專利名稱：結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維的制備方法，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，屬于纖維紡織領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)是紡織業(yè)大國(guó)，目前紡織品生色的主要途徑是在纖維和織物表面吸附染料或固著顏料，即印染過程，但由于其需要大量新鮮水資源，最后大量未利用的化學(xué)染料及助劑殘留形成污水，導(dǎo)致了傳統(tǒng)紡織印染行業(yè)高污染、高能耗、低資源利用率的缺點(diǎn)。自然界中繽紛多彩的顏色，除了色素色，即色素分子通過選擇性的吸收、反射和透射特定頻率的光線從而展現(xiàn)不同的顏色，還大量存在結(jié)構(gòu)色，即光線通過干涉，衍射和散射產(chǎn)生的顏色。如孔雀羽毛，蝴蝶的翅膀等等。那是因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)其實(shí)是天然的光子晶體，光子晶體是由介電常數(shù)不同的材料按照一定周期順序排列所形成的具有有序結(jié)構(gòu)的材料，光子晶體中光子帶隙的存在產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)色，使我們看到了絢麗的顏色。光子晶體可以由精密機(jī)械加工，電子微加工以及膠體自組裝等方法制備，其中膠體自組裝是目前制備近紅外和可見光波波段三維光子晶體最簡(jiǎn)便的方法，它是指將原子、 分子形成的原子團(tuán)、超分子、分子集合體、納米顆粒等結(jié)構(gòu)單元在沒有外來(lái)干涉的情況下， 通過非共價(jià)鍵作用自發(fā)地締造成熱力學(xué)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、組織規(guī)則的聚集體的過程，目前單分散二氧化硅和聚苯乙烯顆粒是最廣泛使用的制備光子晶體的材料。結(jié)構(gòu)色纖維，可以使紡織品不需要依賴染料或顏料，從而顯現(xiàn)出絢麗的顏色。目前，結(jié)構(gòu)生色纖維，日本帝人公司開發(fā)的Morphotex纖維[US6，3沈，094]，通過嚴(yán)格選擇一定折射率的高聚物和計(jì)算各層的厚度，使纖維薄層對(duì)光干涉時(shí)，各層纖維薄層使光發(fā)生相長(zhǎng)增強(qiáng)作用，反射出一定波長(zhǎng)的彩色光，這種仿蝴蝶翅膀得到的多層膜干涉結(jié)構(gòu)色纖維，由于其制作工藝較復(fù)雜，成本較高，無(wú)法大量生產(chǎn)應(yīng)用，且其顏色對(duì)觀察角度的依賴很大。Skorobogatiy M.等基于傳統(tǒng)的光纖，通過設(shè)計(jì)內(nèi)外層折射率差，使得只有很窄波長(zhǎng)的光從光纖泄漏(發(fā)射)出去，從而產(chǎn)生不同的顏色[Gauvreau B, Guo N， Schicker K, Stoeffler K, Boismenu F, Ajji A, Wingfield R, Dubois C, Skorobogatiy Μ.Color-changing andcolor-tunable photonic bandgap fiber textiles. Optics Express, 2008，16 (20) : 15677-15693.]，但是缺點(diǎn)是必須要提供光源，而不能依賴對(duì)環(huán)境光的反射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，本發(fā)明制備的結(jié)構(gòu)色纖維膜無(wú)污染，成本低，可以大量生產(chǎn)應(yīng)用，而且不受觀察角度影響，不依賴環(huán)境光的反射。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，尤其是，包括如下步驟(1)制備含有聚合物微球的膠體乳液；(2)加入連接劑和TritonX-IOO并混合均勻，得到混合溶液；(3)對(duì)混合溶液進(jìn)行靜電紡絲，獲得膠體晶體纖維；(4)去除膠體晶體纖維中的連接劑，得到結(jié)構(gòu)色纖維膜。優(yōu)選的，在上述結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法中，所述聚合物微球選自二氧化硅微球、 聚苯乙烯微球和聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一種或多種。優(yōu)選的，在上述結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法中，所述步驟(1)中聚合物微球的直徑為 200nm-300nm。優(yōu)選的，在上述結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法中，所述步驟(1)中，所述聚合物微球在所述膠體乳液中的質(zhì)量占比為35 % 45 %。優(yōu)選的，在上述結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法中，所述步驟O)中的連接劑為PVA溶液。優(yōu)選的，在上述結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法中，所述步驟中，所述膠體晶體纖維通過浸入在去離子水中來(lái)去除所述連接劑。優(yōu)選的，在上述結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法中，所述膠體晶體纖維浸入在去離子水中的時(shí)間不低于10小時(shí)。優(yōu)選的，在上述結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法中，所述PVA溶液中PVA的質(zhì)量占比為 13% -15%。優(yōu)選的，在上述結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法中，所述聚合物微球與所述PVA的質(zhì)量比為5 1。優(yōu)選的，在上述結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法中，所述TritonX-IOO與聚合物微球的質(zhì)量比為1% -5%0本發(fā)明將光與平板光子晶體平界面的相干衍射拓展到光子晶體纖維的圓柱界面， 利用納米膠體微球自組裝形成光子晶體纖維，制備綠色無(wú)污染的、不需化學(xué)染料參與的結(jié)構(gòu)色纖維，而且本發(fā)明需要的原料簡(jiǎn)單，成本低，可以大量制備，不受觀察角度影響，不依賴環(huán)境光的反射。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1所示為本發(fā)明結(jié)構(gòu)色纖維膜制備方法的方框圖；圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例1中獲得的膠體晶體纖維在電子顯微鏡下得照片；圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例1至實(shí)施例3中獲得的結(jié)構(gòu)色纖維的反射光譜圖。
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。本發(fā)明實(shí)施例公開了一種結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，包括如下步驟(1)制備含有聚合物微球的膠體乳液；(2)加入連接劑和TritonX-IOO并混合均勻，得到混合溶液；(3)對(duì)混合溶液進(jìn)行靜電紡絲，獲得膠體晶體纖維；(4)去除膠體晶體纖維中的連接劑，得到結(jié)構(gòu)色纖維膜。步驟(1)與用以制備光子晶體顆粒懸浮液的過程一樣，故本發(fā)明實(shí)施例所采用的聚合物微球可以為二氧化硅微球、聚苯乙烯微球和聚甲基丙烯酸甲酯微球中一種，也可以為二氧化硅微球和聚苯乙烯微球的混合體。只要是可以用以制備光子晶體的聚合物微球， 本發(fā)明具體實(shí)施例中都可以應(yīng)用。優(yōu)選的，本發(fā)明實(shí)施例中采用的聚合物微球?yàn)榫郾揭蚁┪⑶颉１景l(fā)明實(shí)施例中需要的原料簡(jiǎn)單，成本低。步驟(1)中膠體乳液的制備過程，本發(fā)明具體實(shí)施例中優(yōu)選采用如下方式通過乳液聚合，制備不同尺寸的聚合物微球，然后對(duì)其進(jìn)行濃縮獲得一定濃度的膠體乳液。對(duì)應(yīng)到可見光光譜中的顏色，聚合物微球的直徑取值于200nm-300nm之間。膠體乳液的濃度優(yōu)選為35% 45%，即聚合物微球在膠體乳液中的質(zhì)量占比為35% 45%。更有選地，膠體乳液的濃度為40%。步驟(2)中連接劑的目的是使聚合物微球結(jié)合在一起。由于聚合物微球不可能自己連接起來(lái)，只能通過加入其他連接劑，使聚合物微球結(jié)合在一起。優(yōu)選的，本發(fā)明實(shí)施例中選擇的是PVA(聚乙烯醇)溶液。PVA溶液中PVA的質(zhì)量占比優(yōu)選為13%-15%，更優(yōu)選地，質(zhì)量占比為13%。聚合物微球與PVA的質(zhì)量比優(yōu)選為5 1。在其他實(shí)施例中，連接劑也可以采用PE0、PVP等。步驟O)中，TritonX-100 (聚乙二醇辛基苯基醚)是一種表面活性劑，具有降低表明張力的作用，有助于聚合物微球和PVA混合均勻。TritonX-100與聚合物微球的質(zhì)量比優(yōu)選為_5%。步驟(3)中直接紡出來(lái)的膠體晶體纖維，是沒有顏色的。因?yàn)榫酆衔镂⑶蛑g的空隙被PVA所填滿，而且聚合物微球的折射率(1. 和PVA的折射率(1.56)差別非常小， 所以不能形成出現(xiàn)結(jié)構(gòu)色的要素之一兩種介質(zhì)要有一定的折射率差異。故步驟中需要通過去離子水的浸泡，把大部分的PVA溶去，這樣，球與球之間有了空隙，也就有了折射率差異(聚合物微球和空氣)，所以就出現(xiàn)了我們看到的顏色。膠體晶體纖維浸入在去離子水中的時(shí)間優(yōu)選為不低于10h。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合圖1以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。實(shí)施例11、通過乳液聚合，制備直徑為230nm的聚苯乙烯微球，然后將其濃縮為濃度為 40%的膠體乳液。2、取Ig的膠體乳液，然后加入質(zhì)量濃度為13%的PVA溶液0. 62g，再加入0. 012g 的Triton X-100，通過磁力攪拌，使得PVA與聚苯乙烯微球混合均勻，得到混合溶液。
3、將得到的混合溶液，裝入5ml塑料注射器中，進(jìn)行靜電紡絲。具體參數(shù)為高壓 IOkv ；接收距離15cm ；毛細(xì)管內(nèi)徑0. 3mm ；給液速率0. 5ml/h。控制靜電紡絲周圍環(huán)境條件為25°C，50% -55%相對(duì)濕度。電紡時(shí)間為5min，得到均勻的膠體晶體纖維，參圖2所示。4、將膠體晶體纖維放入去離子水中，浸泡Mh，然后取出，自然晾干，便得到具有綠色的結(jié)構(gòu)色纖維膜。步驟4通過去除了聚苯乙烯微球間的PVA，使得存在了折射率差異，從而出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)色。參圖3所示，對(duì)其進(jìn)行反射光譜測(cè)量，得出其反射峰約為513nm，為綠色結(jié)構(gòu)色。實(shí)施例21、通過乳液聚合，制備直徑為260nm的聚苯乙烯微球，然后將其濃縮為濃度為 40%的膠體乳液。2、取Ig的膠體乳液，然后加入質(zhì)量濃度為13%的PVA溶液0. 62g，再加入0. 012g 的Triton X-100，通過磁力攪拌，使得PVA與聚苯乙烯微球混合均勻，得到混合溶液。3、將得到的混合溶液，裝入5ml塑料注射器中，進(jìn)行靜電紡絲。具體參數(shù)為高壓 IOkv ；接收距離15cm ；毛細(xì)管內(nèi)徑0. 3mm ；給液速率0. 5ml/h?？刂旗o電紡絲周圍環(huán)境條件為25°C，50% -55%相對(duì)濕度。電紡時(shí)間為5min，得到均勻的膠體晶體纖維。4、將膠體晶體纖維放入去離子水中，浸泡Mh，然后取出，自然晾干，便得到具有綠色的結(jié)構(gòu)色纖維膜。步驟4通過去除了聚苯乙烯微球間的PVA，使得存在了折射率差異，從而出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)色。參圖3所示，對(duì)其進(jìn)行反射光譜測(cè)量，得出其反射峰約為600nm，為紅色結(jié)構(gòu)色。實(shí)施例31、通過乳液聚合，制備直徑為200nm的聚苯乙烯微球，然后將其濃縮為濃度為 40%的膠體乳液。2、取Ig的膠體乳液，然后加入質(zhì)量濃度為13%的PVA溶液0. 62g，再加入0. 012g 的Triton X-100，通過磁力攪拌，使得PVA與聚苯乙烯微球混合均勻，得到混合溶液。3、將得到的混合溶液，裝入5ml塑料注射器中，進(jìn)行靜電紡絲。具體參數(shù)為高壓 IOkv ；接收距離15cm ；毛細(xì)管內(nèi)徑0. 3mm ；給液速率0. 5ml/h?？刂旗o電紡絲周圍環(huán)境條件為25°C，50% -55%相對(duì)濕度。電紡時(shí)間為5min，得到均勻的膠體晶體纖維。4、將膠體晶體纖維放入去離子水中，浸泡Mh，然后取出，自然晾干，便得到具有綠色的結(jié)構(gòu)色纖維膜。步驟4通過去除了聚苯乙烯微球間的PVA，使得存在了折射率差異，從而出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)色。參圖3所示，對(duì)其進(jìn)行反射光譜測(cè)量，得出其反射峰約為430nm，為藍(lán)色結(jié)構(gòu)色。綜上所述，本發(fā)明將光與平板光子晶體平界面的相干衍射拓展到光子晶體纖維的圓柱界面，利用納米膠體微球自組裝形成光子晶體纖維，制備綠色無(wú)污染的、不需化學(xué)染料參與的結(jié)構(gòu)色纖維，而且本發(fā)明需要的原料簡(jiǎn)單，成本低，可以大量制備，不受觀察角度影響，不依賴環(huán)境光的反射。以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)制備含有聚合物微球的膠體乳液；(2)加入連接劑和TritonX-IOO并混合均勻，得到混合溶液；(3)對(duì)混合溶液進(jìn)行靜電紡絲，獲得膠體晶體纖維；(4)去除膠體晶體纖維中的連接劑，得到結(jié)構(gòu)色纖維膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，所述聚合物微球選自二氧化硅微球、聚苯乙烯微球和聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中聚合物微球的直徑為200nm-300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述聚合物微球在所述膠體乳液中的質(zhì)量占比為35% 45%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的連接劑為PVA溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，所述步驟中，所述膠體晶體纖維通過浸入在去離子水中來(lái)去除所述連接劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，所述膠體晶體纖維浸入在去離子水中的時(shí)間不低于10小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，所述PVA溶液中PVA 的質(zhì)量占比為13% -15%。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，所述聚合物微球與所述PVA的質(zhì)量比為5 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，其特征在于，所述TritonX-IOO 與聚合物微球的質(zhì)量比為_5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)色纖維膜的制備方法，包括如下步驟(1)制備含有聚合物微球的膠體乳液；(2)加入連接劑和TritonX-100并混合均勻，得到混合溶液；(3)對(duì)混合溶液進(jìn)行靜電紡絲，獲得膠體晶體纖維；(4)去除膠體晶體纖維中的連接劑，得到結(jié)構(gòu)色纖維膜。本發(fā)明將光與平板光子晶體平界面的相干衍射拓展到光子晶體纖維的圓柱界面，利用納米膠體微球自組裝形成光子晶體纖維，制備綠色無(wú)污染的、不需化學(xué)染料參與的結(jié)構(gòu)色纖維，而且本發(fā)明需要的原料簡(jiǎn)單，成本低，可以大量制備，不受觀察角度影響，不依賴環(huán)境光的反射。
文檔編號(hào)D01D1/02GK102517801SQ201110403770
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者張克勤, 袁偉 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)