本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)色涂層的制備方法，尤其涉及一種具有角度不依賴結(jié)構(gòu)色的有機(jī)凝膠-納米粒子團(tuán)簇復(fù)合涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

1、光子晶體作為一種具有周期性有序微納結(jié)構(gòu)的光學(xué)材料，其自身的微納結(jié)構(gòu)可選擇性地控制光子的傳播，產(chǎn)生穩(wěn)定且艷麗的結(jié)構(gòu)色。這種因結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的顏色，不會(huì)存在化學(xué)染料中常見的光氧化和光漂白等問(wèn)題。同時(shí)，結(jié)構(gòu)色也避免了化學(xué)染色造成的環(huán)境污染，在圖案印花、光學(xué)顯示及傳感檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其中，膠體光子晶體是一類由單分散膠體粒子通過(guò)自組裝形成的光學(xué)微結(jié)構(gòu)材料。相較于機(jī)械加工、激光刻蝕等手段構(gòu)筑的光子晶體，膠體光子晶體因其通用、可控、低成本和易于功能化修飾的特點(diǎn)在諸多領(lǐng)域，特別在色彩相關(guān)的領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員一直致力于開發(fā)色彩鮮艷的膠體光子晶體涂層，用于裝飾織物、汽車和建筑物。

2、膠體光子晶體結(jié)構(gòu)中較弱的粒子-粒子及粒子-基板間相互作用，致使所制備的結(jié)構(gòu)色涂層機(jī)械穩(wěn)定性差，易脫落，嚴(yán)重阻礙了結(jié)構(gòu)色涂層的實(shí)際應(yīng)用。此外，這些結(jié)構(gòu)色涂層極易受到環(huán)境影響，液體的潤(rùn)濕，機(jī)械的摩擦就會(huì)造成涂層的損壞和失色。為了解決結(jié)構(gòu)色涂層機(jī)械穩(wěn)定性差、應(yīng)用受限的問(wèn)題，相關(guān)研究人員付出了諸多努力。例如專利cn107201690?b選用功能化修飾的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲脂單分散膠體粒子為構(gòu)筑單元，公開了一種利用單分散膠體粒子制備結(jié)構(gòu)色涂層的方法。通過(guò)在膠體粒子的合成過(guò)程中，在粒子表面引入羧基、氨基及羥基等官能團(tuán)，來(lái)提高粒子之間的組裝作用力，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大面積無(wú)裂痕結(jié)構(gòu)色涂層的構(gòu)筑。但是由于合成手段及過(guò)程的限制，此方法難以規(guī)?；卣埂４送?，純粒子基涂層難以承受高強(qiáng)度的洗刷和摩擦，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。專利cn?104725919?b公開了一種疏水結(jié)構(gòu)色涂層的制備方法，選用陽(yáng)離子疏水劑對(duì)由陰離子型單分散納米粒子組裝的光子晶體膜進(jìn)行涂覆，在疏水涂層的保護(hù)作用下，膠體光子晶體涂層可免受外部環(huán)境的破壞，此方法雖然實(shí)現(xiàn)了色彩明亮，機(jī)械性能穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)色涂層，但往往需要多步操作完成，限制條件較多，耗時(shí)耗力，同時(shí)由于組裝結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱性，構(gòu)筑的結(jié)構(gòu)色涂層呈現(xiàn)出虹彩效應(yīng)。專利cn?114958182a公開了一種利用水性聚氨酯輔助制備結(jié)構(gòu)色涂層的方法，以具有豐富官能團(tuán)的柔性長(zhǎng)鏈聚合物作為輔助成膜組分，通過(guò)對(duì)膠體粒子的交聯(lián)和包覆，大幅提高結(jié)構(gòu)色涂層的機(jī)械穩(wěn)定性，然而，柔性長(zhǎng)鏈打斷了膠體粒子的組裝有序性，膠體粒子趨向組裝成長(zhǎng)程無(wú)序但短程有序的非晶態(tài)光子結(jié)構(gòu)。這種非晶態(tài)光子結(jié)構(gòu)往往會(huì)產(chǎn)生大量的非相干光散射，導(dǎo)致所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)色泛白，色彩飽和度低。

3、因此，考慮到實(shí)際應(yīng)用，在保持膠體光子晶體組裝結(jié)構(gòu)高度有序的同時(shí)，改善結(jié)構(gòu)色涂層的綜合應(yīng)用性能，實(shí)現(xiàn)具有明亮的非虹彩結(jié)構(gòu)色、穩(wěn)定的機(jī)械性能且良好的耐洗刷性的膠體光子晶體涂層的開發(fā)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)色涂層的制備方法，該方法所制備的涂層具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐洗刷性，可廣泛應(yīng)用于金屬、塑料、玻璃和布料等基材表面的裝飾和防護(hù)。本發(fā)明提供一種可呈現(xiàn)均勻且明亮的角度不依賴結(jié)構(gòu)色的有機(jī)凝膠-納米粒子復(fù)合涂層。該涂層的制備方法工藝簡(jiǎn)單，不需要特殊后處理，且該涂層在固化成膜過(guò)程中不向大氣中排放voc，滿足綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。

2、本發(fā)明主要通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種結(jié)構(gòu)色涂層的制備方法，其具體步驟如下：

3、a.單分散納米粒子團(tuán)簇的制備：利用噴霧干燥設(shè)備快速除去單分散納米粒子分散液中的溶劑，即得到微米尺度分布的球形單分散納米粒子團(tuán)簇；其中，

4、噴霧干燥設(shè)備的參數(shù)設(shè)置為，100-130℃的入口溫度，10-30ml/h的蠕動(dòng)泵進(jìn)料量，30-50l/h的空氣流速；

5、b.配置有機(jī)凝膠-納米粒子團(tuán)簇預(yù)聚物：將有機(jī)聚合物凝膠預(yù)聚物、固化劑、吸光材料和單分散納米粒子團(tuán)簇在常溫下充分?jǐn)嚢杌旌?，得到均一的有機(jī)凝膠-納米粒子團(tuán)簇預(yù)聚物，其中，有機(jī)聚合物凝膠預(yù)聚物、固化劑、吸光材料和單分散納米粒子團(tuán)簇的質(zhì)量比為1：(0.1-0.3)：(0.001-0.003)：

6、(0.2-0.5)；其中所述的有機(jī)聚合物凝膠預(yù)聚物為聚氨酯預(yù)聚物，環(huán)氧樹脂預(yù)聚物或聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物中的一種；在相應(yīng)固化劑作用下，可實(shí)現(xiàn)交聯(lián)固化；

7、c.基板表面的處理：將基板置于乙醇浴超聲洗滌，除去表面的灰塵、油污和有機(jī)小分子，常溫下干燥后得到表面清潔的基板；

8、d.將配置好的有機(jī)凝膠-納米粒子預(yù)聚物涂覆在處理后的基板表面，靜置固化，即得到一種具有角度不依賴結(jié)構(gòu)色的涂層，其中涂層厚度為200-500μm。

9、優(yōu)選步驟a中所述的單分散納米粒子分散液中的納米粒子為聚苯乙烯納米粒子、聚甲基丙烯酸甲酯納米粒子或二氧化硅納米粒子中的一種；單分散納米粒子分散液中粒子在溶劑中保持高度的單分散性，聚集度指數(shù)(pdi值)為0.001-0.05。

10、優(yōu)選步驟a中所述的單分散納米粒子分散液中的納米粒子的粒徑為180-350nm，亞微米的粒徑尺度保證涂層的結(jié)構(gòu)色在整個(gè)可見光范圍可調(diào)，納米粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％-20％；步驟a中所述的單分散納米粒子分散液中的溶劑為水或乙醇中的一種或兩者的混合物。

11、優(yōu)選步驟a中所述的單分散納米粒子團(tuán)簇保持高度的球形形貌，團(tuán)簇尺寸散布在1-10μm的微米尺度范圍內(nèi)。

12、優(yōu)選步驟b中所述的固化劑為有機(jī)聚合物凝膠預(yù)聚物的對(duì)應(yīng)固化劑，其中，聚氨酯預(yù)聚物的固化劑為二異氰酸脂基氨基甲酸酯或二異氰酸酯基尿素中的一種；環(huán)氧樹脂預(yù)聚物的固化劑為乙二胺、己二胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺中的一種；聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物的固化劑為二苯基氨基甲酸丁酯。

13、優(yōu)選步驟b中所述的吸光材料為納米炭黑、碳納米管、碳點(diǎn)或多巴胺粒子中的一種或兩種以上的混合物。黑色吸光物質(zhì)可有效消除環(huán)境光及非相干散射光，有利于加強(qiáng)涂層結(jié)構(gòu)色的飽和度。

14、優(yōu)選步驟b中所述的攪拌轉(zhuǎn)速為200-300rpm，攪拌時(shí)間為40-80min。

15、優(yōu)選步驟c中所述的基板為金屬、塑料或玻璃中的一種；步驟c中所述的超聲洗滌功率為500-1000w，時(shí)間為10-30min。

16、優(yōu)選步驟d中所述的涂覆方法為刮涂，滾涂或刷涂中的一種。

17、優(yōu)選步驟d中所述的固化時(shí)間為6-12小時(shí)，固化溫度為30-60℃。

18、本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)色涂層的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案是所制備的結(jié)構(gòu)色涂層具有明亮的角度不依賴的結(jié)構(gòu)色，涂層均勻且機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐洗刷性良好，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定該涂層的附著力可達(dá)到1級(jí)以上(gb/t9286-1998)，同時(shí)該涂層經(jīng)洗刷儀往復(fù)1600-1800次的洗刷，涂層仍未完全破損和露底。

19、有益效果：

20、1、本發(fā)明制備的一種結(jié)構(gòu)色涂層具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐洗刷性，可廣泛應(yīng)用于金屬、塑料、玻璃等基材表面的裝飾和防護(hù)；

21、2、本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)色涂層的制備方法，整個(gè)制備過(guò)程工藝簡(jiǎn)單，兼容性高，不需要特殊后處理，且該涂層在固化成膜過(guò)程中不向大氣中排放voc，滿足綠色可持續(xù)發(fā)展的要求；

22、3、本發(fā)明制備的一種結(jié)構(gòu)色涂層，呈現(xiàn)出的是由結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的顏色，不會(huì)產(chǎn)生光氧化和光漂白的問(wèn)題，同時(shí)，結(jié)構(gòu)色也避免了化學(xué)染色造成的環(huán)境污染，綠色環(huán)保。

23、4、本發(fā)明制備的一種結(jié)構(gòu)色涂層，其結(jié)構(gòu)色的角度不依賴性源于單分散納米粒子團(tuán)簇的各向同性的球形對(duì)稱結(jié)構(gòu)，粒子團(tuán)簇中長(zhǎng)程有序且短程有序的晶格結(jié)構(gòu)保證了結(jié)構(gòu)色的亮度和飽和度。