[发明专利]一种极性溶剂响应光子晶体膜、制备方法及其在防伪方面的应用

说明书

本发明属于光子晶体材料技术领域，具体为一种极性溶剂响应光子晶体膜、制备方法及其在防伪方面的应用。本发明将单分散微球均匀分散在单体中，加入交联剂、自由基引发剂，利用两片基板通过间歇或连续制备技术将混合物压制成膜，再通过剪切力规整使微球均匀排列，显示出鲜艳的结构色，最后引发得到极性溶剂响应三维光子晶体膜。本发明可以对常规极性溶剂以及含有极性溶剂的混合物响应，包括但不限于乙醇、水、二氯甲烷、白酒、蚊不叮、花露水等。本发明的结构色鲜艳，响应效果明显，并且制备方法简单、步骤少，具有大规模生产并投入使用的潜力和广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于光子晶体材料技术领域，具体的说，涉及一种极性溶剂响应光子晶体膜、制备方法及其在防伪方面的应用。

背景技术

随着消费市场的不断扩大，企业对于防伪的需求也日益增加。目前的防伪标签有很多种，主流的包括图文揭露防伪标签、核微孔防伪标签、标记分布防伪标签、RFID电子标签等。这些标签可以达到直观的防伪效果，但存在无法多次使用、识别仪器昂贵等问题，因此难以在保证防伪效果的同时，实现低成本大规模生产。

光子晶体是由不同介电常数的材料周期性排列组成的，它具有光子带隙，能反射一定波长的光，并显示相应的结构色。由外界刺激引起结构色变化的光子晶体称为刺激响应型光子晶体。到目前为止，科学家们已经研究了对热、力、光、电、磁、溶剂等响应的刺激响应型光子晶体。这些刺激响应型光子晶体被应用于监测、传感、防伪等领域。其中，溶剂响应光子晶体由于其响应方式简单、效果明显，得到了广泛的关注。

近期，有报道针对光子晶体的溶剂响应特性进行了研究，并发明了一种对极性和非极性溶剂具有响应变色特性的光子晶体膜（CN 112225939 A）。利用的是单分散的微球作为模板，再经过配备模板分散液、构筑模板、制备膜等步骤，得到反蛋白石结构的膜。也有利用纤维素纳米晶体/聚酰胺制备了具有溶剂响应变色特性，并可以用水反复书写的涂层材料（CN 106977905 A）。还有报道将核壳结构胶体微球和乙炔黑混合，均匀负载于织物表面，使织物遇水变色（CN 109944073 A），并且不同溶剂呈现不同颜色。近期也有基于三维光子晶体，利用自组装的方法，制备了一种湿敏变色防伪功能材料（CN 104672733 A），用于钱币的防伪领域。也有利用真空抽滤法制备出纤维素纳米晶/石墨烯的彩色复合膜（CN103937032 A），微观具有胆甾型液晶相结构，颜色随湿度变化。然而，目前相关方法制备步骤繁琐，成本高，难以实现大规模生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备方法简单、可规模化制备、溶剂方便易得、响应效果明显的溶剂响应光子晶体、制备方法及其应用，将本发明的溶剂响应光子晶体可用于制作快销品、药品等的防伪标签，成本低、防伪级别高、不容易仿制。本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种极性溶剂响应光子晶体的制备方法，包括以下步骤：

（1）将单分散微球均匀且充分的分散在单体、引发剂和交联剂中，得到极性溶剂响应光子晶体前驱体混合物；其中：所述单体常温下呈液态且含有极性基团，所述极性基团包括羧基、酯基、羟基、环氧基、硝基、氰基、卤素中的一种或几种；交联剂常温下呈液态；引发剂为光引发剂或热引发剂；

（2）将一定量的极性溶剂响应光子晶体前驱体混合物夹在两片基板之间，通过外力挤压基板，让混合物压制成膜；再通过两片基板之间的相对运动，对混合物材料进行剪切规整，获得具有明显结构色的光子晶体膜；

（3）将步骤（2）中得到的有明显结构色的光子晶体膜在紫外光或者加热作用下进行固化，去除基板，得到极性溶剂响应光子晶体膜。

优选的，步骤（1）中所述的单分散微球的尺寸为100-900纳米；单分散微球为核壳结构，由A、B、C三层组成，其中，A层处于中心位置，占总体质量的25-60%；B层位于中间，占总体质量的10-25%，将A层和C层连接起来；C层位于微球的最外侧，占总体质量的25-60%。