一种具有相变调温性能的高颜色可视性和稳定性的结构色纺织品及其制备方法

本发明涉及一种具有相变调温性能的高颜色可视性和稳定性的结构色纺织品及其制备方法，属于智能纺织品领域。

背景技术：

1、结构色是一种生物启发现象，由光与周期性微纳米结构之间的相互作用产生，包括干涉、衍射或散射等。以结构色为代表的染色技术使得颜色具有色彩饱和度高、环保、不易褪色等优点，有望取代传统的染色技术。目前，由胶体微球组装而成的高度有序的光子晶体和短程有序、长程无序的非晶光子结构是人工构建结构色的主要途径，而非晶光子结构赋予结构色各向同性，不随观察角度的改变而改变，更符合人的视觉感知，因而将结构色应用于智能纺织品领域受到研究者广泛的关注。(参考文献adv. mater. 2013, 25 (37) :5314-5320; angew. chem. int. ed. 2018, 57 (10): 2544-2553;)

2、目前已有报道利用单分散纳米微球在织物基底上构建非晶光子结构构建无角度依存的结构色，通过改变几何特性来调节光学特性。如li等采用雾化沉积工艺将二氧化硅微球与聚乙烯醇共组装在真丝织物上实现颜色亮丽的结构色涂层的制备。尽管非晶光子结构在纺织染色领域的发展取得了显著的成就，但仍存在未解决的挑战。一方面，非相干散射和背景光干扰明显降低色彩饱和度，使得颜色暗淡。另一方面，单分散纳米微球通常点点接触，缺乏强的相互作用力连接，因此容易受到外力的破坏。 (参考文献rsc adv. 2017, 7,8443-8452; adv. funct. mater. 2021, 31 (19): 2010746；)

技术实现思路

1、本发明的目的是提供具有相变调温性能的高颜色可视性和稳定性的结构色纺织品及其制备方法。本发明通过将织物基底预先浸渍于所制备的水性聚氨酯相变材料中增强织物和非晶光子结构的附着力。将单分散纳米微球经过界面组装于预处理的织物上形成非晶光子结构，产生无角度依存的结构色。通过调控单分散纳米微球粒径，实现多种颜色输出。后续喷涂的水性聚氨酯相变材料在非晶光子结构表面形成保护膜，使得制备的结构色纺织品在弯曲、水洗和摩擦测试中显示出优异的柔性和稳定性。除此，制备的水性聚氨酯相变材料在接近人体体温温度处（36.5℃）显示出相变特性，在升温和降温测试过程中通过相变吸收和释放热量，起到体温调节作用，节约能源。

2、该工艺简单快速、绿色环保，所制备的纺织品具有较高的颜色可视性和结构稳定性，在冷热交替环境下可以实现人体体温调节，为智能纺织品的应用领域提供了新的解决思路。

3、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

4、一种具有相变调温性能的高颜色可视性和稳定性的结构色纺织品的制备方法，其特征在于：所述纺织品依次包括织物基底、基底上的非晶光子结构以及具有相变调温性能的水性聚氨酯相变材料，其特征在于：包括如下步骤：

5、(1) 制备粒径均一的单分散纳米微球乳液；

6、(2) 制备具有相变调温性能的水性聚氨酯相变材料；

7、(3) 将织物基底预先浸渍于所述的水性聚氨酯相变材料中，待其充分吸附后，烘干备用；

8、(4) 利用界面组装法将含量为5％～20%的单分散纳米微球分散液组装到织物表面获得非晶光子结构，经过烘干得到具有亮丽颜色的结构色织物；

9、(5) 将步骤(2)所述的水性聚氨酯相变材料复配为固含量为1-5%的乳液，并喷涂在步骤(4)所述的非晶光子结构表面上，烘干，使其在非晶光子结构表面上形成透明的保护膜，获得具有相变调温性能的高颜色可视性和稳定性的结构色纺织品。

10、进一步地，步骤(1)中，所述单分散纳米微球包括单分散的二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球和聚硫树脂微球的一种，所述单分散纳米微球的粒径为150-350nm。

11、本发明所述步骤(1)制备粒径均一的单分散纳米微球乳液为本领域的现有技术。聚硫树脂微球的具体方法公开于(唐炳涛，李飞虎，张淑芬. 一种聚硫树脂纳米微球及其制备方法和应用：中国，zl201510776808.3[p].专利类别：发明专利，授权日期：2017.8.21)。

12、进一步地，纳米微球乳液是将纳米微球加入至去离子水中复配成所需浓度充分分散制备得到的，可以制备浓度为5%、10%、15%、20%等。

13、进一步地，所述水性聚氨酯相变材料为本领域的现有技术制备而成，本发明优选地按下述方法制备水性聚氨酯相变材料：向连接有机械搅拌和冷凝装置的250 ml三口烧瓶加入单体于50℃下搅拌30min；在保持装置良好气密性的基础上，分批缓慢添加多异氰酸酯；30min后加入亲水扩链剂、交联剂和催化剂，并在40℃下搅拌6 h，制得预聚物；在反应结束时，加入丙酮和中和剂来降低粘度；加入冰水乳化，剧烈搅拌30min，最终在45°c减压蒸馏脱除丙酮。

14、本发明所述技术方案中所述水性聚氨酯相变材料的单体为不同分子量的聚乙二醇，进一步优选为分子量2000的聚乙二醇。

15、本发明所述技术方案中所述水性聚氨酯相变材料的多异氰酸酯为二异氰酸酯，其选自二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、甲苯二异氰酸酯(tdi)、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)中的一种。

16、进一步地，所述二异氰酸酯选用为异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)。

17、本发明所述技术方案中所述水性聚氨酯相变材料的亲水扩链剂为2,2-二(羟甲基)丙酸、2,2-二羟甲基丁酸中的一种。

18、本发明所述技术方案中优选所述水性聚氨酯相变材料的交联剂为三羟甲基丙烷、间苯三酚、丙三醇的一种。

19、本发明所述技术方案中优选所述水性聚氨酯相变材料的催化剂为二月桂酸二丁基锡(dbtdl)。

20、本发明所述技术方案中优选所述水性聚氨酯相变材料的中和剂为三乙胺(tea)。

21、上述技术方案中，优选所述丙酮的用量为2～12g，进一步优选为2～8g，最优选为6g；所述聚乙二醇2000的用量优选为2～8g，进一步优选为2～6g，最优选为4g；所述异佛尔酮二异氰酸酯的用量优选为1～5g，进一步优选为1～3g，最优选为2g；所述亲水扩链剂2,2-二羟甲基丙酸的用量优选为1～5g，进一步优选为1～2g，最优选为1.2g；所述三羟甲基丙烷的用量优选为0.5～3g，进一步优选为0.5～1.5g，最优选为0.8g；所述三乙胺用量优选为0.5～4g，进一步优选为0.5～2g，最优选为1g；所述去离子水的用量优选为10～30g，进一步优选为10～20g，最优选为15g；所述减压蒸馏采用旋转蒸发仪，温度优选为45℃。

22、进一步地，步骤(4)中，将单分散纳米微球经过界面组装于织物基底上的温度优选为为70-100℃。

23、进一步地，所述步骤(5)将步骤(2)所得的水性聚氨酯相变材料配制成固含量为1-5％（可为1%、2%、5%等）乳液喷涂在非晶光子结构上，使其在非晶光子结构层表面形成透明的保护膜，喷涂后烘干温度优选为70-100℃。

24、一种具有相变调温性能的高颜色可视性和稳定性的结构色纺织品，根据上述制备方法制备得到；

25、进一步地，所述织物基底选用天然纤维织物或合成纤维织物中的一种，选自棉织物、蚕丝织物、涤纶织物或锦纶织物。

26、进一步地，所述非晶光子结构的厚度通过单分散纳米微球乳液的滴加量来调节。

27、所述结构色织物为单分散纳米微球以紧密堆积非晶光子结构形式聚集于织物表面，通过调整单分散纳米微球的粒径实现不同颜色的结构色纺织品的制备；通过水性聚氨酯相变材料和非晶光子结构的有效结合，赋予结构色织物优异的颜色可视性和稳定性；通过利用水性聚氨酯相变材料相变性能赋予结构色织物调温性能以适应环境温度的变化。

28、本发明的有益效果是：本技术中结构色纺织品界面组装的单分散微球以紧密堆积的形式聚集于微球表面，呈现短程有序、长程无序的非晶光子结构。经过喷涂水性聚氨酯相变材料后，部分渗入到非晶光子结构内部，填充于微球缝隙之间，另一部分在其表面固化形成保护膜。

29、（1）本发明通过调控单分散纳米微球的粒径，实现了结构色纺织品多色输出性能；且呈现的结构色不随观察角度改变而改变，呈现低角度相关性。

30、（2）水性聚氨酯相变材料作为粘结剂增强织物与非晶光子结构层之间的附着力，喷涂于非晶光子结构层上形成的保护膜进一步增强结构稳定性，使得制备的结构色纺织品在弯曲、水洗和摩擦测试中显示出优异的柔性和稳定性。

31、（3）制备的水性聚氨酯相变材料在接近人体体温温度处（36.5℃）显示出相变特性，使得制备的织物在升温和降温测试中通过相转化吸收和释放热量，起到体温调节作用。水性聚氨酯相变材料的相变性能赋予织物相变调温性能，在相变过程中通过吸收和释放热量以适应环境的变化。

32、该方法具有简单快速、成本低廉、绿色环保等特点，所制备的结构色纺织品将在未来智能纺织品领域提供新的创新思路。