顆粒在線訊：傳統(tǒng)紡織工業(yè)中，織物的染色通常是通過使用化學(xué)染料來實(shí)現(xiàn)的，化學(xué)染料吸收特定波長的光并呈現(xiàn)各種顏色。雖然化學(xué)染料已經(jīng)被人類使用了數(shù)千年，但由于染料會在不同的環(huán)境中分解或變化，人們?nèi)匀粺o法完全解決隨著時間的推移而褪色的問題。隨著世界進(jìn)入工業(yè)文明，產(chǎn)生了大量含有殘留染料的廢水，對水和土壤造成了嚴(yán)重污染。最近，基于光子晶體（PC）涂層的染色技術(shù)被開發(fā)出來，作為上述挑戰(zhàn)的解決方案，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)色是由光與周期結(jié)構(gòu)的干涉產(chǎn)生的，并且在惡劣環(huán)境中長期非常穩(wěn)定。由于在光子晶體中沒有使用化學(xué)染料，因此肯定不會擔(dān)心環(huán)境污染。因此，大規(guī)模生產(chǎn)具有飽和顏色和良好穿著體驗(yàn)的PC改性織物已成為材料、光學(xué)和紡織行業(yè)交叉的熱門話題。

最近，華東師范大學(xué)葛建平教授課題組在《Advanced Functional Materials》上發(fā)表了題為“Precise Assembly of Highly Crystalline Colloidal Photonic Crystals inside the Polyester Yarns: A Spray Coating Synthesis for Breathable and Durable Fabrics with Saturated Structural Colors”的文章，開發(fā)了一種噴涂工藝，用于在聚酯（PET）織物的每根紗線內(nèi)精確組裝膠體光子晶體（PC）。膠體溶液的溶劑具有較高的表面張力和沸點(diǎn)，織物基體具有較低的扭曲角、較大的編織周期和較大的緊密度，有利于形成高質(zhì)量的PC改性織物。此外，由于高度結(jié)晶的PC結(jié)構(gòu)和聚丙烯酸酯粘合劑，制備的PC/PET織物具有飽和和耐久的顏色。它們還具有良好的柔軟性和高透氣性，因?yàn)榧喚€中精確的膠體組合避免了編織孔和裂縫的堵塞。

圖文導(dǎo)讀

作者開發(fā)了兩步噴涂工藝。PET織物是由經(jīng)紗和緯紗以特定的編織方式編織而成，每根紗線由一束直徑幾十微米的纖維組成。因此，織物可以被視為具有層級多孔結(jié)構(gòu)，紗線之間有大裂縫，紗線內(nèi)部有小間隙。在第一次噴灑SiO2膠體溶液時，PET織物表面迅速形成一層薄薄的液膜，然后通過毛細(xì)管力將有限體積的膠體溶液完全吸收到多孔紗線中。隨著加熱過程中溶劑的蒸發(fā)，粒子自發(fā)沉淀形成液體膠體PC，然后轉(zhuǎn)化為位于纖維之間和紗線內(nèi)部的固體PC。在隨后的PA粘合劑噴涂中，由于相同的毛細(xì)管相互作用，PA納米顆粒也富集在SiO2顆粒填充的PET紗線表面。當(dāng)樣品加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以上，然后冷卻到室溫時，PA納米顆粒熔化、固化，并包裹PC結(jié)構(gòu)和PET紗線，最終生成彩色耐用的SiO2 PA/PET織物。

兩步噴涂工藝

在實(shí)際合成中，經(jīng)驗(yàn)證，噴涂工藝可生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)色均勻、飽和、多樣的PC/PET織物。當(dāng)入射角和反射角從0°變化到30°、45°和60°時，紅色PC改性織物的反射波長相應(yīng)地從650 nm變化到605 nm、555 nm和503 nm。

高度結(jié)晶的SiO2 PA/PET織物

在第一次噴涂過程中，通過毛細(xì)管力將膠體溶液吸收到具有小間隙的紗線中，從而使SiO2顆粒在紗線內(nèi)準(zhǔn)確地組裝成PCs。為了實(shí)現(xiàn)精確組裝，噴霧用膠體溶液的劑量和顆粒體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在臨界值（75μL cm?2）以下，以避免膠體材料的過量和到處形成膠體PC。在第二次噴涂過程中，PA粘合劑主要沉積在紗線表面或填充到纖維或膠體晶體之間的微米級裂縫中。在此，PA粘合劑是通過乳液聚合制備的平均直徑為90 nm的聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯）納米粒子。在PA粘合劑的噴涂過程中，由于毛細(xì)作用，其水溶液也被多孔紗線吸收。然而，由于PA納米顆粒比膠體晶體中的粒子間空隙大，它們被纖維之間的SiO2顆粒堵塞，因此它們只能沉積在紗線表面。另一方面，隨著溶液在蒸發(fā)過程中的收縮，PA納米顆?？赡軙M(jìn)入纖維或膠體晶體之間的微米級裂縫中。PA的噴涂和熱固化完全不會影響PC的有序結(jié)構(gòu)。通過PA粘合劑將SiO2膠體PC牢固地穩(wěn)定在PET織物上，形成幾乎獨(dú)立的PC紗線，具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。

SEM圖

研究發(fā)現(xiàn)，在SiO2-PA/PET織物的噴霧合成中，膠體溶液的配方，尤其是溶劑的選擇，對膠體組裝至關(guān)重要。由N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亞砜（DMSO）、二甘醇（DEG）、乙二醇（EG）和水的膠體溶液制備的結(jié)構(gòu)色織物顯示出清晰的結(jié)構(gòu)色。然而，由甲醇（MeOH）、乙醇（EtOH）、丙酮（ACE）和碳酸丙烯酯（PCb）制成的膠體溶液制備的織物幾乎不具有結(jié)構(gòu)色。當(dāng)溶劑按增加表面張力（γ）和沸點(diǎn)（bp）的順序排列時，可以發(fā)現(xiàn)它們與反射強(qiáng)度匹配，這表明組裝質(zhì)量相當(dāng)好。高表面張力確保了SiO2顆粒隨著溶液收縮和纖維間隙中的有效濃度而移動，從而在紗線內(nèi)部實(shí)現(xiàn)精確組裝，而不是在其表面。另一方面，高沸點(diǎn)為膠體組裝留下了足夠的時間，從而形成高度結(jié)晶的PCs，而不是無序堆積。

設(shè)計了五種耐用性測試，包括在水中浸泡2小時、用水沖洗10分鐘、洗衣45分鐘、刷50次，以及對SiO2/PET和SiO2-PA/PET織物進(jìn)行10分鐘的超聲波處理。溫和的浸泡操作對兩種織物的影響都很小，干燥后織物的結(jié)構(gòu)色保留得很好。當(dāng)織物被水洗或洗衣機(jī)洗滌時，SiO2/PET織物在部分區(qū)域失去顏色。然而，SiO2 PA/PET織物的顏色保持不變。當(dāng)對PC改性織物進(jìn)行更猛烈的操作，如刷洗和超聲波處理時，SiO2/PET上的PC結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，但SiO2-PA/PET上的PC結(jié)構(gòu)仍保留完好。

通過重力沉降、刮刀涂層和噴涂制備了四種PC/PET織物。測量了由水蒸氣傳輸（WVT）值表示的滲透性。所有織物都表現(xiàn)出一些相同的特性，即顏色亮度隨著顆粒負(fù)載量的增加而增加，其滲透性相應(yīng)降低。

透氣性

借助掩膜，可以在寵物織物上輕松制作樹木、花朵和鹿的PC圖案。

圖案化

亮點(diǎn)小結(jié):綜上所述，已經(jīng)開發(fā)了一種兩步噴涂方法來制備基于光子晶體的PET及其混紡織物，其具有飽和結(jié)構(gòu)色、耐久染色以及柔軟透氣的紋理。膠體溶液溶劑的高表面張力和高沸點(diǎn)，以及織物基體的低扭角、大編織周期和大緊密度，都有利于在PET織物上形成高結(jié)晶、高密度的PC結(jié)構(gòu)。與以前的方法不同，目前的噴涂方法基于織物的毛細(xì)管相互作用和膠體溶液物理參數(shù)的調(diào)節(jié)，提供了一種精確、有約束和可控的方法，僅在紗線中沉積PC結(jié)構(gòu)和粘合劑。膠粒僅在每根紗線內(nèi)的纖維之間組裝，隨后的PA粘合劑沉積也僅在紗線周圍富集，最終形成獨(dú)立且固定的PC復(fù)合紗線。