本发明属于光子晶体制备技术领域，具体涉及一种用于制备图案化高稳定性光子晶体的结构生色整理液及应用。
背景技术：
光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体，最根本特征是具有光子禁带，通过控制光子在禁带内的传播可以得到绚丽多彩的结构色。光子晶体结构生色无需应用染料或颜料，符合绿色环保的理念，在纺织染整领域具有一定的应用前景。
目前，以胶体微球为基本结构单元，通过浸渍法和数码喷印法在纺织基材上构筑光子晶体生色结构而实现纺织品着色的研究和报道屡见不鲜。相比而言，数码喷印法具有耗时短、效率高的特点，可在纺织基材表面按需构建图案化光子晶体结构，还可以实现在同一纺织基材表面大面积有序构建光子晶体生色结构的设想，是一种具有工业化应用前景的实施方式。然而，目前为止，在纺织基材上采用数码喷印法构建光子晶体生色结构时，却存在喷印设备受限等桎梏，尤其表现在喷印喷头与光子晶体结构生色墨水间缺乏适配性，导致喷印效果不佳。而适应性喷头的开发则需要较为漫长的过程，涉及机械、工程和纺织等众多交叉学科领域。根据现有存在的、可望在纺织基材上构建光子晶体生色结构的纺织染整设备来进行图案化光子晶体的制备，无疑是实现纺织基材上的结构生色的一条捷径。
在有望开发得到适应于在纺织基材上快速构建图案化光子晶体生色结构的加工技术后，本发明申请者意识到，在实际应用过程中纺织基材表面光子晶体生色结构的稳定性至关重要，结构色的耐久性将对光子晶体结构生色纺织品的实际应用具有决定性作用。因此，提高纺织品上光子晶体生色结构的稳定性迫在眉睫。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于制备高稳定性光子晶体的生色整理液及其应用，通过制备一种由胶体微球、结构稳定剂、表面活性剂和增稠剂组成的结构生色整理液，然后采用该生色整理液对纺织基材进行印刷加工，可较为迅速的得到颜色鲜艳亮丽、虹彩效应明显且耐久性好的结构生色纺织品。
本发明的第一个目的在于提供一种制备图案化高稳定性光子晶体的生色整理液。
作为优选，所述整理液包括固含量为25％～40％的胶体微球、占胶体微球总质量2％～5％的结构稳定剂、1％～3％的表面活性剂和0.5％～2％的增稠剂。
具体而言，当体系中微球数量较少时，会导致堆积层数不足，从而不能形成排列规整的光子晶体结构，而微球数量过多，会导致形成的光子晶体结构变厚和出现团聚现象，从而不利于组装形成高质量的光子晶体结构，并影响生色效果，因此优选固含量为25％～40％的胶体微球用于制备生色整理液。
当光子晶体结构内的纳米微球间存在较大缝隙或排列较为疏松时，会导致微球层间的结合度弱而容易从纺织品基材表面脱落。通过添加结构稳定剂、表面活性剂和增稠剂用以改善光子晶体结构与基材间的附着力，增强光子晶体结构的稳定性。
其中，结构稳定剂用于联结光子晶体结构内相邻的纳米微球，并起到粘连光子晶体结构与基材的“架桥”作用，从而提升光子晶体生色结构的稳定性。结构稳定剂浓度过大，将导致微球过于粘连，影响其自组装；结构稳定剂浓度过小，将起不到结构稳定的作用。因此，优选表结构稳定剂添加量为2％～5％。
表面活性剂用于调节表面张力，从而改善结构生色整理液在基材上的渗透性能。表面活性剂浓度过大，将导致整理液渗透过快，影响其中微球的自组装；表面活性剂浓度过小，将起不到促进整理液渗透的作用。因此，优选表面活性剂添加量为1％～3％。
增稠剂用于调节生色整理液的粘度，适当的增加生色整理液的粘度能够增加光子晶体结构与基材的附着力，但是粘度过大会阻碍胶体微球在自组装过程中的运动，从而影响结构色的生成；并且，粘度过大会导致覆盖了光子晶体结构的织物难以干燥，而长时间干燥处理会影响或破坏纺织基材和光子晶体的结构，也使得加工效率降低，加工能耗增加，因此，优选增稠剂的添加量为0.5％～2％。
作为优选，所述胶体微球的粒径范围为180～350nm。
作为优选，所述纳米微球的球形度良好且其单分散指数(pdi)不超过0.08。
作为优选，所述胶体微球为二氧化硅(sio2)微球、二氧化钛(tio2)微球、聚苯乙烯(pst)微球、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微球、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)(p(st-maa))微球、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)(p(st-mma-maa))微球和二氧化硅-聚苯乙烯复合微球中的任意一种。
作为优选，所述结构稳定剂为自交联水性聚丙烯酸酯和自交联水性聚氨酯中的任意一种。
作为优选，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠(sds)、十二烷基磺酸钠(as)、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)和烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)中的任意一种。
作为优选，所述增稠剂为羧甲基纤维素(cmc)、丙三醇(gl)和海藻酸钠(sa)中的任意一种。
本发明的第二个目的在于提供上述的生色整理液用于在纺织基材上制备图案化高稳定性光子晶体生色结构中的用途。
基于上述用途，本发明提供一种在纺织基材上制备图案化高稳定性光子晶体生色结构的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)制备结构生色整理液，该整理液包括固含量为25％～40％的胶体微球、占胶体微球总质量2％～5％结构稳定剂、1％～3％表面活性剂和0.5％～2％增稠剂；
(2)将制备得到的生色整理液进行搅拌后作为浆料对纺织基材进行图案印刷加工；
(3)对施加有涂层液的纺织基材进行固化定型。
作为优选，所述步骤(1)中胶体微球的粒径范围为180～350nm。
作为优选，所述步骤(1)中胶体微球为二氧化硅(sio2)微球、二氧化钛(tio2)微球、聚苯乙烯(pst)微球、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微球、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸)(p(st-maa))微球、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)(p(st-mma-maa))微球和二氧化硅-聚苯乙烯复合微球中的任意一种。
作为优选，所述步骤(1)中结构稳定剂为自交联水性聚丙烯酸酯和自交联水性聚氨酯中的任意一种。
作为优选，所述步骤(1)中表面活性剂为十二烷基硫酸钠(sds)、十二烷基磺酸钠(as)、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)和烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)中的任意一种。
作为优选，所述步骤(1)中增稠剂为羧甲基纤维素(cmc)、丙三醇(gl)和海藻酸钠(sa)中的任意一种。
作为优选，所述步骤(2)中的生色整理液在10000r/min转速下搅拌30min后作为浆料。
作为优选，所述步骤(2)中可采用凹版印花机或数码喷印对纺织基材进行图案印刷加工，亦可采用人工方式，例如通过重力沉降、垂直沉积等方式使生色整理液中的胶体微球在纺织基材上自组装光子晶体结构生色。
特别地，本发明的生色整理液特别适用于凹版印花机，有效解决了现有纺织染整设备所制备的图案化光子晶体色彩暗淡、耐久性差的缺陷。
作为优选，所述步骤(2)中纺织基材为涤纶、棉、涤棉、真丝织物和聚酯、聚丙烯无纺布中的任意一种。
作为优选，所述步骤(3)中固化定型可以采用本领域的通用技术，例如烘箱干燥、紫外光固化灯照射等方式。
作为优选的一种实施方式，所述步骤(3)中固化定型采用烘焙处理，烘焙温度为80℃，处理时间为60s。
有益效果：
本发明提供了一种用于制备高稳定性光子晶体的结构生色整理液及其在纺织基材上制备图案化高稳定性光子晶体生色结构的应用，通过制备由胶体微球、结构稳定剂、表面活性剂和增稠剂组成的结构生色整理液，可较为迅速的得到颜色鲜艳亮丽、虹彩效应明显且耐久性好的结构生色纺织品。本发明的新型结构生色整理液有效解决了现有光子晶体易脱落、不稳定的缺陷，能够保证织物结构色的耐久性，具有易于实施、成本低廉、绿色环保和普适性好的优点。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
在下述实施例中，如无特别说明，所用的试剂、材料和设备均可从商业途径购得，或者采用本领域的常规方法制得，或者本行业常用的。
实施例1：
在室温下，向25％(以固含量计)粒径为240nm，单分散指数(pdi)为0.05的聚苯乙烯微球(pst)胶体微球中依次加入占胶体微球总质量5％的结构稳定剂自交联水性聚丙烯酸酯、1％的表面活性剂十二烷基硫酸钠(sds)和2％的增稠剂海藻酸钠(sa)，然后在70℃下加热搅拌20min；将上述制备整理液于10000r/min转速下搅拌30min后置于凹版印花机中，在黑色涤纶织物基材进行图案印刷加工，取出经印花加工过的黑色涤纶织物，经80℃热焙烘处理60s后即可得到颜色明亮艳丽、高稳定的青绿色光子晶体结构生色纺织品。
实施例2：
在室温下，向30％(以固含量计)粒径为210nm，单分散指数(pdi)为0.06的二氧化硅(sio2)胶体微球中依次加入占胶体微球总质量3.5％的结构稳定剂自交联水性聚氨酯、3％的表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)和1％的增稠剂羧甲基纤维素(cmc)，然后在70℃下加热搅拌20min；将上述制备整理液于10000r/min转速下搅拌30min后置于凹版印花机中，在黑色真丝织物基材进行图案印刷加工，取出经印花加工过的黑色真丝织物，经80℃热焙烘处理60s后即可得到颜色明亮艳丽、高稳定的蓝色光子晶体结构生色纺织品。
实施例3：
在室温下，向40％(以固含量计)粒径为350nm，单分散指数(pdi)为0.02的聚(苯乙烯微球-甲基丙烯酸)(p(st-maa))胶体微球中依次加入占胶体微球总质量2％的结构稳定剂自交联水性聚丙烯酸酯、2％的表面活性剂十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)和1.5％的增稠剂丙三醇(gl)，然后在70℃下加热搅拌20min；将上述制备整理液于10000r/min转速下搅拌30min后置于凹版印花机中，在黑色棉织物基材进行图案印刷加工，取出经印花加工过的黑色棉织物，经80℃热焙烘处理60s后即可得到颜色明亮艳丽、高稳定的品红色光子晶体结构生色纺织品。
实施例4：
在室温下，向35％(以固含量计)粒径为280nm，单分散指数(pdi)为0.07的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微球胶体微球中依次加入占胶体微球总质量2.5％的结构稳定剂自交联水性聚丙烯酸酯、2％的表面活性剂十二烷基磺酸钠(as)和2％的增稠剂丙三醇(gl)，然后在70℃下加热搅拌20min；将上述制备整理液于10000r/min转速下搅拌30min后置于凹版印花机中，在黑色涤棉织物基材进行图案印刷加工，取出经印花加工过的黑色涤棉织物，经80℃热焙烘处理60s后即可得到颜色明亮艳丽、高稳定的橙红色光子晶体结构生色纺织品。
实施例5：
在室温下，向30％(以固含量计)粒径为180nm，单分散指数(pdi)为0.06的二氧化硅-聚苯乙烯复合微球中依次加入占胶体微球总质量4％的结构稳定剂自交联水性丙烯酸酯、3％的表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)和2.5％的增稠剂海藻酸钠(sa)，然后在70℃下加热搅拌20min；将上述制备整理液于10000r/min转速下搅拌30min后置于凹版印花机中，在黑色聚酯无纺布基材进行图案印刷加工，取出经印花加工过的黑色聚酯无纺布，经80℃热焙烘处理60s后即可得到颜色明亮艳丽、高稳定的紫色光子晶体结构生色纺织品。
实施例6：
在室温下，向25％(以固含量计)粒径为220nm，单分散指数(pdi)为0.03的聚苯乙烯微球(pst)胶体微球中依次加入占胶体微球总质量5％的结构稳定剂自交联水性聚丙烯酸酯、1％的表面活性剂十二烷基硫酸钠(sds)和0.5％的增稠剂海藻酸钠(sa)，然后在70℃下加热搅拌20min；将上述制备整理液于10000r/min转速下搅拌30min后置于纳米材料打印机中，在黑色涤纶织物基材进行图案印刷加工，取出经印花加工过的黑色涤纶织物，经80℃热焙烘处理60s后即可得到颜色明亮艳丽、高稳定的蓝紫色光子晶体结构生色纺织品。
对比例1：
在室温下，将25％(以固含量计)粒径为240nm，单分散指数(pdi)为0.05的聚苯乙烯微球(pst)胶体微球于70℃下加热搅拌20min；将上述胶体微球于10000r/min转速下搅拌30min后置于凹版印花机中，在黑色涤纶织物基材进行图案印刷加工，取出经印花加工过的黑色涤纶织物，经80℃热焙烘处理60s后即可得到颜色艳丽的青绿色光子晶体结构生色纺织品。
通过表面状况观察以及折叠和弯曲测试，水洗测试检测上述实施例和对比例所得的纺织品的光子晶体的成色效果、结合牢度和稳定性。
折叠和弯曲测试中，将得到的纺织品一端从水平方向开始折叠和弯曲直至与另一端碰上，应用视频显微镜和数码相机观察折叠弯曲前后纺织品表面结构色及光子晶体的变化情况。在水洗测试中，将所得的纺织品置于水温为60℃的震荡水浴锅中，震荡水洗30min，应用视频显微镜和数码相机观察观察水洗前后纺织品表面结构色及光子晶体的变化情况。实验结果如下表所示：
表1光子晶体结合牢度和稳定性测试结果
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。