[发明专利]一种基于结构色的全色显示膜及其制备方法

说明书

本发明属于功能膜材料的技术领域，公开了一种基于结构色的全色显示膜及其制备方法。所述方法：1)将纳米晶纤维素悬浮液与手性乳酸溶液混合均匀，得到CNC/乳酸混合液；2)将CNC/乳酸混合液进行干燥成膜，得到全色显示膜。本发明的方法简单、成本低，所得到的膜材料具有明亮的结构色彩，并克服了咖啡环效应的影响实现了全色显示。

技术领域

本发明属于功能膜材料的制备领域，具体涉及一种基于结构色的全色显示膜及其制备方法。

背景技术

自然界中诸多生物体如孔雀、蝴蝶、甲壳虫等都有着绚丽多彩的外表，它们都源自于色彩学的一个重要分支-结构色。与色素染色机理不同，结构色是由于发色体内部微观结构与光的相互作用产生的。因此，只要物质的微观结构和组成成分不变，结构色就不会发生变化，这个特性使结构色在显示材料领域中有着特殊的应用潜质。目前，基于有机材料制备的结构色显示材料存在原料不环保，制备工艺复杂等缺点，严重制约着它在显示领域的发展。

纤维素纳米晶是一种长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素，具有高纯度、高结晶度、高杨氏模量、高强度等材料性能以及轻质可降解性、生物相容性和可再生性等环境友好特性。纤维素纳米晶在一定浓度下可自组装形成具有胆甾相结构的液晶膜，这种液晶膜不仅表现出明亮的结构颜色，还具有优异的光学性质。以纤维素纳米晶代替传统有机材料制备的结构色显示材料，弥补了基于有机材料为原料制备的显示材料的不足。但因自组装过程中影响因素较多，很难制备出具有全色显示特性的结构色膜材料。纤维素纳米晶通过现有的方法制备出的膜颜色会呈现严重的咖啡环现象，导致膜颜色不均一，无法实现整张膜的全色显示。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于结构色的全色显示膜及其制备方法。本发明将乳酸手性分子引入液晶膜的体系中，降低自蒸发沉降速率并增加纤维素纳米晶分散的均匀性，最终使膜达到全色显示的效果。本发明的全色显示膜具有明亮结构色。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种基于结构色的全色显示膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将纳米晶纤维素悬浮液与手性乳酸溶液混合均匀，得到CNC/乳酸混合液；

2)将CNC/乳酸混合液进行干燥成膜，得到全色显示膜。

所述纳米晶纤维素悬浮液即纤维素纳米晶悬浮液的浓度为4～5wt％。纳米晶纤维素悬浮液中纳米晶纤维素的尺寸为200～400nm。

步骤1)中所述手性乳酸为左旋手性或右旋手性中的一种，所述手性乳酸溶液的浓度为30-70wt％，乳酸溶液中溶剂为水；所述纳米晶纤维素悬浮液与手性乳酸溶液的体积比为(8～12)：1，优选为10：1。

所述纳米晶纤维素悬浮液通过浓硫酸处理微晶纤维素得到。

所述纳米晶纤维素悬浮液具体通过以下方法得到：a)将微晶纤维素与浓硫酸混合，在搅拌的条件下加热处理，加入大量水，混匀静置，离心，收集上层悬浮液，透析，去除悬浮液中残余的硫酸，获得中性悬浮液；

b)将中性悬浮液离心，取下层沉淀，稀释，获得纳米晶纤维素悬浮液。

步骤a)中所述浓硫酸溶液的浓度为62-66wt％，所述微晶纤维素与浓硫酸溶液体积的质量体积比为1g:(8～12)mL；

步骤a)中所述搅拌的转速为300-400rpm，所述加热处理的温度为45-55℃，所述加热处理的时间为50-60min。

步骤a)中所述浓硫酸溶液与水的体积比为1：(10-14)，此处的水为加热处理后加入的水；所述静置的时间为10～16h。

步骤a)中所述离心的次数为3～4次，离心的转速为8000～9000rpm，离心的时间为8-10min，离心的温度为10-15℃。