[0001] 本发明是关于一种转印膜，特别是一种结构色碳纤维膜转印膜的制备方法。

[0002] 光子晶体呈色的原理是光线经过周期性结构的布拉格衍射调制，通过反射光子晶体本身的禁带光可以得到对应的结构色，这种显色工艺简单、稳定、廉价、环保无污染，且具有颜色随可视角度变换、调控范围宽且方便、色彩持久等优势，是传统化学颜料、染料有力的替代品，其特殊的光谱特性，如高饱和度、角度光变、智慧响应等特性更使得其在智能包装，防伪溯源等领域有着广阔的应用前景。现有技术中，光子晶体材料的自组装是直接在承印基底之上进行，为了获得较好的光子晶体组装质量，往往需要控制温度、湿度等外界条件，且组装过程缓慢耗时，对承印基底的要求也非常高，承印基底表面的粗糙度，浸润性，耐水、耐溶剂性都需要与胶体光子晶体乳液的组装条件相匹配才能获得可接受的组装效果，对于部分图形化的组装方案，甚至需要对承印基底进行图形化的浸润性调控才能实现，这都严重地限制了承印基底的选择，极大地增加了工艺难度，进而提高了成本。并且部分方案中为了获得光子晶体与承印基底相适的物理性能，如附着力、光泽度，流平性，成膜性等参数需要加入相应助剂，但是，光子晶体的自组装过程是依靠分子间作用力的弱相互作用实现的，向体系内添加助剂都会间接影响光子晶体的组装质量，甚至无法组装，这些因素都影响了光子晶体产品应用的推广。是以，现有技术的胶体自组装法仍有以下问题需要克服，由于对组装环境(例如恒温、恒压、恒湿等)要求较高，因此胶体微球自组装速度慢。再者，组装基底选择性差，通常无法在多孔基底(如纤维纸)、曲面基底(如包装瓶)等表面组装呈现结构色，只能在一些光滑刚性基底表面组装，方能适用重力沉积法、竖直沉积法、提拉法、旋涂法等制备方法。并且胶体微球组装后形成的光子晶体层与基底之间附着力较差而容易剥落，且结构强度也较差而不耐刮擦。另外，胶体微球的组装效果有着对乳液成分敏感，使得乳液中难以另添加助剂，再加上乳液自身的粘度，流平性能难以调节，造成乳液较不适宜用于印刷涂布的方式，导致组装效果与印刷质量难以兼顾。在图案化过程中，由于乳液本身印刷适性难以与组装质量兼顾，难以获得高质量的直接组装图案，且图形化过程中，由于咖啡环效应(coffee ring effect)的存在，使得影响光子晶体图案边缘组装质量，进而组装形态会与图案中心部分存在显着色差。

[0003] 本发明的目的在于提供一种周期短，成本低，效果好的结构色碳纤维膜转印膜的制备方法，以满足工业需求，适合大面积推广应用。

[0004] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：提供了一种结构色碳纤维膜转印膜的制备方法，包括：

[0005] (1)提供碳纤维膜组装基底；

[0006] (2)制备光子晶体乳液；

[0007] (3)于碳纤维膜组装基底表面电泳沉积所制备的光子晶体乳液，固化形成光子晶体层；

[0008] (4)于光子晶体固化层表面制备转印层。

[0009] 进一步地，步骤(1)中，碳纤维膜组装基底是柔性且可卷绕。

[0010] 进一步地，步骤(2)中，先将0.4-0.6wt％十二烷基硫酸钠溶于85-95wt％去离子水中，在均匀搅拌300r/min下通入氮气鼓泡约30分钟；接着，以水浴加热方式升温至85℃，稳定后，再加入4-8％的苯乙烯单体；在均匀搅拌300r/min下通入氮气鼓泡约10-20min后，加入0.05-0.2wt％的过硫酸钾，在搅拌、氮气保护下及85℃下，反应4-6h，得到固含量为5-10wt％所述聚苯乙烯微球乳液。

[0011] 进一步地，步骤(3)中，将聚苯乙烯微球乳液置于导电容器中，将碳纤维膜基底置于容器的阳极，调节电压2-12V和电泳沉积时间5-50s,在碳纤维膜基底表面组装所述聚苯乙烯微球，沉积结束后将所述碳纤维膜基底从容器中拉出，并在75℃(聚苯乙烯玻璃化的温度)的烘箱中固化4-6h，制备得到所述光子晶体层。光子晶体层包括由聚苯乙烯微球周期性排布形成的聚苯乙烯微球层，所述聚苯乙烯微球层为密堆积结构，使基底材料具有光泽。

[0012] 进一步地，步骤(4)中，转印层由UV树脂前驱物制成，涂布UV树脂前驱物在所述光子晶体层表面后进行紫外光照射，完全固化所述树脂薄膜，得到所述转印层，即得。

[0013] 本发明的有益效果在于：本发明了提供了一种结构色碳纤维膜转印膜的制备方法，本发明的制备方法对组装环境没有特殊要求，组装时间短，能够快速沉积于碳纤维膜表面，形成光子晶体层，适合制备大面积的转印膜；与此同时，在制备过程中无需添加化学助剂，避免光子晶体结构出现裂纹，提高了组装质量；综上，本发明的制备方法，周期短，成本低，效果好、能够充分满足工业需求，适合大面积推广应用。

[0014] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

[0015] 图1为本发明的电泳沉积结构色碳纤维膜的示意图。

[0016] 其中1为阳极：碳纤维膜基底；2为阴极：金属电极；3为聚苯乙烯微球；4为导电容器；5为外接电源。

[0017] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0018] 本发明的结构色碳纤维膜转印膜的制备方法，包括如下步骤：

[0019] (1)提供碳纤维膜组装基底；

[0020] (2)制备光子晶体乳液；

[0021] (3)于碳纤维膜组装基底表面电泳沉积所制备的光子晶体乳液，固化成光子晶体层；

[0022] (4)于光子晶体固化层表面制备转印层。

[0023] 实施例1

[0024] 组装基底为柔性且可卷绕的碳纤维膜基底。

[0025] 制备聚苯乙烯微球悬浮乳液：先将0.58g十二烷基硫酸钠溶于90mL去离子水中，在均匀搅拌300r/min下通入氮气鼓泡约30分钟。接着，以水浴加热方式升温至85℃，稳定后，再加入5g的苯乙烯单体。在均匀搅拌300r/min下通入氮气鼓泡约15分钟后，加入0.10g的过硫酸钾，在搅拌、氮气保护下及85℃下，反应5小时，制得固体含量为5％的聚苯乙烯微球悬浮乳液，其中聚苯乙烯微球的粒径为215nm，PDI为0.02。

[0026] 于碳纤维膜组装基底表面电泳沉积所制备的光子晶体乳液，固化成光子晶体层：如图1所示，将上述分散液置于环形容器4中，将单片碳纤维膜1作为阳极，接入外接电源5，调节电泳电压12V，时间20s，聚苯乙烯微球3在碳纤维膜1表面自组装成有序结构，进行沉积；沉积结束后将碳纤维膜1从容器4中拉出，并在75℃的烘箱中干燥1h，制备得到聚苯乙烯纳米球光子晶体层。

[0027] 于光子晶体固化层表面制备转印层：先以UV树脂前驱物均匀涂布在光子晶体层表面，然后进行紫外光照射，完全固化UV树脂薄膜,在光子晶体层表面形成转印层，得到本发明的结构色炭纤维膜转印膜。

[0028] 实施例2

[0029] 制备聚苯乙烯微球悬浮乳液：先将0.60g十二烷基硫酸钠溶于90mL去离子水中，在均匀搅拌300r/min下通入氮气鼓泡约30分钟。接着，以水浴加热方式升温至85℃，稳定后，再加入8g的苯乙烯单体。在均匀搅拌300r/min下通入氮气鼓泡约15分钟后，加入0.20g的过硫酸钾，在搅拌、氮气保护下及85℃下，反应5小时，制得固体含量为10％的聚苯乙烯微球悬浮乳液，其中聚苯乙烯微球的粒径为220nm，PDI为0.04。

[0030] 于碳纤维膜组装基底表面电泳沉积所制备的光子晶体乳液，固化成光子晶体层：如图1所示，将上述聚合物微球分散液，置于环形容器中，将单片碳纤维膜1作为阳极，接入外接电源5，通过调节电泳电压12V，沉积时间50s，聚苯乙烯微球3在碳纤维膜1表面自组装成有序结构，进行沉积；沉积结束后将碳纤维从容器中拉出，并在75℃的烘箱中干燥2h，制备得到聚苯乙烯纳米球光子晶体层。

[0031] 于光子晶体固化层表面制备转印层：先以UV树脂前驱物均匀涂布在光子晶体层表面，然后进行紫外光照射，完全固化UV树脂薄膜,在光子晶体层表面形成转印层，得到本发明的结构色炭纤维膜转印膜。

[0032] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0033] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。