硅酸钙板上结构色涂层的制备及其改性研究

• 作 者: 唐华春
• 出 处: 唐华春
• 发表日期: 2020年01期

结构色是光与微纳米结构相互作用所产生的颜色,因其不含着色剂、不易褪色等特点,在众多领域特别是颜色显示领域有很大的发展前景。通常,研究者是在玻璃或者织物表面研究光子晶体结构色的制备及应用,很少有人尝试将结构色应用到其他基材如木材、复合板等基材上。本论文拟在硅酸钙板（CSB）上制备和研究结构色涂层。因干扰光的存在,仅由聚苯乙烯（PS）或二氧化硅等微球制备的结构色涂层颜色泛白、对比度低。同时微球在自组装制备结构色涂层的过程中,较弱的相互作用力和微球收缩而产生的横向应力,使涂层容易开裂。此外,结构色涂层机械稳定性差、遇水等液体易失色,这些将严重限制结构色材料的应用场景。基于上述问题,本论文在CSB上构筑了结构色涂层,并且对提高结构色涂层颜色对比度、抑制裂缝产生及增强机械稳定性等方面进行探索研究。（1）将炭黑（CB）等物质与PS分散液混合自组装制备非虹彩结构色涂层。在CB分散液中CB占比为5 wt%时,筛选和讨论了Lucramul DA345与DA360两种分散剂及其用量对制备结构色涂层的影响;实验表明前者的加入无效果,而适量添加DA360可使形成的涂层呈色均匀;光学照片、反射光谱等表征表明,在CB分散液（C2）中DA360为1 wt%时,制备涂层呈色性能较好。接着探索了C2与PS以不同质量比共混对制备涂层性能的影响,当C2与PS质量比为5%时所得分散液（PCD）形成的非虹彩涂层的综合性能较好。向体系中引入聚乙二醇400（PEG400）,研究了其与PCD以不同体积比共混对制备涂层性能的影响,在PEG400与PCD体积比为1/8时制备分散液（PCDP）形成的涂层裂缝较窄、呈色性能较好。在PCDP形成的涂层表面刷涂单组分水性聚氨酯类清漆（WPU）以增强其机械稳定性。测试了双组份水性聚氨酯类清漆和WPU对涂层呈色性能的影响。WPU的不同刷涂次数只影响漆膜总厚度而基本不影响涂层光学性能和铅笔硬度,硬度都为3B。刷漆后涂层的耐摩擦性能得到提升,且漆层能阻止水或油与下层涂层直接接触进而使涂层失色。（2）将聚多巴胺改性PS分散液（PS@PDA）与聚丙烯酸酯分散液（PA）共混自组装制得无裂缝PS@PDA/PA非虹彩结构色涂层。讨论盐酸多巴胺（DA）用量对PS@PDA涂层呈色对比度和反射光谱的影响,发现DA与PS最佳质量比为30%。研究了PA与PS@PDA以不同体积比混合对PS@PDA/PA涂层呈色性能和开裂性的影响;光学照片、反射光谱和扫描电镜（SEM）等表征表明,当PA与PS@PDA体积比为1/7时,制备的PS@PDA/PA非虹彩结构色涂层表面无裂缝且呈色性能较好;PA的添加不仅不影响微球排列无序性,还增强了微球间相互作用力。在PS@PDA/PA涂层表面刷涂单组分水性丙烯酸类清漆（WA）以增强机械稳定性。探索了刷涂次数对涂层的影响,发现其光学性能基本不受次数影响且铅笔硬度都为B。刷漆后涂层的耐摩擦性能得到提升,且漆层能避免水等液体与微球直接接触。CSB上制备的结构色涂层具有一定的机械稳定性和抗污性,有望应用于颜色装饰等领域。