結構色表面粗糙程度，還能顯示五彩斑斕的色彩，通過疏水劑的對涂層的修飾能得到疏水性的結構色涂層。進一步，陽離子型疏水劑可通過其陽離子基團與陰離子型納米顆粒直接吸附，使涂層形成緊密的結合，并有良好的成膜性，同時疏水劑中的疏水基團定向向涂層外排列，提高了涂層的疏水性能。該發明的方法工藝簡單、制備成本低廉，而所具有的色彩也不含任何化學染料成分，不會褪色，具有環境友好性。本發明的制備方法得到的涂層疏水效果良好，可應用于裝飾裝修、防偽、化妝品包裝、工藝品和布告牌等方面。
[0032]本發明方法的優點在于:1.本發明的制備方法簡單、成本低廉，綠色環保，可以大面積的制備疏水性結構色涂層。
[0033]2.本發明得到的疏水性光子晶體涂層疏水效果良好，接觸角在130°以上。
[0034]3.本發明得到的疏水性光子晶體涂層應用廣泛，在裝飾裝修、防偽、化妝品包裝、工藝品和布告牌等領域有實際的