[发明专利]一种高分子树脂反蛋白石结构材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高分子树脂反蛋白石结构材料及其制备方法，属于新材料制备领域。利用高沸点有机溶剂将树脂溶解后，直接对蛋白石光子晶体模板进行渗入，在高温高真空度的环境中，高分子树脂溶液对光子晶体的缝隙填充，去除模板后，得到反蛋白石结构材料。本发明的反蛋白石结构材料，机械强度好、具有亮丽的结构色、颜色角度依存性强，可利用模具压力成型法实现结构色膜的图案化，在防伪领域具有广阔的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种高强度高分子树脂反蛋白石结构材料及其制备方法，属于新材料制备领域。

背景技术

根据自然界中颜色的产生机理，可以将颜色分为两大类。一是电子的振动，在能级以及分子轨道内的跃迁等，其主要代表是染料颜料等；二是光与微纳米结构相互作用，比如干涉衍射散射等，也就是结构色。因此我们可以将微观纳米粒子薄膜构筑成三维有序的结构，光子晶体是一类产生结构色较理想的人工材料。光子晶体具有光子禁带，凡是频率落在光子禁带内的光波都不能透过光子晶体阵列。这个频率的光就会被选择性的反射，产生结构色(Chen.M.Angew.Chem.Int.Ed.2015,54(32),9257-9261；Pete Vukusic等，Nature,2003,424,852-855)。

光子晶体根据结构又分为蛋白石以及反蛋白式结构，蛋白石结构指的是单分散微球在三维空间内有序的排列。相比于蛋白石结构，反蛋白石结构是指利用蛋白石结构作为模板，将作为骨架结构的前驱体填充进入到蛋白石结构的缝隙中，然后去除掉蛋白石模板，留下的多孔骨架被称为反蛋白式结构。

由于光子晶体特殊的生色机理及优势，它存在被应用于很多领域的潜力，比如说光色材料、涂料、传感及其响应性材料以及信息传递材料等(Ge,J.等,Angewandte ChemieInternational Edition 2011,50(7),1492-1522；Von Freymann,G.等Chemical SocietyReviews 2013,42(7),2528-2554.)。但是强度方面的缺陷大大限制了光子晶体材料的应用，只有强度提高了，才能真正实现较大范围的应用。蛋白石结构中，只是存在微球间点与点的接触，因此机械强度存在很大的缺陷。所以制备自支撑的反蛋白石结构材料是一个急需解决的问题，高分子树脂是一种广泛存在的材料，具有很好的机械强度，因此将高分子通过一定的方法直接渗入到模板的缝隙中，制得高分子反蛋白石结构材料。这种材料有利于结构色材料的器件化，为实现结构色的应用打下坚实的基础。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强度高分子树脂反蛋白石结构材料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高强度高分子树脂反蛋白石结构材料，基于蛋白石光子晶体模板，利用高分子树脂溶液对所述蛋白石光子晶体模板缝隙进行填充，去除模板而制备得到，其中所述的高分子树脂为聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚乙烯、聚异丁烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、聚苯乙烯-丙烯腈树脂、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂或聚1,4-顺异戊二烯，所述的高分子树脂的重均分子量在10000～500000之间。

在上述技术方案中，所述的高分子树脂溶液是将高分子树脂溶解于沸点为152℃～236℃的有机溶剂中制备得到。

在上述技术方案中，所述的有机溶剂为六甲基磷酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。

在上述技术方案中，高分子树脂溶液中高分子树脂的质量分数为3％～20％，优选为7～15％，更优选10％。

在上述技术方案中，所述的蛋白石光子晶体模板是由二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、氧化亚铜、硫化锌或者硫化镉的纳米微球自组装而成，微球粒径为60～780nm，优选为200～500nm，更优选240nm、280nm、300nm、320nm、350nm以及380nm的二氧化硅微球。