基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法

1.本技术涉及但不限于微纳压印技术领域，尤其涉及一种基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法。


背景技术：

2.光是物体颜色的来源，其中，色素色是单一物质对光的吸收或反射后直观呈现出的颜色，而结构色则是一种大量有序结构对不同波长的光散射、衍射或干涉后产生的各种颜色，具有不褪色、环保和虹彩效应等优点。相关技术中，一般采用湿法镀膜的方式将热塑性材料和二氧化硅等材料进行加工，从而得到结构色薄膜，但此种方式能耗较高。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，能够有效降低制备结构色薄膜的能耗。
4.本技术实施例提供了一种基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，包括：
5.获取纤维素水凝胶膜，对所述纤维素水凝胶膜进行单面表层快速雾化软化处理，所述雾化软化处理为喷雾、汽蒸和超声波雾化中的一种；
6.利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，得到纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜，所述目标压印模具设置有微纳图案；
7.将所述目标压印模具和所述纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜在拉紧的致密金属筛网上进行悬空烘干处理，得到初始结构色纤维素膜，其中，所述初始结构色纤维素膜的第一面具有所述微纳图案，所述初始结构色纤维素膜的第二面不具有所述微纳图案；
8.对所述初始结构色纤维素膜的第一面进行拒水拒油干法涂覆处理，对所述初始结构色纤维素膜的第二面进行高分光干法涂覆处理，得到拒水拒油结构色纤维素膜。
9.根据本技术实施例的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，至少具有如下有益效果：获取纤维素水凝胶膜，对所述纤维素水凝胶膜进行单面表层快速雾化软化处理，所述雾化软化处理为喷雾、汽蒸和超声波雾化中的一种；利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，得到纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜，目标压印模具设置有微纳图案；将所述目标压印模具和所述纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜在拉紧的致密金属筛网上进行悬空烘干处理，得到初始结构色纤维素膜，其中，所述初始结构色纤维素膜的第一面具有所述微纳图案，所述初始结构色纤维素膜的第二面不具有所述微纳图案；对所述初始结构色纤维素膜的第一面进行拒水拒油干法涂覆处理，对所述初始结构色纤维素膜的第二面进行高分光干法涂覆处理，得到拒水拒油结构色纤维素膜。根据本技术的技术方案，利用设置有微纳图案的目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，并进行加热烘干处理，能够使得纤维素水凝胶膜形成结构色彩，得到初始结构色纤维素膜，再进行拒水拒油干法涂覆处理和高分光干法涂覆处理，得到拒水拒油结构
色纤维素膜，相较于相关技术中采用湿法镀膜的方式将热塑性材料和二氧化硅等材料进行加工，从而得到结构色薄膜，能够有效降低制备结构色薄膜的能耗。
10.根据本技术的一些实施例，所述对所述初始结构色纤维素膜的第一面进行拒水拒油干法涂覆处理包括：
11.采用磁控溅射法在所述初始结构色纤维素膜的第一面涂覆一层疏水疏油涂层。
12.根据本技术的一些实施例，所述对所述初始结构色纤维素膜的第二面进行高分光干法涂覆处理包括：
13.采用磁控溅射法在所述初始结构色纤维素膜的第二面涂覆一层高反射率涂层。
14.根据本技术的一些实施例，所述微纳图案的周期为300nm至3000nm。
15.根据本技术的一些实施例，所述目标压印模具的材料为pdms或环氧树脂。
16.根据本技术的一些实施例，所述疏水疏油涂层或所述高反射率涂层的厚度为3μm至5μm。
17.根据本技术的一些实施例，所述疏水疏油涂层的材料包括聚四氟乙烯和聚酯。
18.根据本技术的一些实施例，所述高反射率涂层的反射率大于85％。
19.根据本技术的一些实施例，所述高反射率涂层的材料为铝。
附图说明
20.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
21.图1是本技术一个实施例提供的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法的步骤流程图；
22.图2是本技术另一个实施例提供的涂覆疏水疏油涂层的步骤流程图；
23.图3是本技术另一个实施例提供的涂覆高反射率涂层的步骤流程图；
24.图4是本技术另一个实施例提供的结构色纤维素膜的断裂强度图。
具体实施方式
25.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
26.可以理解的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书、权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
27.本技术提供了一种基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，包括：获取纤维素水凝胶膜，对纤维素水凝胶膜进行单面表层快速雾化软化处理，雾化软化处理为喷雾、汽蒸和超声波雾化中的一种；利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，得到纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜，目标压印模具设置有微纳图案；将目标压印模具和纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜在拉紧的致密金属筛网上进行悬空烘干处理，得到初始结构色纤维素膜，其中，初始结构色纤维素膜的第一面具有微纳图案，初
始结构色纤维素膜的第二面不具有微纳图案；对初始结构色纤维素膜的第一面进行拒水拒油干法涂覆处理，使得初始结构色纤维素膜拒水拒油，对初始结构色纤维素膜的第二面进行高分光干法涂覆处理，使得初始结构色纤维素膜的结构色彩更加鲜艳，得到拒水拒油结构色纤维素膜。根据本技术的技术方案，利用设置有微纳图案的目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，并进行加热烘干处理，能够使得纤维素水凝胶膜形成结构色彩，得到初始结构色纤维素膜，再进行拒水拒油干法涂覆处理和高分光干法涂覆处理，得到拒水拒油结构色纤维素膜，相较于相关技术中采用湿法镀膜的方式将热塑性材料和二氧化硅等材料进行加工，从而得到结构色薄膜，能够有效降低制备结构色薄膜的能耗。
28.下面结合附图，对本技术实施例作进一步阐述。
29.参照图1，图1是本技术一个实施例提供的一种基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，包括：
30.步骤s110，获取纤维素水凝胶膜，对纤维素水凝胶膜进行单面表层快速雾化软化处理，雾化软化处理为喷雾、汽蒸和超声波雾化中的一种；
31.步骤s120，利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，得到纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜，目标压印模具设置有微纳图案；
32.步骤s130，将目标压印模具和纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜在拉紧的致密金属筛网上进行悬空烘干处理，得到初始结构色纤维素膜，其中，初始结构色纤维素膜的第一面具有微纳图案，初始结构色纤维素膜的第二面不具有微纳图案；
33.步骤s140，对初始结构色纤维素膜的第一面进行拒水拒油干法涂覆处理，对初始结构色纤维素膜的第二面进行高分光干法涂覆处理，得到拒水拒油结构色纤维素膜。
34.需要说明的是，本技术实施例也不限制目标压印模具的具体制备方式，可以是采用划线机制备具有微纳图案的压印模具，也可以是采用光刻机制备具有微纳图案的压印模具，还可以是采用蚀刻的方法制备具有微纳图案的压印模具。
35.另外，需要说明的是，本技术实施例并不限制利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理的具体方式，可以是利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，单独成膜，也可以是利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜和其他材料一起进行纳米压印处理，形成复合膜。
36.可以理解的是，目标压印模具和纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜是以压印状态进行加热烘干处理，即目标压印模具和纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜以一个整体进行加热烘干处理，能够避免纤维素水凝胶膜滑动，使得加热烘干处理后的初始结构色纤维素膜上的微纳图案均匀且清晰。另外，可以将目标压印模具和纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜放在拉紧的致密金属筛网上，进行悬空加热烘干处理，也可以是将目标压印模具和纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜放置在烘干炉内进行加热烘干处理，还可以是发热丝加热烘干处理、红外加热烘干处理、微波加热烘干处理等，在此不作限制，能够实现对目标压印模具和纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜进行加热烘干处理即可。
37.可以理解的是，纤维素水凝胶具有生物相容性好,存量大、可降解且易于回收利用等优点，参照图4，采用纤维素水凝胶制备的初始结构色纤维素膜，初始结构色纤维素膜的断裂强度较高，具有绿色环保、耐高温、耐摩擦、机械性能好、透明度高和雾度低的优点，而且能够有效降低成本。
38.可以理解的是，获取纤维素水凝胶膜，对纤维素水凝胶膜进行单面表层快速雾化软化处理，雾化软化处理为喷雾、汽蒸和超声波雾化中的一种，使得纤维素水凝胶膜的纤维分散，分子流动性增强；利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，得到纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜，目标压印模具设置有微纳图案，使得目标压印模具上的微纳图案压印至纤维素水凝膜的雾化软化处理的一面，微纳图案纹路有水导向作用和增强亲疏水性的作用；将目标压印模具和纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜在拉紧的致密金属筛网上进行悬空烘干处理，纤维素水凝胶膜的纤维在加热烘干处理后变得紧凑，分子失去流动性，形成结构色彩，得到初始结构色纤维素膜，其中，初始结构色纤维素膜的第一面具有微纳图案，初始结构色纤维素膜的第二面不具有微纳图案。再对初始结构色纤维素膜的第一面进行拒水拒油干法涂覆处理，使得初始结构色纤维素膜拒水拒油，对初始结构色纤维素膜的第二面进行高分光干法涂覆处理，使得初始结构色纤维素膜的结构色彩更加鲜艳，得到拒水拒油结构色纤维素膜。根据本技术的技术方案，利用设置有微纳图案的目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，并进行加热烘干处理，能够使得纤维素水凝胶膜形成结构色彩，得到初始结构色纤维素膜，再进行拒水拒油干法涂覆处理和高分光干法涂覆处理，得到拒水拒油结构色纤维素膜，相较于相关技术中采用湿法镀膜的方式将热塑性材料和二氧化硅等材料进行加工，从而得到结构色薄膜，能够有效降低制备结构色薄膜的能耗。
39.另外，参照图2，在一实施例中，在图1所示实施例中的步骤s140还包括但不限于有以下步骤：
40.步骤s210，采用磁控溅射法在初始结构色纤维素膜的第一面涂覆一层疏水疏油涂层。
41.需要说明的是，本技术实施例并不限制在初始结构色纤维素膜的第一面涂覆的具体内容，可以是疏水疏油涂层，也可以是透明防护涂层。本技术实施例也不限制在初始结构色纤维素膜的第一面涂覆疏水疏油涂层的具体涂层数量，可以是一层，也可以是多层。
42.需要说明的是，本技术实施例并不限制在初始结构色纤维素膜涂覆疏水疏油涂层的具体方式，可以是采用磁控溅射法，也可以是采用射频溅射法。
43.可以理解的是，磁控溅射法具有沉积速度快、基材温升低、对膜层的损伤小的优点，采用磁控溅射法在初始结构色纤维素膜涂覆疏水疏油涂层或高反射率涂层，使得后续得到的拒水拒油结构色纤维素膜上的疏水疏油涂层纯度高、致密性好、成膜均匀性好。
44.可以理解的是，采用磁控溅射法在初始结构色纤维素膜的第一面涂覆一层疏水疏油涂层，能够使得后续得到的拒水拒油结构色纤维素膜拒水拒油，延长拒水拒油结构色纤维素膜的使用寿命。
45.另外，参照图3，在一实施例中，在图1所示实施例中的步骤s140还包括但不限于有以下步骤：
46.步骤s310，采用磁控溅射法在初始结构色纤维素膜的第二面涂覆一层高反射率涂层。
47.需要说明的是，本技术实施例并不限制在初始结构色纤维素膜的第二面涂覆的具体内容，可以是高反射率涂层，也可以是透明防护涂层。本技术实施例也不限制在初始结构色纤维素膜的第一面涂覆高反射率涂层的具体涂层数量，可以是一层，也可以是多层。
48.需要说明的是，本技术实施例并不限制在初始结构色纤维素膜涂覆高反射率涂层的具体方式，可以是采用磁控溅射法，也可以是采用射频溅射法。
49.可以理解的是，磁控溅射法具有沉积速度快、基材温升低、对膜层的损伤小的优点，采用磁控溅射法在初始结构色纤维素膜涂覆高反射率涂层，使得后续得到的拒水拒油结构色纤维素膜上的高反射率涂层纯度高、致密性好、成膜均匀性好。
50.可以理解的是，采用磁控溅射法在初始结构色纤维素膜的第二面涂覆一层高反射率涂层，能够提高色彩饱和度，使得后续得到的拒水拒油结构色纤维素膜的结构色彩更加鲜艳。
51.另外，在一实施例中，微纳图案的周期为300nm至3000nm。
52.需要说明的是，本技术实施例并不限制微纳图案的具体内容，可以是预设的微纳图案，也可以是自定义的微纳图案，微纳图案可以是一维的光子晶体，也可以是二维的光子晶体，还可以是三维的光子晶体。
53.可以理解的是，不同周期的微纳图案可以显现出不同方向的衍射或折射光,从而产生特定图案的结构色彩，微纳图案的周期为300nm至3000nm，能够提高压印在纤维素水凝胶膜的微纳图案的分辨率，可以多角度观测到拒水拒油结构色纤维素膜的结构色彩。
54.另外，在一实施例中，目标压印模具的材料为pdms或环氧树脂。
55.需要说明的是，本技术实施例并不限制目标压印模具的具体材料，可以是pdms或环氧树脂，也可以是碳素工具钢，还可以是石英和金刚石等材料。
56.可以理解的是，pdms的杨氏模量低,具有很好的柔韧性和拉伸性；耐腐蚀性强和高介电强度,在广泛的使用温度范围内具有很好的透明性和稳定性。环氧树脂具有良好的电绝缘性，耐电弧、耐表面漏电性能好；耐水性好，室温下的吸水率约0.5％以下，可做防水防潮材料；粘结力强，机械强度高，固化成型方便，可在室温及接触压力下固化，也可在加热加压下固化成型。采用pdms或环氧树脂制备目标压印模具，操作简便，能够有效提高目标压印模具的机械性能，同时降低拒水拒油结构色纤维素膜的制备成本。
57.另外，在一实施例中，疏水疏油涂层或高反射率涂层的厚度为3μm至5μm。
58.需要说明的是，本技术实施例并不限制疏水疏油涂层或高反射率涂层的具体厚度，可以是3μm至5μm，也可以是4μm至7μm。
59.可以理解的是，疏水疏油涂层或高反射率涂层的厚度为3μm至5μm，使得疏水疏油涂层或高反射率涂层的粘度低，涂覆在初始结构色纤维素膜之后形成比较薄的涂层，表面比较光滑、平整和细致，提高使用体验感。
60.另外，在一实施例中，疏水疏油涂层的材料包括聚四氟乙烯和聚酯。
61.需要说明的是，本技术实施例并不限制疏水疏油涂层的具体材料，可以是包括聚四氟乙烯和聚酯，也可以是包括有机硅涂料和氟碳涂料等。
62.可以理解的是，聚四氟乙烯具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂、耐高温、耐腐蚀和具有很好的机械韧性的特点，聚酯具有硬度高、坚硬耐磨、耐湿热、耐干热、光泽度高和保光保色性能好的特点。疏水疏油涂层的材料包括聚四氟乙烯和聚酯，能够有效提高拒水拒油结构色纤维素膜上的疏水疏油涂层的疏水疏油效果，较好地保护拒水拒油结构色纤维素膜，延长拒水拒油结构色纤维素膜的使用寿命。
63.可以理解的是，疏水疏油涂层的材料的拒油等级越高，拒油效果越好；疏水疏油涂
层的材料与水的接触角度越大，疏水性越强。其中，聚四氟乙烯的拒油等级为8级，聚四氟乙烯与水的接触角度在115
°
至120
°
之间，能够保证拒水拒油结构色纤维素膜上的疏水疏油涂层的疏水疏油效果。因此，在本技术实施例中，更优选采用聚四氟乙烯作为疏水疏油涂层的材料。
64.另外，在一实施例中，高反射率涂层的反射率大于85％。
65.需要说明的是，本技术实施例并不限制高反射率涂层的反射率的具体数值，可以是大于85％，也可以是小于85％。
66.可以理解的是，高反射率涂层的反射率大于85％，能够减少光的损失，扩大照射面积，能够提高光线自然柔和度和均匀性，使得拒水拒油结构色纤维素膜的结构色彩的亮度更高，结构色彩的饱和度更佳。
67.另外，在一实施例中，高反射率涂层的材料为铝。
68.需要说明的是，本技术实施例并不限制高反射率涂层的具体材料，可以是铝，也可以是银，还可以是铜等。
69.可以理解的是，在初始结构色纤维素膜的第二面涂覆一层铝材料，作为高反射率涂层，表面会形成氧化铝，能够保证后续得到的拒水拒油结构色纤维素膜的结构色彩鲜艳，并且氧化铝可以起到保护作用，延长拒水拒油结构色纤维素膜上的高反射率涂层的使用寿命。
70.需要说明的是，本技术实施例并不限制结构色纤维素膜的具体应用场景，可以应用于防伪包装，也可以应用于交通安全反光设施，还可以应用于装饰等。
71.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
72.以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，其特征在于，包括：获取纤维素水凝胶膜，对所述纤维素水凝胶膜进行单面表层快速雾化软化处理，所述雾化软化处理为喷雾、汽蒸和超声波雾化中的一种；利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，得到纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜，所述目标压印模具设置有微纳图案；将所述目标压印模具和所述纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜在拉紧的致密金属筛网上进行悬空烘干处理，得到初始结构色纤维素膜，其中，所述初始结构色纤维素膜的第一面具有所述微纳图案，所述初始结构色纤维素膜的第二面不具有所述微纳图案；对所述初始结构色纤维素膜的第一面进行拒水拒油干法涂覆处理，对所述初始结构色纤维素膜的第二面进行高分光干法涂覆处理，得到拒水拒油结构色纤维素膜。2.根据权利要求1所述的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述对所述初始结构色纤维素膜的第一面进行拒水拒油干法涂覆处理包括：采用磁控溅射法在所述初始结构色纤维素膜的第一面涂覆一层疏水疏油涂层。3.根据权利要求2所述的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述对所述初始结构色纤维素膜的第二面进行高分光干法涂覆处理包括：采用磁控溅射法在所述初始结构色纤维素膜的第二面涂覆一层高反射率涂层。4.根据权利要求1所述的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述微纳图案的周期为300nm至3000nm。5.根据权利要求1所述的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述目标压印模具的材料为pdms或环氧树脂。6.根据权利要求2或3所述的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述疏水疏油涂层或所述高反射率涂层的厚度为3μm至5μm。7.根据权利要求2所述的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述疏水疏油涂层的材料包括聚四氟乙烯和聚酯。8.根据权利要求3所述的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述高反射率涂层的反射率大于85％。9.根据权利要求8所述的基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，其特征在于，所述高反射率涂层的材料为铝。

技术总结
本申请公开了一种基于纳米压印的拒水拒油结构色纤维素膜的制备方法，包括：获取纤维素水凝胶膜，对纤维素水凝胶膜进行单面表层快速雾化软化处理，利用目标压印模具对软化后的纤维素水凝胶膜进行纳米压印处理，得到纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜，目标压印模具设置有微纳图案；将目标压印模具和纳米压印处理后的纤维素水凝胶膜在拉紧的致密金属筛网上进行悬空烘干处理，使得纤维素水凝胶膜形成结构色彩，得到初始结构色纤维素膜，对初始结构色纤维素膜的第一面进行拒水拒油干法涂覆处理，对初始结构色纤维素膜的第二面进行高分光干法涂覆处理，使得初始结构色纤维素膜拒水拒油，并提高结构色彩饱和度，得到拒水拒油结构色纤维素膜。色纤维素膜。色纤维素膜。


技术研发人员：卢铭曦 巫莹柱 钟汉文 马德兵 叶冬冬 易宁波 黄美林 李孝蕊
受保护的技术使用者：五邑大学
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/31