[发明专利]基于共轭聚合物纳米粒子的全色荧光防伪墨水

说明书

技术领域

本发明属于纳米发光材料技术领域，具体涉及到利用共轭聚合物制备小尺寸、分布均匀的纳米粒子水溶液作为红、绿、蓝三基色的荧光防伪墨水，该荧光防伪墨水通过手写和喷墨打印可获得发光强度高、性质稳定、环境友好的全色防伪图案。

背景技术

具有识别和鉴定功能的防伪图案已经被广泛地应用在钞票、拆封标签、产品认证和身份证件等方面。防伪墨水作为防伪印刷当中最重要的一部分，由众多功能材料制备而成，并可以分为无色墨水、热变色墨水、溶剂敏化墨水、光变墨水、磁性墨水等等。这些功能材料包括有机染料或色素、无机量子点、镧系元素掺杂的纳米粒子以及碳量子点等。然而，大部分的荧光染料光稳定性差、高浓度会导致团聚以及荧光猝灭的缺陷；无机量子点具有宽带隙吸收，多色、窄带以及对称的发射，并且相对于荧光染料亮度和光稳定性都有很大的提高。镧系元素掺杂的纳米粒子具有上转换和下转换的双重荧光特性，可以用作高度的防伪标示。但是无机量子点和镧系元素掺杂的纳米粒子等都含有的重金属离子而具有生物毒性，而这样的毒性所带来的安全问题和环保问题是不可避免的话题。碳量子点发射依赖于激发光波长，但简易的制备方法导致该墨水产生的防伪图案或者标识易于被模仿。针对荧光墨水的这些不足尽管已有了大量的改进工作，但是要想获得能够产生高水平防伪图案的荧光墨水依然具有挑战性。理想的防伪图案应该具有如下特征：i)在可见光照射下没有颜色；ii)在不可见光的激发情况下，具有多个波长的荧光发射；iii)对水和常见的有机溶剂要有抵抗力；iv)良好的物理稳定性和化学稳定性；v)无毒并且达到安全和环保的标准。

现有应用于防伪印刷的荧光墨水存在颜色单一、化学性质不稳定等缺点。寻找合适的材料来获得理想的防伪图案成为一个需要迫切解决的问题。我们通过制备出共轭聚合物纳米粒子的水溶液，应用该类水溶液作为荧光墨水产生的荧光图案具有荧光亮度高、性质稳定、耐化学溶剂和耐漂洗等多重性能。共轭聚合物纳米粒子的这些优越性质使它们可被广泛用于荧光防伪及图案化荧光显示等领域。

发明内容

为了发展更高等级的荧光防伪技术，本发明的目的是制备荧光强度高、性质稳定、环境友好的全色荧光防伪墨水。

本发明的原理是利用特殊的共轭聚合物分子制备纳米粒子，使其在紫外区具有强吸收的光谱性质，并利用粒子内有效的能量传递实现可见区不同波长的荧光发射，获得能发射红、绿、蓝三基色的荧光墨水，通过三基色混匀的打印技术，实现紫外光激发下的全色荧光防伪图案。同时，获得的荧光图案因为聚合物分子链之间相互作用，形成互穿网状结构，因而具有优异的化学稳定性，如在有机溶剂和表面活性剂的浸泡下，防伪图案不溶解。另外，因为聚合物分子是一种有机高分子材料，不含重金属粒子，因而该类墨水具有好的生物相容性和环境友好等特点。

本发明所述的荧光防伪墨水由共轭聚合物纳米粒子、添加剂和水组成，按质量和为100％计算，共轭聚合物纳米粒子的质量含量为0.001％～1％，添加剂的质量含量为0～20％，其余为水；共轭聚合物纳米粒子的尺寸为5nm～100nm。本发明所涉及的共轭聚合物纳米粒子由共轭聚合物和功能化聚合物组成，功能化聚合物用来调整聚合物纳米粒子的尺寸和表面电位，常见的功能化聚合物如双亲聚合物聚苯乙烯马来酸酐Poly(styrene-co-maleic anhydride)(PSMA)，功能化聚合物在纳米粒子中的质量含量为1～20％。在很低浓度下的共轭聚合物纳米粒子(如0.001％)在没有添加剂的条件下也可以制备出荧光图案。添加剂可以用来防止纳米粒子在高浓度时聚集，添加剂还可以用来调整荧光墨水的粘度。