[发明专利]生物基棒状颗粒双结构单色复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种生物基棒状颗粒双结构单色复合材料及制备方法和应用，利用不同的纳米化方法处理不同来源的生物质，得到同为一维棒状但组成、表面官能基有差异，长径比和折射率等性质不同的两类纳米颗粒及其衍生物，利用螺杆共挤出方法将折射率较低的纳米颗粒或其衍生物与热塑性聚合物均匀混合，继而热加工成型得到结构单色复合膜材料；利用另一类折射率较高的纳米颗粒或其衍生物，控制组装条件进行取向组装，得到另一结构单色发光的结构单色组装阵列基膜材料；继而将结构单色复合膜材料与结构单色组装阵列基膜材料热成型加工，利用聚合物热塑性及链段运动能力得到两种结构单色复合的一体化材料，该材料在光学防伪、传感防伪等领域具有应用潜力。

技术领域

本发明属于功能复合材料技术领域，涉及一种生物基棒状颗粒双结构单色复合材料及制备方法和应用。

背景技术

光子晶体是一种具有不同介电常数的材料，由于介电常数的周期性变化，光子晶体表现出光子带隙。当可见光的能量处于光子带隙中时，光子带隙呈现出明亮的结构色。光子晶体用作防伪材料是颜料或染料无法模仿的，其独特的反射光谱也有利于防伪应用。光子晶体可通过多种微制造方法制备得到，但与这些微制造方法相比，自组装是最简单且成本较低的方法。而纤维素纳米晶和甲壳素纳米晶是一类提取自生物质资源的一维棒状纳米晶，其在液相悬浮液中可形成胆甾相液晶，其周期性结构具有独特的光学性质。

利用纤维素纳米晶得到具有彩虹色的纤维素纳米晶薄膜，再经精细研磨和后处理得到具有片状形状的纤维素纳米晶基颜料，平均厚度为25微米。通过脱硫等后处理解决了该生物基颜料热降解和在水中高度再分散的问题。利用有机硅烷和聚氧乙烯醚可对纤维素纳米晶进行顺序改性得到改性纤维素纳米晶，其在剪切下表现出良好的流动性并在打印后迅速转变为凝胶状。印刷的图案在自然光下是透明的，呈现出鲜明的干涉色，且可收集并重新分散在各种溶剂中，表现出良好的可回收性。利用纤维素纳米晶为模板可制备手性向列介孔酚醛树脂，这些树脂可通过喷墨打印等方式实现高分辨率的光子图案制作，干燥后可进行擦除。而另一种非手性组装利用多场的协同组装得到具有单轴阵列的纤维素纳米晶薄膜，该薄膜在自然光下可隐藏，在紫外灯下发生强烈的发射，实现了结构单色发光。

但随着光学防伪、信息加密、传感等应用领域对于发光材料光致发光性能需求的不断升级，结构单色材料往往不能满足多级光学防伪与传感的应用需要。双色材料具有显著的光色差异，同时利用不同结构单色的明暗差异可满足发光材料对于不同信息加密需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种生物基棒状颗粒双结构单色复合材料的制备方法；目的之二在于提供基于该生物基棒状颗粒双结构单色复合材料制备方法制备的生物基棒状颗粒双结构单色复合材料产品；目的之三在于提供该生物基棒状颗粒双结构单色复合材料产品在光学防伪、传感防伪领域中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生物基棒状颗粒双结构单色复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备生物基棒状颗粒：利用不同的纳米化技术处理并进行表面修饰得到同为一维棒状结构但尺寸、化学组成、结晶结构、表面理化性质、折射率有差异的两种生物基棒状颗粒；

(2)制备结构单色复合膜材料：将热塑性聚酯与步骤(1)制备的一折射率较低的生物基棒状纳米颗粒取向排列形成的纳米颗粒在45±5℃干燥过夜，利用聚合熔体的流动性通过双螺杆挤出机将生物基棒状纳米颗粒取向排列形成的纳米颗粒与具有60～180℃宽熔融温度范围的热塑性聚合物均匀混合并热压成型，得到含有具有生物基棒状纳米颗粒取向排列形成的纳米颗粒复合的结构单色复合膜材料；

(3)制备结构单色组装阵列基膜材料：将步骤(1)制备的另一折射率较高的生物基棒状颗粒分散于溶剂中得到浓度为0.5～4wt％的分散液，控制组装条件进行取向组装得到结构单色组装阵列基膜材料。