一种可室温交联的光子晶体智能油墨及其制备方法和应用

1.本发明涉及光子晶体技术领域，具体涉及基于酮基聚合物胶体纳米粒子构建可室温交联光子晶体油墨的方法和应用。


背景技术：

2.油墨作为一种印刷过程中重要的材料，是承印文字、图画等的主要物质，一般由成膜物质与炭黑、钛白粉以及各种小分子有机染料组成。而光子晶体由于其独特的周期性介电结构使其具有比传统染料更宽的色域及饱和度，有望成为下一代新型环保颜料的替代品。
3.但是传统的有机/无机纳米粒子之间有较弱的界面作用力使得它们在自组装成大面积结构色载体遇到了极大的挑战。改善胶体粒子界面作用力的方法主要是通过在粒子间隙中填充弹性聚合物基质或调整聚合物粒子的玻璃化温度来使粒子与粒子之间发生部分融合这两种方法来实现的。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对传统油墨对环境有一定的污染且容易光漂白而导致文字或图案信息随着时间的推移而丢失的缺点，提供一种可室温交联的光子晶体油墨及其应用。
5.本发明的另一目的在于提供上述光子晶体油墨的制备方法。
6.本发明的目的通过以下技术方案实现。
7.一种可室温交联的光子晶体油墨，由双丙酮丙烯酰胺、苯乙烯的共聚物纳米粒子添加炭黑和己二酸二酰肼后制成。
8.所述的可室温交联的光子晶体油墨，其中，所述纳米粒子乳液的浓度为30wt％-40wt％，优选40wt％。
9.所述的可室温交联的光子晶体油墨，其中，所述添加的炭黑的浓度为0.1wt％。
10.所述的可室温交联的光子晶体油墨，其中，所述的己二酸二酰肼和双丙酮丙烯酰胺的摩尔比为0.5-2，优选1。
11.制备以上所述的一种由酮基聚合物胶体纳米粒子构建的可室温交联地光子晶体油墨的制备方法，包括以下步骤：
12.步骤1:将一定量的双丙酮丙烯酰胺和苯乙烯加入到装有100ml超纯水的圆底三颈烧瓶中，在300rpm的搅拌速度下加入一定量的sds，并在50℃下预乳化30min，此过程中持续通入氮气以排除体系中的氧气以防氧阻聚；
13.步骤2：将体系温度升至70℃并加入10ml过硫酸钾水溶液(质量分数为10wt％)引发自由基聚合，当体系渐渐出现蓝色荧光开始计时，整个聚合过程持续6h；
14.步骤3：聚合完全后通过离心洗涤以除去剩余的单体及低聚物，将纯化后的产物配制成所需浓度进行备用；
15.步骤4：将超纯水加入到纯化后的固体聚合物粒子中配制成水溶液，并经超声分散
30min使经离心团聚的纳米粒子重新均匀地分散在水溶液当中，然后再加入炭黑至体系中分散均匀，最后加入己二酸二酰肼并将体系的ph值用氨水调至弱碱性(7.5)，制得智能油墨。
16.以上所述的一种由酮基聚合物胶体纳米粒子构建的可室温交联光子晶体油墨在图案化、智能化及防伪方面的应用。
17.与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
18.1.本发明的可室温交联的光子晶体油墨，具有光子晶体的特性，与传统油墨相比无光漂白现象，同时，其分散介质为水，对于环境较为友好。
19.2.本发明的可室温交联对的光子晶体油墨，利用胶体粒子之间的化学交联反应固定粒子，得到的油墨具有亮丽的结构色，且在纸张上具有良好的附着力。
20.3.本发明的可室温交联的光子晶体油墨，在干燥固化成膜之后，其微观结构呈长程有序，油墨的结构色具有角度依赖性，同时，由于制备的胶体纳米粒子具有亲水性，油墨对于水具有一定的吸收溶胀特性，基于这两方面的性能，所述的油墨在防伪及智能油墨领域具有广阔的应用前景。
附图说明
21.图1为不同粒径的纳米粒子配置的智能油墨的光学照片及其对应的反射光谱图；
22.其中a图为油墨的光学照片，b图为油墨的反射光谱图
23.图2为交联前后胶体粒子阵列的sem图；
24.其中a图为交联前胶体粒子阵列的sem图，b图为交联后胶体粒子阵列的sem图。
25.图3为不同粒径构建的油墨所绘制的图案，以及各部位对应的反射光谱图；
26.其中a图为油墨绘制的图案，b图为各部分对应的反射光谱图。
具体实施方式
27.以下结合具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.实施例1
29.(1)前驱体胶体粒子的制备：将1g双丙酮丙烯酰胺和6g苯乙烯加入到装有100ml超纯水的圆底三颈烧瓶中，在300rpm的搅拌速率下加入0.02g十二烷基磺酸钠，并在50℃下预乳化30min，此过程中持续通入氮气以排除体系中的氧气以防氧阻聚，然后将体系温度升至70℃并加入10ml过硫酸钾水溶液(质量分数为10wt％)引发自由基聚合，当体系渐渐出现蓝色荧光开始计时，整个聚合过程持续6h。聚合完成后测得其粒径为217nm，之后通过三次离心洗涤以除去剩余的单体及低聚物。
30.(2)将超纯水加入到纯化后的固体聚合物粒子中配制成质量分数为40％的水溶液，并经超声分散30min使经离心团聚的纳米粒子重新均匀地分散在水溶液当中，然后再加入0.1wt％的炭黑至体系中分散均匀，最后加入1g己二酸二酰肼并将体系的ph值用氨水调至弱碱性(7.5)，即得智能油墨。
31.(3)图1是所得智能油墨的光学照片及其反射光谱图。从图中可以看出，由217nm的胶体粒子制成的油墨其反射峰在483nm，呈现出蓝绿色。
32.实施例2
33.(1)前驱体胶体粒子的制备：将1g双丙酮丙烯酰胺和6g苯乙烯加入到装有100ml超纯水的圆底三颈烧瓶中，在300rpm的搅拌速率下加入0.015g十二烷基磺酸钠，并在50℃下预乳化30min，此过程中持续通入氮气以排除体系中的氧气以防氧阻聚，然后将体系温度升至70℃并加入10ml过硫酸钾水溶液(质量分数为10wt％)引发自由基聚合，当体系渐渐出现蓝色荧光开始计时，整个聚合过程持续6h。聚合完成后测得其粒径为238nm，之后通过三次离心洗涤以除去剩余的单体及低聚物。
34.(2)将超纯水加入到纯化后的固体聚合物粒子中配制成质量分数为40％的水溶液，并经超声分散30min使经离心团聚的纳米粒子重新均匀地分散在水溶液当中，然后再加入0.1wt％的炭黑至体系中分散均匀，最后加入1g己二酸二酰肼并将体系的ph值用氨水调至弱碱性(7.5)，即得智能油墨。
35.(3)图1是所得智能油墨的光学照片及其反射光谱图。从图中可以看出，由238nm的胶体粒子制成的油墨其反射峰在531nm，呈现出绿色。
36.实施例3
37.(1)前驱体胶体粒子的制备：将1g双丙酮丙烯酰胺和6g苯乙烯加入到装有100ml超纯水的圆底三颈烧瓶中，在300rpm的搅拌速率下加入0.007g十二烷基磺酸钠，并在50℃下预乳化30min，此过程中持续通入氮气以排除体系中的氧气以防氧阻聚，然后将体系温度升至70℃并加入10ml过硫酸钾水溶液(质量分数为10wt％)引发自由基聚合，当体系渐渐出现蓝色荧光开始计时，整个聚合过程持续6h。聚合完成后测得其粒径为250nm，之后通过三次离心洗涤以除去剩余的单体及低聚物。
38.(2)将超纯水加入到纯化后的固体聚合物粒子中配制成质量分数为40％的水溶液，并经超声分散30min使经离心团聚的纳米粒子重新均匀地分散在水溶液当中，然后再加入0.1wt％的炭黑至体系中分散均匀，最后加入1g己二酸二酰肼并将体系的ph值用氨水调至弱碱性(7.5)，即得智能油墨。
39.(3)图1是所得智能油墨的光学照片及其反射光谱图。从图中可以看出，由250nm的胶体粒子制成的油墨其反射峰在579nm，呈现出黄色。
40.实施例4
41.(1)前驱体胶体粒子的制备：将1g双丙酮丙烯酰胺和6g苯乙烯加入到装有100ml超纯水的圆底三颈烧瓶中，在300rpm的搅拌速率下加入0.006g十二烷基磺酸钠，并在50℃下预乳化30min，此过程中持续通入氮气以排除体系中的氧气以防氧阻聚，然后将体系温度升至70℃并加入10ml过硫酸钾水溶液(质量分数为10wt％)引发自由基聚合，当体系渐渐出现蓝色荧光开始计时，整个聚合过程持续6h。聚合完成后测得其粒径为256nm，之后通过三次离心洗涤以除去剩余的单体及低聚物。
42.(2)将超纯水加入到纯化后的固体聚合物粒子中配制成质量分数为40％的水溶液，并经超声分散30min使经离心团聚的纳米粒子重新均匀地分散在水溶液当中，然后再加入0.1wt％的炭黑至体系中分散均匀，最后加入1g己二酸二酰肼并将体系的ph值用氨水调至弱碱性(7.5)，即得智能油墨。
43.(3)图1是所得智能油墨的光学照片及其反射光谱图。从图中可以看出，由256nm的胶体粒子制成的油墨其反射峰在645nm，呈现出红色。
44.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可室温交联的光子晶体油墨，其特征在于，由双丙酮丙烯酰胺、苯乙烯在水溶液中的自由基乳液聚合法合成的聚合物纳米粒子制成。所述光子晶体油墨的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将一定量的双丙酮丙烯酰胺和苯乙烯加入到装有100ml超纯水的圆底三颈烧瓶中，在300rpm的搅拌速度下加入一定量的sds，并在50℃下预乳化30min，此过程中持续通入氮气以排除体系中的氧气以防氧阻聚；步骤2：将体系温度升至70℃并加入10ml过硫酸钾水溶液(质量分数为10wt％)引发自由基聚合，当体系渐渐出现蓝色荧光开始计时，整个聚合过程持续6h；步骤3：聚合完全后通过离心洗涤以除去剩余的单体及低聚物，将纯化后的产物配制成所需浓度进行备用；步骤4：将超纯水加入到纯化后的固体聚合物粒子中配制成水溶液，并经超声分散30min使经离心团聚的纳米粒子重新均匀地分散在水溶液当中，然后再加入炭黑至体系中分散均匀，最后加入己二酸二酰肼交联并将体系的ph值用氨水调至弱碱性(7.5)，制得智能油墨。2.如权利要求1所述的一种可室温交联的光子晶体油墨，其特征在于，所述的固体聚合物粒子水溶液的质量分数为40％。3.如权利要求1所述的一种可室温交联的光子晶体油墨，其特征在于，所述的炭黑的质量分数为0.1wt％。4.如权利要求1所述的一种可室温交联的光子晶体油墨，其特征在于，所述加入的己二酸二酰肼与双丙酮丙烯酰胺的摩尔比为1:1。5.如权利要求1所述的一种可室温交联的光子晶体油墨在图案化、智能化及其防伪方面的应用。

技术总结
本发明提出一种可室温交联的光子晶体油墨的制备方法及其应用，利用双丙酮丙烯酰胺与苯乙烯发生共聚使得胶体粒子表面带有丰富的酮基，用三乙胺调节乳液至弱碱性，使用己二酸二酰肼作为固化剂，在室温的干燥过程中，随着三乙胺的挥发，酰肼与酮基发生交联反应生成腙，从而使胶体粒子之间发生化学交联反应，最终将粒子与粒子之间通过化学交联固定下来。所得到的涂层不仅具有亮丽的结构色，在纸张上具有良好的附着力，而且还可以通过调节涂层中水的含量来改变涂膜的结构颜色，这为新型环保智能油墨的开发提供了一种新的策略。能油墨的开发提供了一种新的策略。能油墨的开发提供了一种新的策略。


技术研发人员：吴朝阳 刘文钊 刘冰 范晋
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2022.09.15
技术公布日：2023/9/22