[发明专利]基于乌贼墨汁的可调无虹彩结构色颜料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于结构色颜料技术领域，具体涉及乌贼墨汁作为组成物质之一的可调无虹彩结构色颜料及其制备方法。

背景技术

光子晶体结构在自然界中被广泛采用产生虹彩结构色；同样在一些甲虫鳞片和鸟类羽毛中存在光子非晶结构，这种结构具有光学特征尺度在可见光波段的短程序，能够产生可见的无虹彩结构色。只要光子非晶结构不被破坏，无虹彩结构色永不褪色且具有明亮而柔和的特点，在涂料、化妆品、纺织和显示等领域有广阔的应用前景。

微球自组装方法通常被采用人工制备具有长程序和短程序的光子晶体结构和只具有短程序的非晶光子结构，这种方法工艺简单，成本低并可以获得大面积的样品。一种微球通过自组装很容易堆叠形成高度有序的面心立方结构而拥有长程序。而要获得只具有短程序的光子非晶结构，现有的方法是基于自组装的方法是通过加入盐电解质来调节一种单分散微球的范德瓦尔斯力或者采用两种单分散的有机或无机微球的混合等来实现的，但由于入射光的多次散射影响，颜色的可视性较差。如果要获得可视性较好的颜色，需要另外加入吸收性的物质，如炭黑或者Fe₃O₄颗粒。总体来说，这些制备方法都非一步到位式；但对于涂料、化妆品、纺织和显示等领域的颜色应用，方法简单快速、大面积制备、颜色可视性好和可调的无虹彩结构色颜料的制备显得尤其需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颜色可视性好的，制备方法简单的基于乌贼（墨鱼）墨汁的可调无虹彩结构色颜料及其制备方法。

本发明提供的基于乌贼（墨鱼）墨汁的可调无虹彩结构色颜料，由乌贼（墨鱼）墨汁颗粒和另外一种具有高可见光波段吸收率的微粒（微球）自组装而形成，其具有短程序的光子非晶结构。因乌贼（墨鱼）墨汁颗粒具有高的可见光波段吸收率，因此最后得到的光子非晶结构显示出可视性好的随观察角度不变的颜色，并且颜色能长时间保存，不褪色。通过改变微粒（微球）的直径，可调节颜料的颜色，可得到可见光光谱内的所有颜色。

本发明提供的可调无虹彩结构色颜料，采用自组装方法一步制备，具体步骤为；

把一定量的乌贼（墨鱼）墨汁颗粒的水分散溶液和一定量的另外一种微粒（微球）的水分散溶液进行充分混合，其中，所述“一定量”的范围为0.1 ~5克（即墨汁颗粒在0.1 ~5克范围内任取，另外一种微粒也0.1 ~5克范围内任取）；乌贼（墨鱼）墨汁颗粒在水分散溶液中的质量浓度范围为10%~40%，另外一种微粒（微球）在水分散溶液的质量浓度范围为5%~45%；两者水溶液各在自然条件（室温、自然风）下随着溶剂的蒸发，墨汁颗粒和另外一种微粒（微球）相进行自组装，待蒸发过程完成，明亮的颜色即可显示出来，且观察角度不同，颜色不变。乌贼（墨鱼）墨汁颗粒相对于另外一种微粒（微球）的比例大小造成不同饱和度的颜色；乌贼（墨鱼）墨汁颗粒多，颜色偏暗；乌贼（墨鱼）墨汁颗粒少，颜色偏亮。最后的颜色色调由微粒（微球）的尺寸大小决定。微球的尺寸越大，颜色红移。

本发明中，采用的乌贼（墨鱼）墨汁直接取自乌贼（墨鱼）生物体内或者风干后的黑色墨汁块、粉，按照一定的质量分数和去离子水（或者普通水）混合搅拌配制成墨汁水溶液。乌贼墨汁颗粒平均尺寸为80 纳米-140 纳米，标准背离为13%；在去离子水中（或者普通水）中具有不团聚，有很好的分散性的天然特性。这个可以由乌贼（墨鱼）自身遇到天敌时喷吐迅速扩散的墨汁来得到验证。

本发明中，采用的微粒（微球）直径为200纳米至400纳米之间，包括聚苯乙烯[英文名为Polystyrene，缩写为 PS]微球、聚甲基丙烯酸甲脂[英文名为poly(methyl methacrylate)，缩写为 PMMA]微球、二氧化硅（SiO?）微球，以及以聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂为基体修饰（接枝、共聚、羟基化等）的微球；其他市售或者实验室可以制备的微球也包括在内。

本发明中，无虹彩结构色颜料的成色机理是：通过乌贼（墨鱼）墨汁颗粒和另外一种微粒（微球）的自组装，乌贼（墨鱼）墨汁颗粒在水中有天然的分散特性，另外一种微粒（微球）在水中也有很好的分散特性。因而当水分蒸发完以后很容易形成两种介质的相间排列，由此形成的结构具有短程序而不具有长程序且光学特征尺度在200纳米至400纳米之间，由于波长选择的相干散射而能够产生可见光波段的无虹彩结构色。采用不同尺寸的微粒（微球）可以得到不同的光学特征尺度，从而得到可见光光谱范围内的可调的颜色。