CN116731357A - 结构色薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种结构色薄膜及其制备方法。结构色薄膜的制备方法包括将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液；将预制混合液进行涂布并进行固化。本申请提供的结构色薄膜制备方法通过将交联剂与羟丙基纤维素和溶剂进行混合，使交联剂能够将羟丙基纤维素自组装形成的纳米螺旋结构中的螺旋间距固定，避免纳米螺旋结构中的螺旋间距随着含水量的变化而变化；由于薄膜内在的纳米螺旋结构的螺旋间距固定，使得薄膜的固色性能和耐水性能均得到改善。
Description
技术领域
本申请涉及生物光子材料领域，特别是涉及一种结构色薄膜及其制备方法。
背景技术
纤维素衍生物羟丙基纤维素是一种应用前景广阔的自组装光子材料，具有成本低、无毒、水溶性好等优点，并被广泛用于医疗和食品工业等方面。但是高浓度的羟丙基纤维素结构色液晶无法直接制作成具有结构色的薄膜，直接制作成薄膜使用时存在耐水性差、失水后无颜色等问题。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种结构色薄膜及其制备方法，解决现有技术中薄膜的耐水性差、失水后无颜色的问题。
为了解决上述技术问题，本申请提供的第一个技术方案为：提供一种结构色薄膜的制备方法，制备方法包括：
将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液；
将预制混合液进行涂布并进行固化。
其中，交联剂包括戊二醛，溶剂包括酸性溶液；
将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液，包括：
将戊二醛和酸性溶液进行混合，得到第一溶液；
将羟丙基纤维素加入到第一溶液中，得到预制混合液。
其中，交联剂包括异氰酸酯、双丙烯酸酯和原硅酸盐中的一种或多种；溶剂包括水、乙醇、丙二醇、乙二醇单醚中的至少一种；
将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液，包括：
将羟丙基纤维素加入到溶剂中，得到第二溶液；
将异氰酸酯、双丙烯酸酯和原硅酸盐中的一种或多种加入到第二溶液中，得到预制混合液。
其中，将预制混合液进行涂布并进行固化，包括：
将预制混合液进行涂布，并在85℃～115℃条件下固化15分钟～30分钟。
其中，交联剂包括二乙烯基砜，溶剂包括碱性溶液；
将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液，包括：
将羟丙基纤维素加入到碱性溶液中，得到第三溶液；
将二乙烯基砜加入到第三溶液中进行混合，形成预制混合液。
其中，将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液，包括：
将羟丙基纤维素、交联剂、溶剂、消泡剂和/或流平剂进行混合，得到预制混合液。
其中，交联剂占预制混合液的质量百分比为5％～20％。
其中，将预制混合液进行涂布并进行固化，之前还包括：
将预制混合液进行离心处理。
其中，将预制混合液进行涂布并进行固化，包括：
将预制混合液涂布在平面上，并进行静置，得到预制薄膜；
对预制薄膜进行加热固化。
为了解决上述技术问题，本申请提供的第二个技术方案为：提供一种结构色薄膜，结构色薄膜由上述制备方法制得。
本申请的有益效果：区别于现有技术，本申请提供了一种结构色薄膜及其制备方法，结构色薄膜的制备方法包括将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液；将预制混合液进行涂布并进行固化。本申请提供的结构色薄膜制备方法通过将交联剂与羟丙基纤维素和溶剂进行混合，使交联剂能够将羟丙基纤维素自组装形成的纳米螺旋结构中的螺旋间距固定，避免纳米螺旋结构中的螺旋间距随着含水量的变化而变化；由于薄膜内在的纳米螺旋结构的螺旋间距固定，使得薄膜的固色性能和耐水性能均得到改善。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出任何创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本申请提供的结构色薄膜的制备方法的流程示意图；
图2是本申请提供的结构色薄膜的制备方法的一种实施方式的流程示意图；
图3是本申请提供的结构色薄膜的制备方法的另一种实施方式的流程示意图；
图4是本申请提供的结构色薄膜的制备方法的另一种实施方式的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本申请实施方式的方案进行详细说明。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅是本申请的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施方式中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施方式”意味着，结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式，也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。
本申请发明人研究发现，在现有技术中，羟丙基纤维素溶液中羟丙基纤维素分子自组装成螺旋纳米结构，在与可见光相互作用后，会产生由螺旋间距决定的布拉格反射，使其具有光学各向异性。固化时，随着羟丙基纤维素浓度的提高，其分子间距缩小，螺旋间距也会缩小，导致羟丙基纤维素的颜色在可见光范围内逐渐发生蓝移直至移到紫外波段外变成不可见，即羟丙基纤维素结构色液晶无法直接制作成具有结构色的薄膜。也就是说，随着水分的挥发，羟丙基纤维素分子之间的间距逐渐减小，得到的薄膜为透明无色的羟丙基纤维素薄膜。同时将形成的羟丙基纤维素薄膜放入溶剂中或吸潮后，其羟丙基纤维素溶液的浓度降低，使其分子间距增大，会再次出现颜色，导致羟丙基纤维素薄膜的颜色发生变化，即羟丙基纤维素薄膜耐水性和固色性能差。
因此，为了解决现有技术问题，本申请实施方式提供了一种结构色薄膜及其制备方法。下面首先对本申请实施方式所提供的制造方法进行详细描述。
请参阅图1，图1是本申请提供的结构色薄膜的制备方法的流程示意图。
本实施方式提供一种结构色薄膜的制备方法，具体的制备方法步骤如下：
S1：将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液。
具体地，将干燥的羟丙基纤维素与交联剂和溶剂进行充分混合，得到预制混合液。
其中，羟丙基纤维素的质量占羟丙基纤维素、交联剂和溶剂混合得到的预制混合液总质量的质量百分比为50％～80％。不同百分比的羟丙基纤维素形成的预制混合液得到的结构色薄膜的颜色不同，且在预制混合液中，羟丙基纤维素所占的质量百分比越大，预制混合溶液制成的结构色薄膜的颜色越蓝。
溶剂可以为水、乙醇、丙二醇、乙二醇单醚中的一种或两种以上的组合；溶剂也可以为酸性溶液或碱性溶液。
交联剂可以包括戊二醛、异氰酸酯、双丙烯酸酯、二乙烯基砜和原硅酸盐中的一种或多种，也可以为其它具有固定分子间距或固定螺旋间距作用的其它交联剂。其中，交联剂占预制混合液的质量百分比为5％～20％。
在一优选实施方式中，将羟丙基纤维素、交联剂、溶剂、消泡剂和/或流平剂进行混合，得到预制混合液。其中，可以根据实际情况设计加料顺序。
在一具体实施方式中，将交联剂与溶剂混合均匀后，使交联剂与溶剂充分混合后，再向其中加入干燥的羟丙基纤维素、消泡剂和流平剂，然后搅拌均匀得到预制混合液。其中，消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.05％～1.5％，流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.02％～1％。在本实施方式中，采用机械搅拌，在其他实施方式中，也可以采用人工搅拌，根据实际需求进行选择。
在另一具体实施方式中，将干燥的羟丙基纤维素加入到溶剂中搅拌均匀，使羟丙基纤维素在溶剂中得到充分的溶解，再向其中加入交联剂、消泡剂和流平剂机械搅拌均匀后得到预制混合液。
在一实施方式中，对预制混合液可以进行离心处理，以将预制混合液中的气泡排除。
在本实施方式中，采用离心方式对预制混合液进行消泡处理，将搅拌均匀后的预制混合液在离心机中离心处理。离心机的离心力范围为5000倍重力加速度～10000倍重力加速度。离心机的转速比较高，可以采用高速离心机。离心机的类型有多种，此处不作限定，根据实际需求使用。在其它实施方式中，离心处理时间可以根据预制混合液中的气泡含量情况而定，以便于将预制混合液中的气泡完全排出。在其他实施中，也可以采用其他方法进行消泡处理。
S2：将预制混合液进行涂布并进行固化。
具体地，将得到的预制混合液涂布在光滑的平面，根据实际情况设定涂层的厚度，将涂层在室温条件下进行静置，使预设混合液中的羟丙基纤维素分子可以进行自组装形成纳米螺旋结构。其中，静置的温度可以为室温，也可以根据实际情况进行设定。静置的时间可以为10min～20min，也可以根据实际情况设定静置时间。在其它可选实施方式中，在恒温恒压恒湿条件下对预制混合液制成的涂层进行静置。
通过加热固化可以使预制混合液中的交联剂可以将纳米螺旋结构中的螺旋间距进行交联固定，避免纳米螺旋结构内的螺旋间距变化，进而使预制混合液形成的结构色薄膜的颜色不发生变化。由于结构色薄膜内部的纳米螺旋结构内的螺旋间距固定，因此结构色薄膜具有固色性能和耐水性能。其中，得到的结构色薄膜的厚度为10μm～500μm。
请参阅图2，图2是本申请提供的结构色薄膜的制备方法的一种实施方式的流程示意图。
在一实施方式中，采用戊二醛作为交联剂制成结构色薄膜的具体步骤如下所示。
具体的，交联剂为戊二醛，溶剂包括酸性溶液。例如，酸性溶液为盐酸溶液、硝酸溶液或稀硫酸溶液等。
S11：将戊二醛和酸性溶液进行混合，得到第一溶液。
具体地，将戊二醛和酸性溶液按设定比例混合，得到第一溶液。可以根据戊二醛和盐酸溶液的浓度设定盐酸溶液和戊二醛的质量配比。在本实施方式中，酸性溶液为盐酸溶液，戊二醛的浓度为20％～80％，盐酸溶液的浓度为0.2mol/L～0.8mol/L；盐酸溶液与戊二醛的质量比为9:1。
S12：将羟丙基纤维素、消泡剂和/或流平剂加入到第一溶液中，得到预制混合液。
具体地，将干燥的羟丙基纤维素、消泡剂和/或流平剂加入到步骤S11得到的第一溶液中，并进行搅拌，使羟丙基纤维素可以充分的溶解于第一溶液中，得到预制混合液。优选的，交联剂占所述预制混合液的质量百分比为15％。
在一实施方式中，可以仅将羟丙基纤维素加入到第一溶液中，得到预制混合液。
由于羟丙基纤维素溶液在空气氛围下固化的过程中会产生气泡，影响结构色薄膜的成膜效果。为了得到更好的结构色薄膜，可以加入消泡剂和/或流平剂。
在一具体实施方式中，将羟丙基纤维素、消泡剂和/或流平剂加入到第一溶液中，得到预制混合液。其中，羟丙基纤维素占预制混合液的质量百分比为50％～80％，消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.05％～1.5％，流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.02％～1％。
其中，消泡剂主要用于消除预制混合溶液成膜过程中产生的气泡。消泡剂的组成主要有活性成分、乳化剂、载体和乳化助剂，其中活性成分为最主要的核心部分，起到破泡、减小表面张力作用；乳化剂是使活性成分分散成小颗粒，以便于更好地分散到油或者水中，起到更好的消泡效果；载体在消泡剂中占较大比例，其表面张力并不高，主要起到支持介质的作用，对抑泡、消泡效果有利，能把成本降低；乳化助剂是使乳化效果更好。消泡剂按照不同的分类标准可以有很多种，此处不作限定，根据实际需求使用。
其中，流平剂使预制混合液在成膜过程中，形成的薄膜层更平整、光滑和均匀，形成的膜层效果更好。流平剂大致分为两大类。一种是通过调整漆膜粘度和流平时间来起作用的，这类流平剂大多是一些高沸点的有机溶剂或其混合物，如异佛尔酮、二丙酮醇等；另一种是通过调整漆膜表面性质来起作用的，根据化学结构的不同，这类流平剂主要有三大类：丙烯酸类、有机硅类和氟碳化合物类。此处不作限定，根据实际需求使用。
S13：对预制混合液进行离心处理。
具体地，对步骤S12得到的预制混合液进行离心处理，以排出预制混合液中的气泡，使预制混合液制成的薄膜内的气泡减少。在一具体实施方式中，对预制混合液进行离心处理60min，离心机的离心力范围为5000倍重力加速度～10000倍重力加速度。在其它可选实施方式中，离心时间和离心机的离心力可以根据实际情况进行限定，直至气泡完全排出即可。
S14：将预制混合液进行涂布并进行静置，得到预制薄膜。
具体地，将步骤S13得到的预制混合液通过刮涂的方式涂覆于光滑平面上形成涂层。也可以通过其它方式将预制混合液涂覆于光滑平面上形成涂层，例如，采用辊涂。其中，涂层的厚度不小于100μm。
将涂覆于光滑平面的涂层在室温条件下静置10min～20min，使预制混合液中的羟丙基纤维素进行自组装形成纳米螺旋结构，进而得到预制薄膜。其中，预制薄膜的厚度不小于100μm。静置是让羟丙基纤维素在室温下进行自组装形成纳米螺旋结构，在空气氛围下与可见光相互作用，产生布拉格反射，使羟丙基纤维素具有光学各向异性。
S15：对预制薄膜进行加热固化。
具体地，将预制薄膜在一定温度下进行一段时间的加热使其固化。在本实施方式中，采用烘箱烘干的方式加热固化预制薄膜，使交联剂可以将羟丙基纤维素分子间的间距固定，进而得到预制薄膜对应的结构色薄膜。在其他实施中，也可采用辐射固化等其他方式将预制薄膜制成结构色薄膜。
在一实施方式中，将预制薄膜在60℃～75℃条件下固化2小时后得到对应的结构色薄膜。其中，结构色薄膜的厚度大于100μm。具体地，结构色薄膜的厚度为100μm～500μm。在一优选实施中，将预制薄膜在70℃条件下固化2小时后得到对应的结构色薄膜。
请参阅图3，图3是本申请提供的结构色薄膜的制备方法的另一种实施方式的流程示意图。
在一实施方式中，采用异氰酸酯、双丙烯酸酯和/或原硅酸盐作为交联剂制成结构色薄膜的具体步骤如下所示。
在一具体实施方式中，交联剂包括异氰酸酯、双丙烯酸酯和原硅酸盐中的一种或多种。溶剂包括水、乙醇、丙二醇、乙二醇单醚中的至少一种。
S21：将羟丙基纤维素加入到溶剂中，得到第二溶液。
具体地，将干燥的羟丙基纤维素加入到水中搅拌均匀得到第二溶液，使羟丙基纤维素在水中充分溶解。水、乙醇、丙二醇和乙二醇单醚作为溶剂有多种组合，此处不作限定。
S22：将异氰酸酯、双丙烯酸酯和原硅酸盐中的一种或多种以及消泡剂和/或流平剂加入到第二溶液中，得到预制混合液。
具体地，将异氰酸酯、双丙烯酸酯和原硅酸盐中的一种或多种以及消泡剂和/或流平剂加入到步骤S21得到的第二溶液中，并进行搅拌，使交联剂可以充分的溶解于第二溶液中，得到预制混合液。优选的，交联剂占所述预制混合液的质量百分比为15％。
在一实施方式中，可以仅将异氰酸酯、双丙烯酸酯和原硅酸盐中的一种或多种加入到第二溶液中，得到预制混合液。
在另一实施方式中，将异氰酸酯、双丙烯酸酯和原硅酸盐中的一种或多种以及消泡剂和/或流平剂加入到第二溶液中，得到预制混合液。
在一具体实施方式中，将异氰酸酯、消泡剂和流平剂加入到第二溶液中得到预制混合液。其中，羟丙基纤维素占预制混合液的质量百分比为50％～80％，异氰酸酯占预制混合液的质量百分比为5％～20％，消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.05％～1.5％，流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.02％～1％。
在另一具体实施方式中，将双丙烯酸酯和原硅酸盐、消泡剂和流平剂加入到第二溶液中得到预制混合液。其中，羟丙基纤维素占预制混合液的质量百分比为50％～80％，双丙烯酸酯和原硅酸盐的总量占预制混合液的质量百分比为5％～20％，消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.05％～1.5％，流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.02％～1％。在其他可选实施方式中，交联剂的使用还有多种组合方式，在此不在一一赘述。
S23：对预制混合液进行离心处理。
具体地，对步骤S22得到的预制混合液进行离心处理，以排出预制混合液中的气泡，使预制混合液制成的薄膜内的气泡减少。在一具体实施方式中，对预制混合液的进行离心处理60min，离心机的离心力范围为5000倍重力加速度～10000倍重力加速度。在其它可选实施方式中，离心时间和离心机的离心力可以根据实际情况进行限定，直至气泡完全排出即可。
S24：将预制混合液进行涂布并进行静置，得到预制薄膜。
具体地，将步骤S13得到的预制混合液通过刮涂的方式涂覆于光滑平面上形成涂层。也可以通过其它方式将预制混合液涂覆于光滑平面上形成涂层，例如，采用辊涂。其中，涂层的厚度不小于10μm。
将涂覆于光滑平面的涂层在室温条件下静置10min～20min，使预制混合液中的羟丙基纤维素进行自组装形成纳米螺旋结构，进而得到预制薄膜。其中，预制薄膜的厚度不小于10μm。静置是让羟丙基纤维素在室温下进行自组装形成纳米螺旋结构，在空气氛围下与可见光相互作用，产生布拉格反射，使羟丙基纤维素具有光学各向异性。
S25：对预制薄膜进行加热固化。
具体步骤及使用效果参照上述步骤S15，此处不作过多描述。
在一实施方式中，将预制薄膜在85℃～115℃条件下固化15min～25min后得到对应的结构色薄膜。其中，结构色薄膜的厚度大于10μm。具体地，结构色薄膜的厚度为10μm～200μm。在一优选实施方式中，将预制薄膜在100℃条件下固化20min后得到对应的结构色薄膜。
请参阅图4，图4是本申请提供的结构色薄膜的制备方法的另一种实施方式的流程示意图。
在一实施方式中，采用二乙烯基砜作为交联剂制成结构色薄膜的具体步骤如下所示。
在一具体实施方式中，交联剂包括二乙烯基砜，溶剂包括碱性溶液。例如，碱性溶液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和碳酸氢钠溶液等。
S31：将羟丙基纤维素加入到碱性溶液中，得到第三溶液。
具体地，将干燥的羟丙基纤维素加入到碱性溶液中混合均匀，得到第三溶液。将得到的第三溶液在一定温度下静置一段时间，使羟丙基纤维素在碱性环境下得到充分的溶解。在本实施方式中，碱性溶液为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液浓度为0.5g/mL～2g/mL。其中，静置的温度可以为室温，也可以根据实际情况进行设定。静置的时间可以为24小时，也可以根据实际情况设定放置时间。在其它可选实施方式中，在恒温恒压恒湿条件下对第三溶液进行静置。
S32：将二乙烯基砜、消泡剂和/或流平剂加入到第三溶液中，得到预制混合液。
具体地，将二乙烯基砜、消泡剂和/或流平剂加入到步骤S31得到的第三溶液中，并进行搅拌，使二乙烯基砜可以充分的溶解于第三溶液中，得到预制混合液。
在一实施方式中，可以仅将二乙烯基砜加入到第三溶液中，得到预制混合液。
在另一实施方式中，将二乙烯基砜、消泡剂和/或流平剂加入到第三溶液中，得到预制混合液。
在一具体实施方式中，将二乙烯基砜、消泡剂和流平剂加入到碱性溶液中搅拌均匀，使二乙烯基砜在碱性环境中得到充分的溶解，然后搅拌均匀得到预制混合液。其中，羟丙基纤维素占预制混合液的质量百分比为50％～80％，二乙烯基砜占预制混合液的质量百分比为5％～20％，消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.05％～1.5％，流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.02％～1％。在本实施方式中，采用机械搅拌，在其他实施方式中，也可以采用人工搅拌，根据实际需求进行选择。优选的，二乙烯基砜占所述预制混合液的质量百分比为15％。
S33：对预制混合液进行离心处理。
具体步骤及实施方式参照上述步骤S13，此处不作过多描述。
S34：将预制混合液进行涂布并进行静置，得到预制薄膜。
具体步骤及实施方式参照上述步骤S14，此处不作过多描述。
S35：对预制薄膜进行加热固化。
具体步骤及使用效果参照上述步骤S15，此处不作过多描述。
在一实施方式中，将预制薄膜在60℃～75℃条件下固化2小时后得到对应的结构色薄膜。其中，结构色薄膜的厚度大于100μm。具体地，结构色薄膜的厚度为100μm～500μm。在一优选实施方式中，将预制薄膜在70℃条件下固化2小时后得到对应的结构色薄膜。
本申请提供一种结构色薄膜的制备方法，结构色薄膜的制备方法包括将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液；将预制混合液进行涂布并进行固化。本申请提供的结构色薄膜制备方法通过将交联剂与羟丙基纤维素和溶剂进行混合，使交联剂能够将羟丙基纤维素自组装形成的纳米螺旋结构中的螺旋间距固定，避免纳米螺旋结构中的螺旋间距随着含水量的变化而变化；由于薄膜内在的纳米螺旋结构的螺旋间距固定，使得薄膜的固色性能和耐水性能均得到改善。
以下为本申请的结构色薄膜的制备方法的具体实施方式。
实施方式1
(1)将戊二醛与盐酸溶液混合配置成溶液，戊二醛与盐酸的质量比为1:9；(2)向步骤(1)溶液中加入干燥的羟丙基纤维素然后机械搅拌至完全均匀得到混合液；(3)将混合液离心处理60min；(4)将离心处理后的液体刮涂在光滑平面上室温自组装10min-20min；(5)放入70℃烘箱固化2h后取出得到结构色薄薄膜。
其中，羟丙基纤维素占戊二醛、羟丙基纤维素和盐酸溶液混合所得溶液的质量百分比为65％；戊二醛浓度为50％；盐酸浓度为0.5mol/L；离心机的离心力为8000倍重力加速度，最终结构色薄膜的厚度为300μm。
实施例方式1得到的结构色薄膜的厚度需要达到100μm以上才会有颜色且结构色薄膜内部有气泡、颜色不均匀，长时间放置吸潮后结构色薄膜颜色会变化。
实施方式2
(1)将戊二醛与盐酸溶液混合配置成溶液，戊二醛与盐酸的质量比为1:9；(2)向步骤(1)溶液中加入干燥的羟丙基纤维素、消泡剂和流平剂，然后机械搅拌至完全均匀得到混合液；(3)将混合液离心处理60min；(4)将离心处理后的液体刮涂在光滑平面上室温自组装10min-20min；(5)放入70℃烘箱固化2h后取出得到结构色薄薄膜。
其中，羟丙基纤维素占戊二醛、羟丙基纤维素和盐酸溶液混合所得溶液的质量百分比为65％；戊二醛浓度为50％；盐酸浓度为0.5mol/L；消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为1％；流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.5％；离心机的离心力为8000倍重力加速度，最终结构色薄膜的厚度为300μm。
实施方式2在实施方式1的基础上添加了消泡剂和流平剂，最终结构色薄膜的颜色较为均匀，且内部气泡较少，但长时间放置吸潮后结构色薄膜的颜色同样会出现变化，同样存在固化时间较长的问题。
实施方式3
(1)将干燥的羟丙基纤维素加入溶剂中搅拌均匀，溶剂包括水、乙醇、丙二醇和乙二醇单醚；(2)向步骤(1)溶液中加入异氰酸酯、消泡剂和流平剂，然后机械搅拌至完全均匀得到混合液；(3)将混合液离心处理60min；(4)将离心处理后的液体刮涂在光滑平面上室温自组装10min-20min；(5)放入100℃烘箱固化20min后取出得到结构色薄膜。
其中，羟丙基纤维素占异氰酸酯、羟丙基纤维素和溶剂混合所得溶液的质量百分比为65％；异氰酸酯占异氰酸酯、羟丙基纤维素和溶剂混合所得溶液的质量百分比为15％；消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为1％；流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.5％；离心机的离心力为8000倍重力加速度，最终结构色薄膜的厚度为100μm。
实施方式3与实施方式2的区别主要在于将交联剂戊二醛改用异氰酸酯，异氰酸酯可耐受更高的固化温度，通过升高固化温度从而降低固化时间，使固化时间从2h降低至20min，最终结构色薄膜厚度仅需要达到10μm以上即可显色，且长时间放置结构色薄膜不变色。
实施方式4
(1)将干燥的羟丙基纤维素加入氢氧化钠溶液中搅拌均匀并放置24小时；(2)向步骤(1)溶液中加入二乙烯基砜、消泡剂和流平剂，然后机械搅拌至完全均匀得到混合液；(3)将混合液离心处理60min；(4)将离心处理后的液体刮涂在光滑平面上室温自组装10min-20min；(5)放入70℃烘箱固化2h后取出得到结构色薄膜。
其中，羟丙基纤维素占二乙烯基砜、羟丙基纤维素和氢氧化钠溶液混合所得溶液的质量百分比为65％；二乙烯基砜占二乙烯基砜、羟丙基纤维素和氢氧化钠溶液混合所得溶液的质量百分比为15％；消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为1％；流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.5％；离心机的离心力为8000倍重力加速度，最终结构色薄膜的厚度为300μm。
实施方式4与实施方式2的主要区别在于交联剂以及交联剂的反应环境不一样。得到的结构色薄膜的厚度同样需要达到100μm以上才会有颜色，长时间放置吸潮后结构色薄膜的颜色同样会出现变化，同样存在固化时间较长的问题。
实施方式5
(1)将干燥的羟丙基纤维素加入溶剂中搅拌均匀，溶剂包括水、乙醇、丙二醇和乙二醇单醚；(2)向步骤(1)溶液中加入双丙烯酸酯、消泡剂和流平剂，然后机械搅拌至完全均匀得到混合液；(3)将混合液离心处理60min；(4)将离心处理后的液体刮涂在光滑平面上室温自组装10min-20min；(5)放入100℃烘箱固化20min后取出得到结构色薄膜。
其中，羟丙基纤维素占双丙烯酸酯、羟丙基纤维素和溶剂混合所得溶液的质量百分比为65％；双丙烯酸酯占双丙烯酸酯、羟丙基纤维素和溶剂混合所得溶液的质量百分比为15％；消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为1％；流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.5％；离心机的离心力为8000倍重力加速度，最终结构色薄膜的厚度为100μm。
实施方式5与实施方式3的区别主要在于将交联剂异氰酸酯改用双丙烯酸酯，双丙烯酸酯同样可耐受更高的固化温度，使固化时间从2h降低至20min，最终结构色薄膜厚度同样仅需要达到10μm以上即可显色，且长时间放置结构色薄膜不变色。
实施方式6
(1)将干燥的羟丙基纤维素加入溶剂中搅拌均匀，溶剂包括水、乙醇、丙二醇和乙二醇单醚；(2)向步骤(1)溶液中加入原硅酸盐、消泡剂和流平剂，然后机械搅拌至完全均匀得到混合液；(3)将混合液离心处理60min；(4)将离心处理后的液体刮涂在光滑平面上室温自组装10min-20min；(5)放入100℃烘箱固化20min后取出得到结构色薄膜。
其中，羟丙基纤维素占原硅酸盐、羟丙基纤维素和溶剂混合所得溶液的质量百分比为65％；原硅酸盐占原硅酸盐、羟丙基纤维素和溶剂混合所得溶液的质量百分比为15％；消泡剂占羟丙基纤维素的质量百分比为1％；流平剂占羟丙基纤维素的质量百分比为0.5％；离心机的离心力为8000倍重力加速度，最终结构色薄膜的厚度为100μm。
实施方式6与实施方式5的区别主要在于将交联剂双丙烯酸酯改用原硅酸盐，原硅酸盐同样可耐受更高的固化温度，使固化时间从2h降低至20min，最终结构色薄膜厚度同样仅需要达到10μm以上即可显色，且长时间放置结构色薄膜不变色。在其他可选实施方式中，交联剂可以为双丙烯酸酯、原硅酸盐和异氰酸酯中的多种，溶剂包括水、乙醇、丙二醇和乙二醇单醚中的至少一种，一样可以得到厚度仅需要达到10μm以上即可显色的结构色薄膜，且长时间放置结构色薄膜不变色。实施方式3、实施方式5和实施方式6为优选实施方式。
采用上述制备方法制得的羟丙基纤维素结构色薄膜的固色性能和耐水性能好，可以广泛应用于医疗和食品工业等方面。
以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种结构色薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液；
将所述预制混合液进行涂布并进行固化。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂包括戊二醛，所述溶剂包括酸性溶液；
所述将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液，包括：
将所述戊二醛和所述酸性溶液进行混合，得到第一溶液；
将所述羟丙基纤维素加入到所述第一溶液中，得到所述预制混合液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂包括异氰酸酯、双丙烯酸酯和原硅酸盐中的一种或多种；所述溶剂包括水、乙醇、丙二醇、乙二醇单醚中的至少一种；
所述将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液，包括：
将所述羟丙基纤维素加入到所述溶剂中，得到第二溶液；
将所述异氰酸酯、双丙烯酸酯和原硅酸盐中的一种或多种加入到所述第二溶液中，得到所述预制混合液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
所述将所述预制混合液进行涂布并进行固化，包括：
将所述预制混合液进行涂布，并在85℃～115℃条件下固化15分钟～30分钟。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂包括二乙烯基砜，所述溶剂包括碱性溶液；
所述将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液，包括：
将所述羟丙基纤维素加入到所述碱性溶液中，得到第三溶液；
将所述二乙烯基砜加入到所述第三溶液中进行混合，形成所述预制混合液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述将羟丙基纤维素、交联剂和溶剂进行混合，得到预制混合液，包括：
将所述羟丙基纤维素、所述交联剂、所述溶剂、消泡剂和/或流平剂进行混合，得到所述预制混合液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂占所述预制混合液的质量百分比为5％～20％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述将所述预制混合液进行涂布并进行固化，之前还包括：
将所述预制混合液进行离心处理。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述将所述预制混合液进行涂布并进行固化，包括：
将所述预制混合液涂布在平面上，并进行静置，得到预制薄膜；
对所述预制薄膜进行加热固化。
10.一种结构色薄膜，其特征在于，所述结构色薄膜由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。
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| CN118005966A (zh) * | 2024-01-25 | 2024-05-10 | 武汉纺织大学 | 一种左旋圆偏振发光复合光子薄膜及其制备方法和应用 |
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