[发明专利]一种基于光子颜料的珠光纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于光子颜料的珠光纤维及其制备方法。本发明通过控制玻璃板间距可达到对光子颜料尺寸的控制，用晶态的三维光子晶体制备出的具有闪烁效应的光子颜料，配置出纺丝液，用微流控纺丝技术制备皮芯层结构的具有闪烁效应的结构色纤维。

技术领域

本发明涉及结构色纤维制备技术领域，尤其涉及一种基于光子颜料的珠光纤维及其制备方法。

背景技术

结构色具有高亮度、高饱和度、虹彩效应，绿色环保、低能低耗等特点，制备绿色环保的结构色纤维，可减少传统化学染料带来的环境问题。结构色纤维是指主要是以胶体微球为组装单元,将胶体微球掺到纤维材料中并在其中进行有序排列,或将胶体微球组装成纤维状材料。研究人员发展了一系列制备光子晶体结构色纤维的方法,有以纤维材料为模板进行组装的模板组装法、利用静电场作用的静电纺丝法，借助微通道的微流控纺丝法、利用剪切力挤出纤维的挤出组装法。

近年来随着各种自组装和微加工技术的发展，越来越多的人开始关注光子晶体结构色纤维及其应用。

陈苏课题组将二氧化硅微球和聚乙烯吡咯烷酮均匀混合物进行微流控纺丝，通过控制微流控纺丝机的电机转速，可以高效地生产各种直径的纤维，通过煅烧去除PVP单分散SiO2粒子，可以组装成光子晶体结构色纤维。

Meng等人利用同轴毛细管微流控装置利用海藻酸钠和氯化钙的交联反应制备了中空海藻酸钙纤维，纤维的内径和外径以及壁厚可以通过简单的控制微流控纺丝速度来实现。同时构建了一种同轴微毛细管微流控装置，用于连续制备和收集微纤维。

张克勤课题组微流控技术成功制备了具有皮芯结构的非晶结构色纤维。该纤维的芯层是以聚苯乙烯纳米微球及少量纳米炭黑混合溶液，皮层是通过海藻酸钠和氯化钙交联反应得到的海藻酸钙纤维。

现有的结构色纤维都是非晶态结构色纤维，具备非虹彩效应，不具有闪烁效果，而采用现有光子原料作为基础原料时，不能够实现连续化纺丝制备。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于光子颜料的珠光纤维的制备方法。通过控制玻璃板间距可达到对光子颜料尺寸的控制，用晶态的三维光子晶体制备出的具有闪烁效应的光子颜料，配置出纺丝液，用微流控纺丝技术制备皮芯层结构的具有闪烁效应的结构色纤维。

本发明的第一个目的是提供一种基于光子颜料的珠光纤维的制备方法，包括如下步骤：

S1、将分别经过酸处理和等离子体处理的基材对齐组装，并设置两片基材之间的距离为15～60μm；

S2、配制苯乙烯和炭黑的混合乳液，并使混合乳液通过毛细力作用垂直进入两片基材之间，形成光子晶体薄膜；

S3、挥发去除光子晶体薄膜中的水分，烘干得到光子颜料；

S4、采用所述的光子颜料与无色透明的聚合物溶液配制芯层溶液，并采用所述的无色透明的聚合物溶液单独作为皮层溶液，将芯层溶液与皮层溶液分别注入微流控纺丝装置进行微流控纺丝，使皮层溶液包裹芯层溶液外部并通过微流控纺丝装置出口进入凝固浴中，连续制备得到所述的珠光纤维。

进一步地，所述的混合乳液中，聚苯乙烯的质量浓度为8％～15％，炭黑的质量为聚苯乙烯质量的0.5％～2％。

进一步地，所述的聚苯乙烯的尺寸为200nm、240nm或280nm。

进一步地，所述的基材为玻璃片。

进一步地，所述的基材之间采用锡箔纸控制两片基材之间的距离。

进一步地，S3步骤中，挥发是在20～30℃条件下进行挥发，烘干是在70～90℃进行烘干。

进一步地，所述的芯层溶液中，所述的光子颜料与聚合物溶液的质量比为1～5:100。