專利名稱：全色膠體光子晶體膜及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膠體光子晶體膜的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及大尺寸全色膠體光子晶體膜及其制備方法；以及該膠體光子晶體膜在涂層，印刷及化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用。特別涉及通過乳液聚合一步法制備單分散聚合物乳膠粒。
背景技術(shù)：
膠體光子晶體材料以單分散乳膠粒規(guī)整排列所形成的周期結(jié)構(gòu)對(duì)光的折射或衍射作用實(shí)現(xiàn)亮麗的色彩。通過這種方式產(chǎn)生的顏色不僅可克服通常染料/顏料制備過程中的能源消耗，環(huán)境污染等問題，還可從根本解決染料/顏料對(duì)人體的毒害作用。另外，所制備的膠體光子晶體膜形成的顏色較染料/顏料的顏色種類更為豐富，色彩更為生動(dòng)，并且所產(chǎn)生的顏色不會(huì)因光照等環(huán)境影響而變色。
目前主要有兩種途徑制備光子晶體一種是精密加工法；另一種是基于單分散乳膠粒自組裝形成的蛋白石和反蛋白石結(jié)構(gòu)。而后一種方法由于其工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，得到人們的廣泛認(rèn)可。但通常的自組裝方法都需要特定的組裝裝置，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1141733.1所公開的技術(shù)方案，需獨(dú)特的樣品池，模板制備技術(shù)及填充技術(shù)；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0815379.5所公開的技術(shù)方案，需要兩塊互相平行的玻面，且玻面在互相平行的情況下作相對(duì)振動(dòng)；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1137309.1所公開的技術(shù)方案，需電場(chǎng)控制。上述的這些專利方法都對(duì)周圍的溫度及濕度有特殊的要求。
另外，通常制備光子晶體膜所用的乳膠粒在使用前需經(jīng)過多次提純(離心或過濾)才能有效實(shí)現(xiàn)乳膠粒徑的單分散性，其工藝過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
由于傳統(tǒng)方法很難實(shí)現(xiàn)光子晶體膜的大尺寸制備使得其制備成本居高不下，在通常的專利文獻(xiàn)中，膠體光子晶體膜主要應(yīng)用在濾波器(如CN01105105.1，CN98110990.X)，光電開光(CN0310004.4，CN02160207.7)，光波導(dǎo)(CN02804125.9，CN99810798，CN01132293.4，CN02811132.X)，光纖(CN00803964.X，CN00803960.7，CN03127694.6)等方面，而很少報(bào)道將光子晶體膜應(yīng)用在涂料及化妝品領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種大尺寸全色膠體光子晶體膜。
本發(fā)明的目的之二是既不需借助特定的組裝裝置，且對(duì)周圍環(huán)境的溫度及濕度沒有特殊要求，從而可以有效克服傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的光子晶體膜大尺寸制備的缺陷，提供一種大尺寸全色膠體光子晶體膜的簡(jiǎn)單制備方法，且該方法制備出的全色膠體光子晶體膜成本低廉。
本發(fā)明的目的之三是提供一種通過一步法制備單分散乳膠粒的方法。本方法采用批量法無(wú)皂乳液聚合，通過適當(dāng)調(diào)整乳液聚合工藝，可以使一步法制備得到的單分散乳膠粒不需任何提純就可實(shí)現(xiàn)單分散指數(shù)小于或等于0.005，粒徑范圍為170～300nm。
本發(fā)明目的之四是將具有豐富色彩的乳晶膜用于工業(yè)化生產(chǎn)，尤其應(yīng)用在涂層，印刷，化妝品等領(lǐng)域。我們的專利方法具有工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，對(duì)設(shè)備無(wú)特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明采取批量法無(wú)皂乳液聚合，通過適當(dāng)調(diào)整乳液聚合工藝，可以使一步法制備得到的乳膠粒不需任何提純就可實(shí)現(xiàn)單分散指數(shù)小于或等于0.005。
通過本發(fā)明方法制備出的具有核—?dú)そY(jié)構(gòu)的乳膠粒，其粒徑范圍為170～300nm，多分散指數(shù)小于或等于0.005。所制備的膠體光子晶體膜的顏色包括紅，橙，黃，綠，青，藍(lán)，紫七種顏色，并可根據(jù)需要通過調(diào)整乳膠粒粒徑，得到更為豐富的色彩。
本發(fā)明的全色膠體光子晶體膜是具有硬核-軟殼結(jié)構(gòu)的單分散聚合物乳膠粒堆砌而成的，所述的膜具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)；單分散聚合物乳膠粒的殼層厚20～50nm，乳膠粒粒徑范圍為170～300nm，多分散指數(shù)小于或等于0.005。
隨著乳膠粒粒徑由大到小變化，所得到的膜的反射光譜的峰值位置發(fā)生藍(lán)移。
本發(fā)明具有核殼結(jié)構(gòu)的單分散聚合物乳膠粒的制備是采用批量法無(wú)皂乳液聚合一步實(shí)現(xiàn)，所采用的典型的工藝過程是將親水性依次增加的單體1，單體2，單體3混合分散在含有pH緩沖劑和/或乳化劑的水溶液中；將所得到的乳液聚合體系在轉(zhuǎn)速為300～800rpm，優(yōu)選為500rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌混合，并加熱到65～85℃(優(yōu)選溫度為78℃)，加入引發(fā)劑總量1/2的引發(fā)劑使反應(yīng)開始進(jìn)行，反應(yīng)2～4.5小時(shí)后再加入引發(fā)劑總量1/4的引發(fā)劑，其余的引發(fā)劑在繼續(xù)反應(yīng)2～4.5小時(shí)后加入，所述的引發(fā)劑總用量相當(dāng)單體總重量的0.2wt％～1wt％，優(yōu)選為0.3wt％。反應(yīng)隨后持續(xù)1～3小時(shí)結(jié)束，得到單分散指數(shù)小于或等于0.005，粒徑范圍為170～300nm的具有硬核-軟殼結(jié)構(gòu)的單分散聚合物乳膠粒。
其中，單體1的用量為乳液聚合體系中單體總重量的88～94wt％，單體2為3～6wt％，單體3為3～6wt％，pH緩沖劑在乳液聚合體系中的濃度為0～0.99wt％，乳化劑在乳液聚合體系中的濃度為0～0.01wt％。
單分散聚合物乳膠粒的核殼結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)不需要特殊的工藝過程，只是根據(jù)聚合體系中反應(yīng)單體及相應(yīng)聚合物親水性的不同，在聚合過程中親水性基團(tuán)逐步向表層遷移，而親油基團(tuán)向核層部分遷移，最終實(shí)現(xiàn)硬核-軟殼結(jié)構(gòu)。
體系的反應(yīng)時(shí)間為5～12小時(shí)，優(yōu)選反應(yīng)時(shí)間為10～11小時(shí)。
所述的反應(yīng)單體為分子中含有至少一個(gè)烯鍵的化合物，其親水性依次增加，單體1為親水性較差的反應(yīng)單體，如苯乙烯、甲基苯乙烯或它們的混合物；而單體2為親水性相對(duì)較好的單體，如丙烯酸酯類、醋酸乙烯酯或它們的混合物等，所述的丙烯酸酯類選自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯或它們的任意混合物；單體3為親水性很強(qiáng)的水溶性反應(yīng)單體，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯氰或它們的任意混合物等。微量水溶性反應(yīng)單體3的引入是為了增加體系的穩(wěn)定性。而親水性依次不同的反應(yīng)單體的選用，是為了在聚合過程中自發(fā)形成核—?dú)そY(jié)構(gòu)。
所述的引發(fā)劑選自堿金屬硫酸鹽、過硫酸銨或它們的混合物。其中引發(fā)劑是以水溶液的形式引入到聚合體系中，其溶液濃度為2～5wt％。
所述的堿金屬選自鉀或鈉。
所述的調(diào)節(jié)最終所得乳膠粒的粒徑大小的乳化劑選自十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等中的一種或一種以上的混合物。
所述的pH緩沖劑選自碳酸氫銨、碳酸氫鈉、磷酸氫鈉等中的一種或一種以上的混合物。
為保證乳膠粒單分散性的有效實(shí)現(xiàn)，聚合過程中嚴(yán)格控制攪拌速率，加料及升溫程序，以避免二次成核的出現(xiàn)。
本發(fā)明聚合體系中乳化劑用量不同，所得乳膠粒的粒徑不同，導(dǎo)致最終膠體光子晶體膜的顏色不同；本發(fā)明中乳化劑是通過溶液的方式引入體系中。例如，乳化劑用量與聚合體系中單體總量的重量比率分別為0.0214％，0.0267％，0.0299％，0.0342％，0.0427％，0.0577％，0.0641％時(shí)，所制備得到的乳膠粒徑依次為284，253，245，230，211，190，179nm，相應(yīng)膠體光子晶體膜的顏色為紅，橙，黃，綠，青，藍(lán)，紫。
本發(fā)明的全色膠體光子晶體膜的制備方法包括以下步驟(1)室溫下先將單分散聚合物乳膠粒分散在水中，然后將所得到的單分散聚合物乳膠粒乳液均勻覆蓋在平整基材上，其中單分散聚合物乳膠粒乳液的濃度為5～30wt％。
(2)常溫常壓下使步驟(1)分散單分散聚合物乳膠粒的溶劑水揮發(fā)，單分散聚合物乳膠粒在基材上以面心立方堆砌，當(dāng)涂膜干燥后，從基材上剝離，可以得到具有豐富色彩的全色膠體光子晶體膜。
所述的單分散聚合物乳膠粒的單分散指數(shù)小于或等于0.005，粒徑范圍為170～300nm。隨乳膠粒徑從170到300nm的變化，所得光子晶體膜的顏色呈現(xiàn)由紫到紅變化。
所述的基材包括玻璃、硅片、紙張或不銹鋼板等。
本發(fā)明所得到的具有豐富色彩的全色膠體光子晶體膜可應(yīng)用于彩色涂層，化妝品及印刷等領(lǐng)域。其中，全色膠體光子晶體膜主要替代其中的顏料/染料成分，而在彩色涂層及印刷品中也用作成膜劑。
根據(jù)全色膠體光子晶體成膜基材的不同，所得到的彩色涂層可以用在不同基材上。
彩色乳晶膜由于可以產(chǎn)生亮麗色彩，同時(shí)避免傳統(tǒng)染料/顏料所具有的對(duì)人體及環(huán)境的危害，而應(yīng)用于效果顏料。它的這一性能可以使其與透明涂料或化妝品的基料混合，表現(xiàn)出彩色顏料效果。
本發(fā)明的全色膠體光子晶體膜與其它透明涂料相混合的應(yīng)用過程可按如下操作進(jìn)行將本發(fā)明的全色膠體光子晶體膜從基材上剝離，粉碎到微米級(jí)粒子大小，與透明涂料及溶劑相混合，膠體光子晶體膜可以表現(xiàn)出顏料的效果，其中混合液中全色膠體光子晶體膜為1～10wt％，透明涂料為50～70wt％，溶劑為20～40wt％。
所述的透明涂料選自丙烯酸清漆、聚氨酯清漆、582-2三聚氰胺樹脂、硝基清漆中的一種或一種以上的混合物。
所述的溶劑為乙醇，乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一種或幾種混合。
具有生動(dòng)色彩同時(shí)對(duì)人體及環(huán)境無(wú)危害的彩色光子晶體膜可應(yīng)用于化妝品，尤其是彩妝系列，象口紅，眼影，指甲油等。具體應(yīng)用過程如下將本發(fā)明的全色膠體光子晶體膜從基材上剝離，粉碎到微米級(jí)粒子大小，與化妝品的基料相混合。全色光子晶體膜主要代替化妝品中的著色成分。
其中混合體系中全色膠體光子晶體膜為1～10wt％。化妝品的基料包括體質(zhì)顏料(4～12wt％)，涂膜形成劑(0～25wt％)，溶劑部分(包括油性部分(38～70wt％)，水性部分(3～12wt％)及其它助劑(0～5wt％))。
所述的體質(zhì)顏料為TiO2、高嶺土或滑石粉中的一種或幾種混合。
所述的涂膜形成劑為硝化纖維素、醇酸樹脂、磺胺樹脂或丙烯酸樹脂等中的一種或幾種混合。
所述的油性部分包括蠟質(zhì)成分，合成油部分及油性溶劑。其中蠟質(zhì)成分為小燭樹蠟、固體石蠟、蜂蠟或巴西棕櫚蠟的一種或幾種混合；合成油多為甘油酯，特別是甘油三酸酯或蓖麻醇酸辛基十二烷酯的一種或幾種混合；油性溶劑為蓖麻油及一些助溶劑，象硬脂酸丁酯，癸二酸二乙酯，四氫糠醇及其乙酸酯。
所述的水性部分包括水、甘油、丙二醇、甘醇或聚乙二醇等中的一種或幾種混合。
所述的其它助劑包括非離子表面活性劑，增塑劑等。其中非離子表面活性劑多為環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌鍛共聚物，如聚氧乙烯(25)聚氧丙烯(202)十四烷醚；增塑劑為檸檬酸乙酰三丁酯、樟腦等中的一種或幾種混合。
當(dāng)將本發(fā)明用于彩色印刷時(shí)，是以單分散聚合物乳膠粒作為起始原料。其中的單分散聚合物乳膠粒既作為成膜劑或黏合劑，又作為其中的染料/顏料部分。其一般配方為單分散性聚合物乳膠粒乳液(5～10wt％)，保濕劑(0.5～2wt％)，其余為去離子水，將上述三者充分?jǐn)嚢杌旌虾?，注入彩色打印機(jī)的墨盒中待用。
其中的保濕劑為乙二醇，丙二醇，聚乙二醇的一種或幾種混合。
本發(fā)明中具有核-殼結(jié)構(gòu)的單分散聚合物乳膠粒通過無(wú)皂乳液聚合一步法制備，其制備工藝簡(jiǎn)單，乳膠粒的大小及形態(tài)容易控制，所制備得到的乳膠粒不需要進(jìn)行任何提純就可實(shí)現(xiàn)單分散指數(shù)小于或等于0.005。本發(fā)明的膠體光子晶體膜的自組裝制備，采用一種簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)將一定濃度的單分散乳膠粒均勻覆蓋在平整基材上，待其中的分散液揮發(fā)干后，便形成周期性排列有序的三維光子晶體膜。該方法簡(jiǎn)單易行，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，有利于實(shí)現(xiàn)光子晶體膜的大規(guī)模制備。根據(jù)所用單分散乳膠粒粒徑的不同，本發(fā)明所得全色膠體光子晶體膜可以呈現(xiàn)出由紅到紫各種顏色。
前述采用一步乳液聚合制備得到的具有硬核-軟殼結(jié)構(gòu)的單分散乳膠粒在自組裝過程中殼層發(fā)生變形，形成致密的蜂窩結(jié)構(gòu)，有利于提高膜的機(jī)械穩(wěn)定性。
該方法制備得到的全色乳晶膜由于為聚合物膜，在提供亮麗色彩的同時(shí)，可以避免常規(guī)的染料/顏料對(duì)環(huán)境及人體的危害，而廣泛應(yīng)用在彩色涂層，印刷及化妝品領(lǐng)域。
由于彩色乳晶膜所用的材料為功能性可調(diào)的聚合物，這樣使得與各種基材之間具有很好的黏結(jié)性。
以下結(jié)合附圖并通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1，2，3中典型的乳膠粒單分散性的粒徑分布圖(粒徑245.1，多分散指數(shù)0.003)。
圖2a本發(fā)明實(shí)施例4的膠體光子晶體膜，顏色分別為紅，橙，黃，綠，青，藍(lán)，紫的膠體光子晶體膜。
圖2b本發(fā)明實(shí)施例4的膠體光子晶體膜的反射光譜圖。
圖3本發(fā)明實(shí)施例4的三維周期性排列長(zhǎng)程有序膠乳光子晶體膜的SEM照片，所得到的膜具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(單分散聚合物乳膠粒制備)將單體混合物甲基丙烯酸甲酯(0.5克)、苯乙烯(7克)、甲基苯乙烯(8克)及丙烯酸(0.5克)，pH緩沖劑碳酸氫銨(0.5克)及乳化劑十二烷基苯磺酸鈉與十二烷基磺酸鈉的混合物(重量百分比1∶1)(3.419mg)分散在水(100mL)中，將所得到的混合體系在500rpm攪拌混合，并加熱到65℃。加入10毫升的過硫酸銨(0.5克溶解在20毫升水中)水溶液使反應(yīng)開始進(jìn)行，反應(yīng)4.5小時(shí)后再加入5毫升的過硫酸銨水溶液，其余的過硫酸銨水溶液在繼續(xù)反應(yīng)4.5小時(shí)后加入，反應(yīng)隨后持續(xù)3小時(shí)結(jié)束。最終得到單分散指數(shù)小于或等于0.005，粒徑范圍為284nm的單分散聚合物乳膠粒。
當(dāng)改變其中乳化劑十二烷基苯磺酸鈉與十二烷基磺酸鈉的混合物(重量百分比1∶1)的用量分別為4.272、4.784、5.472、6.832、9.232或10.256mg時(shí)，所得到最終乳膠粒粒徑范圍分別為253，245，230，211，190或179nm，乳膠粒的單分散指數(shù)小于或等于0.005。
實(shí)施例2(單分散聚合物乳膠粒制備)將單體混合物醋酸乙烯酯(0.5克)、甲基丙烯酸丁酯(0.5克)，甲基苯乙烯(21克)、丙烯酰胺(0.6克)及丙烯酸(0.4克)，pH緩沖劑磷酸氫鈉(0.6克)與碳酸氫銨(0.6克)的混合物及乳化劑十二烷基硫酸鈉(4.920mg)溶解在水(100mL)中，將所得到的混合體系在800rpm攪拌混合，并加熱到85℃。加入10毫升的引發(fā)劑(由過硫酸鉀(0.6克)與過硫酸銨(0.4克)溶解在20毫升水中得到)使反應(yīng)開始進(jìn)行，反應(yīng)2小時(shí)后再加入5毫升的引發(fā)劑水溶液，其余的引發(fā)劑水溶液在繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)后加入，反應(yīng)隨后持續(xù)1小時(shí)后結(jié)束。最終得到單分散指數(shù)小于或等于0.005，粒徑范圍為284nm的單分散聚合物乳膠粒。
當(dāng)改變其中乳化劑十二烷基硫酸鈉的用量分別為6.141mg、6.877、7.866、9.821、13.271或14.743mg時(shí)，所得到最終乳膠粒粒徑范圍分別為253，245，230，211，190或179nm，乳膠粒的單分散指數(shù)小于或等于0.005。
實(shí)施例3(單分散聚合物乳膠粒制備)將單體混合物甲基丙烯酸異丁酯(1.2克)，甲基苯乙烯(18克)及甲基丙烯酸(1.2克)，pH緩沖劑碳酸氫鈉(1.0克)及乳化劑十二烷基磺酸鈉(4.366mg)溶解在水(100mL)中，將所得到的混合體系在600rpm攪拌混合，并加熱到75℃。加入10毫升的過硫酸鉀(0.8克溶解在20毫升水中)水溶液使反應(yīng)開始進(jìn)行，反應(yīng)3.5小時(shí)后再加入5毫升的過硫酸鉀水溶液，其余的過硫酸鉀水溶液在繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)后加入，反應(yīng)隨后持續(xù)2小時(shí)后結(jié)束。最終得到單分散指數(shù)小于或等于0.005，粒徑范圍約為284nm的單分散聚合物乳膠粒。
當(dāng)改變其中乳化劑十二烷基磺酸鈉的用量分別為5.447mg、6.10、6.977、8.711、11.771或13.076mg時(shí)，所得到最終乳膠粒粒徑范圍分別為253，245，230，211，190或179nm，乳膠粒的單分散指數(shù)小于或等于0.005。
實(shí)施例4(應(yīng)用于彩色涂層)在室溫下將濃度為5wt％的實(shí)施例1中制備得到的單分散聚合物乳膠粒分別均勻覆蓋在清潔的玻璃、硅片或不銹鋼扳基材上，待其中的分散液水分揮發(fā)干后，便形成周期性排列有序的三維光子晶體膜。實(shí)施例1中所得單分散聚合物乳膠粒的粒徑分別為284，253，245，230，211，190，179nm時(shí)，相應(yīng)所制備得到的膠體光子晶體膜的顏色為紅，橙，黃，綠，青，藍(lán)，紫。
實(shí)施例5(在透明涂料中用作顏料)將用實(shí)施例1制備得到的單分散聚合物乳膠粒采用實(shí)施例4方法制備得到的紅色膠體光子晶體膜從玻璃基材上剝離(用量為10wt％)，粉碎到微米級(jí)大小，與丙烯酸清漆(60wt％)及一定量乙醇(30wt％)相混合使用，得到紅色涂料。
實(shí)施實(shí)例6(應(yīng)用于口紅)TiO2(10wt％)，紅色膠體光子晶體(8.0wt％，代替顏料部分)，小燭樹蠟(5.0wt％)，純地蠟(4.0wt％)，巴西棕櫚蠟(2.0wt％)，蓖麻油(30.0wt％)，異硬脂酸二甘油酯(28.50wt％)，聚氧乙烯(25)聚氧丙烯(202)十四烷醚(1.5wt％)，去離子水(8.0wt％)，甘油(2.0wt％)，丙二醇(1.0wt％)。
制法將TiO2及用前述實(shí)施例1制備得到的粒徑為284nm的單分散聚合物乳膠粒采用實(shí)施例4方法制備得到的紅色膠體光子晶體(粉碎到微米大小)加入蓖麻油中，用滾筒處理；將去離子水，甘油，丙二醇在80℃均一溶解形成水相；將其它成分混合加熱熔解后，將前述滾筒處理部分及水相部分加入，使用均質(zhì)攪拌機(jī)均一分散，隨后，使其流入模具后冷卻成為細(xì)圓條狀。
實(shí)施例7(用于彩色打印機(jī))將實(shí)施例1制備得到的單分散性聚合物乳膠粒乳液、二甘醇、丙二醇、去離子水充分?jǐn)嚢杌旌?，注入彩色打印機(jī)的墨盒中待用。其中，二甘醇與丙二醇的重量百分比為1∶1，體系中單分散性聚合物乳膠粒乳液的濃度為8wt％，二甘醇與丙二醇混合物的濃度為1wt％，余量為去離子水。
權(quán)利要求
1.一種全色膠體光子晶體膜，其特征是所述的全色膠體光子晶體膜是具有硬核-軟殼結(jié)構(gòu)的單分散聚合物乳膠粒堆砌而成的，所述的膜具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)；單分散聚合物乳膠粒的殼層厚20～50nm，乳膠粒粒徑范圍為170～300nm，多分散指數(shù)小于或等于0.005。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全色膠體光子晶體膜，其特征是所述的全色膠體光子晶體膜隨著乳膠粒粒徑由大到小變化，所得到的膠體光子晶體膜的反射光譜的峰值位置發(fā)生藍(lán)移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全色膠體光子晶體膜，其特征是，所述的單分散聚合物乳膠粒是通過下述方法制備得到的將親水性依次增加的單體1，單體2，單體3混合分散在含有pH緩沖劑和/或乳化劑的水溶液中；將所得到的乳液聚合體系在轉(zhuǎn)速為300～800rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌混合，并加熱到65～85℃，加入引發(fā)劑總量1/2的引發(fā)劑使反應(yīng)開始進(jìn)行，反應(yīng)2～4.5小時(shí)后再加入引發(fā)劑總量1/4的引發(fā)劑，其余的引發(fā)劑在繼續(xù)反應(yīng)2～4.5小時(shí)后加入，所述的引發(fā)劑總用量相當(dāng)單體總重量的0.2％～1wt％；反應(yīng)結(jié)束后得到單分散指數(shù)小于或等于0.005，粒徑范圍為170～300nm的具有硬核-軟殼結(jié)構(gòu)的單分散聚合物乳膠粒；所述的單體1的用量為乳液聚合體系中單體總重量的88～94wt％，單體2為3～6wt％，單體3為3～6wt％，pH緩沖劑在乳液聚合體系中的濃度為0～0.99wt％，乳化劑在乳液聚合體系中的濃度為0～0.01wt％；所述的單體1選自苯乙烯、甲基苯乙烯或它們的混合物；所述的單體2選自丙烯酸酯類、醋酸乙烯酯或它們的混合物；所述的單體3選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯氰或它們的任意混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全色膠體光子晶體膜，其特征是所述的丙烯酸酯類選自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯或它們的任意混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全色膠體光子晶體膜，其特征是所述的引發(fā)劑是以水溶液的形式引入到聚合體系中，其溶液濃度為2～5wt％；引發(fā)劑選自堿金屬硫酸鹽、過硫酸銨或它們的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全色膠體光子晶體膜，其特征是所述的乳化劑選自十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或一種以上的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全色膠體光子晶體膜，其特征是所述的pH緩沖劑選自碳酸氫銨、碳酸氫鈉、磷酸氫鈉中的一種或一種以上的混合物。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的全色膠體光子晶體膜的制備方法，其特征是，所述的方法包括以下步驟(1)室溫下將單分散聚合物乳膠粒分散在水中，然后將所得到的單分散聚合物乳膠粒乳液均勻覆蓋在平整基材上，其中單分散聚合物乳膠粒乳液的濃度為5～30wt％；(2)常溫常壓下使步驟(1)分散單分散聚合物乳膠粒的溶劑水揮發(fā)，單分散聚合物乳膠粒在基材上以面心立方堆砌，當(dāng)涂膜干燥后，從基材上剝離，得到全色膠體光子晶體膜；所述的全色膠體光子晶體膜是具有硬核-軟殼結(jié)構(gòu)的單分散聚合物乳膠粒堆砌而成的，所述的膜具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)；單分散聚合物乳膠粒的殼層厚20～50nm，乳膠粒粒徑范圍為170～300nm，多分散指數(shù)小于或等于0.005。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全色膠體光子晶體膜的制備方法，其特征是，所述的單分散聚合物乳膠粒是通過下述方法制備得到的將親水性依次增加的單體1，單體2，單體3混合分散在pH緩沖劑及乳化劑的水溶液中；將所得到的乳液聚合體系在轉(zhuǎn)速為300～800rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌混合，并加熱到65～85℃，加入引發(fā)劑總量1/2的引發(fā)劑使反應(yīng)開始進(jìn)行，反應(yīng)2～4.5小時(shí)后再加入引發(fā)劑總量1/4的引發(fā)劑，其余的引發(fā)劑在繼續(xù)反應(yīng)2～4.5小時(shí)后加入，所述的引發(fā)劑總用量相當(dāng)單體總重量的0.2％～1wt％；反應(yīng)結(jié)束后得到單分散指數(shù)小于或等于0.005，粒徑范圍為170～300nm的具有硬核-軟殼結(jié)構(gòu)的單分散聚合物乳膠粒；所述的單體1的用量為乳液聚合體系中單體總重量的88～94wt％，單體2為3～6wt％，單體3為3～6wt％，pH緩沖劑在乳液聚合體系中的濃度為0～0.99wt％，乳化劑在乳液聚合體系中的濃度為0～0.01wt％；所述的單體1選自苯乙烯、甲基苯乙烯或它們的混合物；所述的單體2選自丙烯酸酯類、醋酸乙烯酯或它們的混合物；所述的單體3選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯氰或它們的任意混合物；所述的丙烯酸酯類選自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯或它們的任意混合物；所述的引發(fā)劑是以水溶液的形式引入到聚合體系中，其溶液濃度為2～5wt％；引發(fā)劑選自堿金屬硫酸鹽、過硫酸銨或它們的混合物；所述的乳化劑選自十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或一種以上的混合物；所述的pH緩沖劑選自碳酸氫銨、碳酸氫鈉、磷酸氫鈉中的一種或一種以上的混合物。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的全色膠體光子晶體膜的用途，其特征是所述的全色乳膠光子晶體膜用于涂料、印刷油墨或化妝品中的顏料或染料成分；或?qū)⑷槟z光子晶體膜作為彩色涂料或印刷油墨中的成膜劑或黏合劑。
全文摘要
本發(fā)明屬于膠體光子晶體膜的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及大尺寸全色膠體光子晶體膜及其制備方法；以及該膠體光子晶體膜在涂層，印刷及化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用。將具有硬核－軟殼結(jié)構(gòu)的單分散聚合物乳膠粒均勻覆蓋在平整基材上，待其中的分散液揮發(fā)干后，得到由單分散聚合物乳膠粒堆砌而成的全色膠體光子晶體膜，所述的膜具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)；單分散聚合物乳膠粒殼層厚20～50nm，乳膠粒粒徑范圍為170～300nm，多分散指數(shù)小于或等于0.005。根據(jù)所用單分散乳膠粒粒徑的不同，本發(fā)明所得乳膠光子晶體膜可以呈現(xiàn)出由紫到紅各種顏色。這種具有豐富色彩的膠體光子晶體膜可以應(yīng)用在彩色涂層、化妝品、印刷等各個(gè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02F1/00GK1808214SQ200510011219
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者王京霞, 宋延林, 江雷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所