摘要
纺织品着色主要是通过在纺织品上施加化学着色剂(染料或颜料)来产生颜色，而光子晶体结构生色是依靠光子晶体自身特定的纳米尺度物理结构实现对光子传播的调控，进而实现纺织品绚丽多彩、栩栩如生的可控结构生色效果。以胶体纳米微球为结构基元，通过自组装法在纺织基材表面构筑结构生色光子晶体是纺织品生态着色的有效途径。然而，由于微球-微球之间以及微球-纺织基材之间主要通过氢键和范德华力等弱作用力结合，因而由胶体纳米微球自组装形成的光子晶体的结构稳定性较差。光子晶体的结构稳定性和颜色耐久性达不到纺织品的应用需要，在弯曲、摩擦、折叠等外力作用下，结构易损坏，结构色也随之变化甚至消色。另一方面，纺织基材多孔、粗糙、起伏不平，对于纳米微球在织物基材上的规整组装产生不利影响。此外，胶体微球自组装的过程复杂，组装时间长，难以快速大面积组装，不利于工业化生产。 针对上述光子晶体的结构稳定性和组装效率方面的问题，本论文制备类“三明治”型光子晶体结构生色膜以提高其结构稳定性，并可适用于不同组织结构的纺织基材，增加其应用普适性。本论文主要涉及以下三方面的研究工作：(1)光子晶体结构生色膜的制备及性能研究。研究了组装液的构成(纳米微球乳液的固含量、防膜裂剂、黑色素等)对成膜性能和结构生色效果的影响，组装条件(温度和时间)对结构生色膜的牢度和颜色饱和度的影响，以及单位面积光子晶体质量对其光学性能和结合牢度的影响；(2)承载层对光子晶体结构稳定性和光学性质的影响，研究了拒水整理剂的种类和浓度对织物拒水改性程度(拒水等级)的影响，以及对后续承载层制备的影响，进而探讨了承载层厚度(单位面积质量)对复合膜结合牢度的影响；(3)封装层对光子晶体结构稳定性和光学性质的影响，在织物上制备二层膜(承载层和光子晶体层)的基础上，研究了第三层(封装层)的制备与性能，包括封装聚合物种类和封装涂覆工艺条件对光子晶体复合膜光学性质和结合牢度的影响，探讨了“三明治”光子晶体复合膜的结构稳定性，包括：耐酸碱、耐水浸、耐皂液、耐弯折等的牢度性能,以及“三明治”光子晶体复合膜的光学性能和虹彩效应。 研究结果表明：(1)优化的组装液体系构成为：自行合成的固含量为30wt%的纳米微球乳液，防膜裂剂6wt%(对纳米微球乳液重)，吸收杂散光的炭黑0.8wt%(对纳米微球乳液重)；优化的组装条件为：60℃，5min或70℃，4min；在优化的组装液构成和组装条件下所制备的光子晶体膜显示艳丽而均匀的结构色，且牢度优良；光子晶体层的厚度(以单位面积的光子晶体质量间接表示)也影响结构色的饱和度和牢度，当单位面积光子晶体质量为12g/m2时，所制备的光子晶体膜显示亮丽的结构色，且具有优异的结构稳定性。(2)通过二步法在疏松、多孔、粗糙的织物表面构建能承载和接收光子晶体的承载层，第一步为拒水处理，第二步为承载聚合物处理，当织物的拒水等级为3级，承载层单位面积质量在40-60g/m2时，在承载层上构建的光子晶体层颜色鲜艳，结构稳固，耐皂洗和耐弯折牢度显著提高。(3)封装层可进一步提高光子晶体的结构稳定性，在封装层聚合物A的浓度为10wt%时，复合膜不但具有鲜艳明亮的颜色，也具有优异的结构稳定性。纺织基材上类“三明治”结构的光子晶体结构生色膜具有优良的耐酸碱、耐水浸、耐皂液、耐弯折稳定性，同时具有鲜艳明亮的结构色和虹彩效应。
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