一种用于纺织品数码印花结构生色的胶体微球墨水及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种纺织品数码印花技术，尤其是一种用于纺织品数码印花结构生色的胶体微球墨水及其应用。一种用于纺织品数码印花结构生色的胶体微球墨水，其特征在于其是由主要包括如下重量份组分的混合物均匀分散得到：粒径为200-400nm的单分散胶体微球0.5-1.5份（以固含量计）,阴离子表面活性剂（分散剂）0.05-0.15份，pH调节剂（调节pH=7-8）0.05-0.5份，去离子水100份。本发明中涉及的胶体微球墨水配方是专门为适应纺织品数码印花结构生色的性能开发的。为适应纺织品生态安全的需要，本发明所涉及的各种材料是无毒、无味的；为适应纺织品柔性的要求，本发明通过数码按需喷涂构建超薄型光子晶体结构膜，几乎不影响织物手感。
【专利说明】—种用于纺织品数码印花结构生色的胶体微球墨水及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纺织品数码印花技术，尤其是一种用于纺织品数码印花结构生色的胶体微球墨水及其应用。
【背景技术】
[0002]目前纺织品着色的主要途径是通过在纺织品上施加有色物质(染料或颜料)来产生颜色，而在自然界中许多生物体则以特殊的物理结构来产生颜色，即:结构生色。结构色的产生无须染料和颜料等化学着色剂的存在，其实质是特殊组织结构对光的色散、散射、干涉和衍射等物理现象产生的视觉效果。
[0003]光子晶体(PCs)是一类光子禁带材料，是自然界中结构色的主要成因之一，如:孔雀羽毛、蛋白石等斑斓绚丽的颜色即起因于光子晶体结构。所谓光子晶体结构指的是由两种或者两种以上具有不同折射指数的物质按一定的规律周期性排列所形成的特殊结构。当光子晶体的光子禁带位于可见光波段(380-780nm)时，由于禁带对应波长的光在该光子晶体结构中不能传播而被选择性反射，进而在周期性排列的光子晶体表面形成相干衍射，当相长干涉的反射光刺激人眼，便产生结构色效果。光子晶体结构色具有高亮度、高饱和度、虹彩现象(颜色随观察角度变化)等特性。
[0004]以胶体微球为结构单元通过自组装方法构建光子晶体结构(即胶体晶体Colloidal PCs)的途径是获得光子晶体结构的简便而有效的途径。在各种自组装方法中，重力沉降法、垂直沉降法是最常见的自组装方法。这些自组装方法虽然简便但存在诸多不足，由于其通常以浸溃基材的方式实现，存在组装时间长、材料浪费、不能按需定位组装着色等问题。在纺织领域，关于在织物表面获得光子晶体结构色的研究鲜有报道。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种胶体微球墨水配方，该墨水在常温存放时具有稳定性，使微球不团聚和沉降，且具有适当的流动性可用于数码喷印，在喷印到织物上后其中的胶体微球能自组装产生结构色。
[0006]本发明还提供一种利用所述胶体墨水进行的纺织品数码印花方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008]一种用于纺织品数码印花结构生色的胶体微球墨水，其特征在于其是由主要包括如下重量份组分的混合物均匀分散得到:粒径为200-400nm的单分散胶体微球0.5-1.5份(以固含量计)，阴离子表面活性剂(分散剂)0.05-0.15份，pH调节剂(调节pH=7-8)0.05-0.5份，去尚子水100份。
[0009]本课题组在前期研究中采用常规的重力沉降法、垂直沉降法等自组装方法实现了纺织品结构生色效果，在此基础上，本发明公开一种以模拟数码喷墨印花的方法实现纺织品表面光子晶体自组装结构生色的方法。该发明将光子晶体结构生色的仿生着色技术与数码喷墨印花技术相结合，首先将胶体微球制成喷印墨水，再通过数码控制按需定位喷涂到织物表面，并通过适当的后处理使胶体微球在织物表面自组装结构生色。这种方法不仅能够实现在纺织品柔性材料上不用化学着色剂产生结构色的效果，而且能够实现按需定位着色的效果。通过结合常规色素着色和数码喷涂结构生色的方法，可使纺织品印花产生特殊的灵动多变、栩栩如生的印制效果。
[0010]作为优选，所述的单分散胶体微球为聚苯乙烯(PSt)胶体微球、聚苯乙烯-甲基丙烯酸(P (St-MAA))胶体微球或二氧化硅(SiO2)胶体微球。
[0011]作为优选，所述的单分散性胶体微球的粒子分散系数小于0.08。
[0012]作为优选，所述的阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠(SDS)。
[0013]一种所述的胶体微球墨水的制备方法，具体过程如下:按照配比准确称取胶体微球液，向胶体微球液中依次加入阴离子表面活性剂、去离子水，用PH调节剂调节体系pH为7-8，混合溶液置于超声分散器中分散15min以上，得到分散均匀的胶体微球墨水。
[0014]用于纺织品数码印花结构生色的胶体微球墨水中至少含有粒径约为200_400nm的单分散胶体微球，用来作为组装光子晶体结构的基本单元，其粒径是决定光子晶体结构色的主要因素，对于需在可见光(380-780nm)范围内进行选择性反射而产生结构色效果的目标，根据修正的布拉格衍射公式可计算得到胶体微球所需的粒径范围，不同粒径的胶体微球所构建的光子晶体及其结构色不同。胶体微球的单分散性是决定光子晶体结构规整性的重要因素，而光子晶体的规整性则影响结构色的鲜艳度(饱和度)和亮度，用于构建光子晶体结构的胶体微球的粒子分散系数应小于0.08。至少含有表面活性剂，用作分散剂，用以提高胶体微球墨水的稳定性，分散剂的种类和用量直接影响分散效果。至少含有PH调节剂，在不同的PH条件下，胶体微球的带电性不同，从而影响到墨水的存放稳定性和自组装效果。值得注意的是，不同的胶体微球本身的带电性不同，因而墨水体系中的其它成分需作相应的优化和调整，但与本发明的思路类似，均在本发明的保护范围之内。
[0015]一种所述的胶体微球墨水进行的纺织品数码喷墨印花结构生色方法，包括如下步骤:a、将所述的胶体微球墨水加到模拟数码印花的数控墨水喷射系统的墨水容器中，通过喷嘴大小的选择和喷射压力的调节控制喷射液滴的大小，并通过三维数控程序设定精确控制喷印位置，在经过适当前处理的待印花织物表面按设计的花纹图案用胶体微球墨水进行喷印山、将喷印好胶体微球墨水的织物在70-80°C温度并伴有鼓风的条件下处理10-15min，使胶体微球在织物表 面完成自组装过程，产生结构色。图1为模拟数码喷墨印花的示意图和图2是胶体微球自组装过程示意图。
[0016]作为优选，所述的待印花织物的前处理是常规的纺织品拒水整理或拒水涂层整理，其作用是改变织物的表面性能，使织物具有一定的疏水性(水的初始接触角大于110度)，有利于保持胶体微球自组装所需的微环境，获得大面积有序的光子晶体结构和鲜艳明亮的结构色。
[0017]作为优选，所述的待印织物为黑色地色织物。使光子禁带不能禁阻的透过光能被黑色地色吸收，从而使光子晶体选择性反射光产生的结构色更鲜艳。
[0018]本发明所述的胶体微球墨水进行的纺织品数码印花方法要特别注意印后自组装过程的条件(温度和空气对流等)，以保证胶体微球自组装过程的良好完成和光子晶体结构色的实现。温度过低易产生“咖啡环”效应，温度过高则会使自组装光子晶体的缺陷增加，优选的温度范围是70-80°C。增强空气对流有利于实现大面积有序的胶体微球自组装。
[0019]本发明中涉及的胶体微球墨水配方是专门为适应纺织品数码印花结构生色的性能开发的。为适应纺织品生态安全的需要，本发明所涉及的各种材料是无毒、无味的；为适应纺织品柔性的要求，本发明通过数码按需喷涂构建超薄型光子晶体结构膜，几乎不影响织物手感。
[0020]本发明与现有技术相比，具有的优势在于:
[0021](I)以胶体微球自组装实现光子晶体结构色，无须常规纺织品着色所需的化学着色剂(染料或颜料)，符合生态环保的需要；
[0022](2)将数码喷墨印花与仿生结构生色相结合，能够实现按需定位结构生色效果，使纺织品印花的特殊部位(如:动物眼睛、花蕊等部位)产生特殊的灵动多变的印制效果，有利于结构生色的实际应用；
[0023](3)以数码喷涂自组装方法取代常规的重力自组装等方法，具有定量可控和节省材料的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明模拟数码喷墨印花示意图；
[0025]图2是本发明胶体 微球自组装过程示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
[0027]在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0028]模拟数码喷射系统:米用数码液体分配系统，D-585型,美国Nordson Asymtek公司生产。
[0029]实施例1:
[0030](I)准确称取自制的P(St-MAA)胶体微球乳液(粒径为202nm，分散系数为0.05)
0.5份(以固含量计)，加入阴离子表面活性剂SDS0.05份，去离子水100份，然后加入碳酸钠溶液调节体系PH在7-8范围内(边搅拌边加入)，再置于超声分散器中分散15min，得到分散均匀的胶体微球墨水；
[0031]注:P(St_MAA)胶体微球的制备方法见参考文献——朱雯，黄芳婷，张明，周健，苯乙烯/甲基丙烯酸共聚微球的制备及其性能表征，《功能材料》，2012，43 (11): 1418-1424。具体方法为:通过无皂乳液聚合法制备，单体分别为苯乙烯(St)、甲基丙烯酸(MAA);引发剂为过硫酸钾(KPS)，投料的质量比为:m (St): m (MAA): m (H2O): m (KPS) =200: 30:2000: I。具体操作如下:量取一定量的苯乙烯、甲基丙烯酸和去离子水，分别加入四口烧瓶中；室温下置于恒温水浴锅中搅拌均匀，转速为300r/min。在氮气保护和冷凝回流的条件下缓慢升温至70°C，再加入一定量的过硫酸钾水溶液，恒温聚合反应8h。反应结束后，将产物过滤除去副产物，待用。
[0032](2)将上一步制得的胶体微球墨水加到模拟数码印花的数控墨水喷射系统的墨水容器中，通过喷嘴大小的选择和喷射压力的调节控制喷射液滴的大小，并通过三维数控程序设定精确控制喷印位置，设定喷印参数后，在经过常规拒水拒油整理的黑色涤纶织物表面按设计的花纹图案用胶体微球墨水进行喷印；
[0033]涤纶织物的前处理是常规的纺织品拒水整理或拒水涂层整理，本领域技术人员根据掌握的知识可以自行选择，此为常规技术，非本发明的研究重点，在此不做累述。
[0034](3)将喷印胶体微球墨水的织物置于电热恒温烘箱中，在温度为70_80°C并伴有鼓风的条件下处理15min，使胶体微球在织物表面完成自组装过程，产生结构色，形成花纹图案。
[0035]实施例2:
[0036]准确称取自制的P(St-MAA)胶体微球乳液(粒径为253nm，分散系数为0.04) 0.8份(以固含量计)，加入阴离子表面活性剂SDS0.08份，去离子水100份，然后加入碳酸钠溶液调节pH=7-8 (边搅拌边加入)，再置于超声分散器中分散15min，得到分散均匀的胶体微球墨水；
[0037]喷印及自组装条件与方法与实施例1相同。
[0038]实施例3:
[0039]准确称取自制的P(St-MAA)胶体微球乳液(粒径为264nm，分散系数为0.03) 1.2份(以固含量计)，加入阴离子表面活性剂SDS0.10份，去离子水100份，然后加入碳酸钠溶液调节pH=7-8 (边搅拌边加入)，再置于超声分散器中分散15min，得到分散均匀的胶体微球墨水；
[0040]喷印及自组装条件与方法与实施例1相同。
[0041]实施例4:
[0042]准确称取自制的P(St-MAA)胶体微球乳液(粒径为280nm，分散系数为0.05) 1.5份(以固含量计)，加入阴离子表面活性剂SDS0.12份，去离子水100份，然后加入碳酸钠溶液调节pH=7-8 (边搅拌边加入)，再置于超声分散器中分散15min，得到分散均匀的胶体微球墨水；
[0043]喷印及自组装条件与方法与实施例1相同。
[0044]实施例5:
[0045]准确称取自制的P(St-MAA)胶体微球乳液(粒径为310nm，分散系数为0.06) 1.0份(以固含量计)，加入阴离子表面活性剂SDS0.1份，去离子水100份，然后加入碳酸钠溶液调节pH=7-8 (边搅拌边加入)，再置于超声分散器中分散15min，得到分散均匀的胶体微球墨水；
[0046]喷印及自组装条件与方法与实施例1相同。
[0047]实施例6:
[0048]准确称取自制的PSt胶体微球乳液(粒径为240nm，分散系数为0.06) 1.0份(以固含量计)，加入阴离子表面活性剂SDS0.1份，去离子水100份，然后加入碳酸钠溶液调节pH=7-8 (边搅拌边加入)，再置于超声分散器中分散15min，得到分散均匀的胶体微球墨水；
[0049]喷印及自组装条件与方法与实施例1相同。[0050]注:PSt胶体微球的制备方法见参考文献:楚会娟，戴金辉，赖林，鲁统雷，宋文文，刘西中.单分散聚苯乙烯微球的制备及二维胶体晶体的自组装，《材料导报》，2010年6月第24卷第6期，37-39页。
[0051]实施例7:
[0052]准确称取自制的SiO2胶体微球乳液(粒径为198nm，分散系数为0.08) 1.0份(以固含量计)，加入阴离子表面活性剂SDS0.1份，去离子水100份，再置于超声分散器中分散15min,得到分散均匀的胶体微球墨水；
[0053]喷印及自组装条件与方法与实施例1相同。
[0054]注:Si02胶体微球的制备方法见参考文献:魏苗菊，二氧化硅胶体颗粒的制备及其形成机理的研究[D].华东师范大学理工学院化学系，2007(5): 17。[0055]上述实施例1-7中所用胶体微球的粒径及其分散系数在动态光散射粒径分析仪(Nano-S, Malvern公司，英国)上测试获得。样品的结构色由佳能数码相机(E0S600D,EF-S18-55mm f/3.5-5.6IS II)在自然光下摄取。
[0056]上述实施例1-7的织物经喷印胶体微球墨水和自组装光子晶体结构生色后的效果列于表1中。
[0057]表1不同胶体微球在涤纶织物表面自组装后的结构色
[0058]
【权利要求】
1.一种用于纺织品数码印花结构生色的胶体微球墨水，其特征在于其是由主要包括如下重量份组分的混合物均匀分散得到: 粒径为200-400nm的单分散胶体微球0.5-1.5份(以固含量计)， 阴离子表面活性剂(分散剂)0.05-0.15份，
pH 调节剂(调节 pH=7-8) 0.05-0.5 份， 去离子水100份。
2.根据权利要求1所述的胶体微球墨水，其特征在于:所述的单分散胶体微球为聚苯乙烯(PSt)胶体微球、聚苯乙烯-甲基丙烯酸(P(St-MAA))胶体微球或二氧化硅(SiO2)胶体微球。
3.根据权利要求1所述的胶体微球墨水，其特征在于:所述的单分散性胶体微球的粒子分散系数小于0.08。
4.根据权利要求1所述的胶体微球墨水，其特征在于:所述的阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠(SDS)。
5.一种权利要求1所述的胶体微球墨水的制备方法，其特征在于具体过程如下:按照配比准确称取胶体微球液，向胶体微球液中依次加入阴离子表面活性剂、去离子水，用pH调节剂调节体系pH为7-8，混合溶液置于超声分散器中分散15min以上，得到分散均匀的胶体微球墨水。
6.一种利用权利要求1所述的胶体微球墨水进行的纺织品数码喷墨印花结构生色方法，其特征在于包括如下步骤: a、将所述的胶体微球墨水加到模拟数码印花的数控墨水喷射系统的墨水容器中，通过喷嘴大小的选择和喷射压力的调节控制喷射液滴的大小，并通过三维数控程序设定精确控制喷印位置，在经过前处理的待印花织物表面按设计的花纹图案用胶体微球墨水进行喷印； b、将喷印好胶体微球墨水的织物在70-80V温度并伴有鼓风的条件下处理10-15min，使胶体微球在织物表面完成自组装过程，产生结构色。
7.根据权利要求6所述的胶体微球墨水进行的纺织品数码喷墨印花结构生色方法，其特征在于:所述的待印花织物的前处理是纺织品拒水整理或拒水涂层整理。
8.根据权利要求6或7所述的胶体微球墨水进行的纺织品数码喷墨印花结构生色方法，其特征在于:所述的待印织物为黑色地色织物。
【文档编号】D06P1/62GK103788770SQ201410039672
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】邵建中, 周岚, 戚栋明, 黄江峰, 刘国金 申请人:浙江理工大学