[发明专利]一种具有亮丽珠光色泽的彩色反蛋白石结构光子晶体塑料薄膜、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种具有亮丽珠光色泽的彩色反蛋白石光子晶体塑料薄膜、其制备方法及应用。本发明通过改变组装基元的粒径，制备出具有亮丽珠光色泽的红、绿、蓝多色的塑料薄膜。本发明制备的塑料薄膜克服了珠光色母粒着色的塑料薄膜珠光光泽不理想，分散性差、局部应力集中导致的使用寿命缩短的问题；同时也克服了传统高分子反蛋白石光子晶体依赖溶剂维持光子晶体结构的稳定，色饱和度低、对光照角度的强依存性。本发明提供的塑料薄膜的优点在于珠光色泽亮丽、颜色持久、自然光照下色饱和度高、牢度好、热塑性可调；同时提供了一种操作简单、成本低、周期短的制备方法。

技术领域

本发明涉及光子晶体及彩色塑料薄膜及其制备方法。更具体地，涉及一种彩色反蛋白石结构光子晶体塑料薄膜、其制备方法及应用。

背景技术

进入二十一世纪，高分子材料的应用范围不断拓宽，其中塑料制品已经与人类的日常生活密不可分。与此同时塑料制品在色彩方面的要求也日益提升。由于珠光颜料、金属颜料等颜料能够提供特殊的类似天然珍珠的独特光泽，能再现自然界珍珠、贝壳、鱼鳞等所特有的光泽,具有返璞归真、塑造产品高格调的效果。这类颜料是由数种金属氧化物薄层包覆云母构成的。当光照射到珠光颜料平整界面时,会产生反射光和折射—反射光,它们之间相互干涉产生一种立体感强的珠光色彩。但是珠光颜料在进行塑料制品着色时，普遍存在以下问题：珠光色母粒需要与塑料经过较长时间的高速混合才能混合均匀，因此生产效率低，能耗高，生产周期较长；而且加工过程中过度机械剪切引起珠光颜料相当程度的破坏，导致着色后的塑料珠光色泽不太理想，分散性较差等问题。中国专利公开号为CN104004299A，CN104650442A，CN104910519A,CN104910500A,104945715A分别针对以上存在的一个或若干个问题做出了改善性工作。

光子晶体作为一种在微米、亚微米等光波长的量级上折射率呈现周期性变化的电介质材料，由于布拉格衍射作用，能反射特定波长的入射光，形成区别于色素颜色的“结构颜色”。这种“结构色”由于对如入射光的反射能产生类似珠光颜料、金属颜料所产生的色彩，并可以通过改变材料种类及结构排列实现对色彩的调控，呈现丰富多彩的色彩效果。目前已有文献报道将高分子填充到光子晶体缝隙中构筑高分子类的光子晶体薄膜，例如Wonmok Lee等人制得了聚甲基丙烯酸羟乙酯凝胶类传统反蛋白石结构光子晶体材料(Sensors and Actuators B 150(2010)183–190)。Shin-Hyun Kim等人制得了乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯复合蛋白石结构光子晶体材料(Chem.Mater.2013,25,2684-2690)。Daoben Zhu等人将聚合物聚酰亚胺填充到P(St–MMA–AA)核壳微球光子晶体模板缝隙中，再经过壳层溶胀去除内核构筑成聚酰亚胺闭孔光子晶体(J.Mater.Chem.,2008,18,2262–2267)。Fen Wang等人通过在中空微球构成的光子晶体模板缝隙中填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)高分子(ACS Appl.Mater.Interfaces 2016,8,22585-22592)。但是这类反蛋白石结构光子晶体薄膜存在以下的问题，包括反蛋白石凝胶类高分子对溶剂的依赖性，一旦脱离溶剂则会引起有序孔洞破坏，最终导致结构色消失；高分子填充材料与光子晶体单元之间折射率差值小引起的结构色暗淡；以及现有的构筑光子晶体单元比如PS微球和SiO₂中空微球本身没有吸收可见光的能力，因此无法有效消除背景光和散射光的干扰，使得由其构筑的结构色颜色饱和度较低的问题。