[发明专利]一种基于纳米复材制备不同结构色光子晶体制件的成形方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米复材制备不同结构色光子晶体制件的成形方法。与常规方法制备的光子晶体材料不同，我们通过填料的方式在粒度均一的热固性纳米颗粒外包覆热塑性材料，利用热塑性材料的高温流动场增加热固性纳米颗粒成形时的排列有序程度，进而使得制件具有无角度依存的艳丽结构色，通过热固性纳米颗粒的纳米尺度大小来实现不同波长的结构色反射。

技术领域

本发明属于塑料加工成形技术领域，尤其涉及一种基于纳米复材制备不同结构色光子晶体制件的成形方法。

背景技术

自然界中存在不少的光子晶体结构色，矿石方面有各种颜色的宝石等，生物方面有大闪蝶翅膀、孔雀羽毛、变色龙皮肤等。光子晶体结构色与常规的染料、颜料等化学色素生色原理不同，其基于可见光波在周期性排列的纳米结构中发生一系列光学效应，生成与纳米单元尺度对应的颜色。光子晶体结构色材料具有污染性小、光强亮、永不褪色等优点，在染料、防伪、激光、军工、信息通讯等领域具有巨大应用潜力。

常规的光子晶体结构材料制备方法主要是胶体颗粒自组装法，该方法利用纳米颗粒在微小力的作用下缓慢进行排列，最终获得纳米颗粒周期排列的光子晶体材料。该方法制得的材料因微力的不对称性存在着力学性能差、产品面积小、结构缺陷多等缺点，存在仅能成形薄膜材料且材料的结构色存在严重角度依存性(即从不同角度观察到的颜色不同)等不足，这些问题严重影响了光子晶体结构色材料的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明针对常规光子晶体结构色材料制备的问题，提出了一种创新的加工成形方法，该方法利用粒度均一的热固纳米颗粒在其包覆层热塑材料呈高流动性物态下施压成形。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于纳米复材制备不同结构色光子晶体制件的成形方法，步骤包括：

S1、获取交联的热固性纳米微球颗粒；

S2、包覆热塑性高分子材料：将热塑性高分子材料在超声条件下溶于溶剂中，再将所述交联的热固性纳米微球颗粒超声分散在上述溶液中，采用旋转蒸发的方式使溶剂挥发，得到热塑性高分子均匀包覆在热固性纳米微球颗粒外层的块体原料；

S3、获取加工条件：对步骤S2所得块体原料进行测试，获取块体原料的分解温度；

S4、升温加热：加热并保温，使块体原料的热塑性高分子包覆层完全转化为黏流态；

S5、施压成形：将步骤S4所得黏流态的物料挤出或辊压得成形物料，所述挤出、辊压的工艺温度低于块体原料的分解温度；

S6、冷却固化：将步骤S5所得成形物料冷却使热塑性高分子包覆层固化，即得结构色光子晶体制件。

本方法的原理是：通过获得不同纳米尺度的热固性纳米颗粒实现不同结构色的反射；基于热塑性高分子材料在有机或无机溶剂良好的溶解性，用超声方式得到这两种物质的均匀混合液；超声条件也可使热固性纳米颗粒粉末均匀分散在上述混合液中；旋转蒸发能除去分散着热固性纳米颗粒的混合液中的有机或无机溶剂，使得热塑性高分子均匀包覆在热固性纳米颗粒外，得到固体原料(片材、块材等)；热塑性高分子材料在辊压、挤出过程呈黏流态，增加材料的流动性，有利于成形各种形状的制品。

成分均匀的原料在高温黏流态下，经辊压、挤出过程的对称力作用，其纳米颗粒单元逐渐有序排列，最终形成短程有序、长程无序的周期性微观结构，从而实现了光子晶体结构色的反射。

优选的，步骤S1中，所述交联的热固性纳米微球颗粒粒径为100-500nm。所述粒径范围下微球颗粒为结构色的微球。

优选的，所述交联的热固性纳米微球颗粒的制备方法为无皂乳液聚合法，所述乳液聚合反应体系中添加有乳化剂和交联剂。