一種濕敏變色防偽功能材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于防偽技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種濕敏變色防偽功能材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]公眾防偽是在公共使用的產(chǎn)品或物品上為便于公眾區(qū)分真假的鮮明標(biāo)記，不需要借助任何儀器、設(shè)備即能辨認(rèn)防偽特征的防偽技術(shù)；不受時(shí)間、場(chǎng)合的限制，也不需要借助任何儀器設(shè)備，僅用簡便易行的方法就能識(shí)別，因此，在防偽技術(shù)領(lǐng)域，公眾防偽應(yīng)用最為廣泛。
[0003]公眾防偽技術(shù)通常都是利用視覺信息作為識(shí)別點(diǎn)，在不同狀態(tài)(如視角、光源、溫度等)下，顯示特征不同或顏色變化的圖案以達(dá)到防偽的目的。近年來，隨著人們對(duì)防偽技術(shù)需求的日益增大，研究人員研發(fā)出很多性能優(yōu)異的公眾防偽技術(shù)及產(chǎn)品，但以光敏變色、溫敏變色、隨角變色等技術(shù)和產(chǎn)品為主，濕敏變色防偽技術(shù)很少。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，濕敏變色的機(jī)理主要是空氣中的濕度能夠?qū)е伦兩珓┓肿咏Y(jié)合結(jié)晶水后，水合離子能級(jí)分裂或者離子極化變形導(dǎo)致顯色，從而實(shí)現(xiàn)濕敏變色。如中國專利CN1048555A公開了一種濕敏性變色涂料，由氯化鈷、六次甲基四胺、尿素和成膜劑制成的基礎(chǔ)漿和增色劑組成，其中氯化鈷為變色劑。中國專利CN102658005A公開了一種新型濕敏變色干燥劑，由微晶染料、連接料和干燥劑三種組分組成，其中微晶染料為接觸水后能發(fā)生溶解變色的晶體顆粒，如酚紅、酚酞等。常用的變色劑有鈷鹽、CuSO4、有機(jī)酚等，大多濕敏變色材料僅將上述變色劑加入其中以達(dá)到濕敏變色效果。由于濕敏變色的機(jī)理單一、變色劑的種類固定，將上述濕敏變色材料應(yīng)用在防偽技術(shù)中時(shí)會(huì)帶來一個(gè)很嚴(yán)重的問題——容易被仿制，可靠性較低。
[0005]光子晶體也叫光子帶隙材料，是由兩種或兩種以上不同折射率的介電材料組成并在空間上呈周期變化的微結(jié)構(gòu)。其周期性排布結(jié)構(gòu)能將在其中傳播的光波的色散曲線形成帶狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)這種空間周期參數(shù)與光波的波長相位處于同一量級(jí)時(shí)，帶狀結(jié)構(gòu)之間會(huì)出現(xiàn)類似半導(dǎo)體禁帶的“光子禁帶(photonic band gap)”,使得光子晶體呈現(xiàn)出特定的顏色。這種顯色現(xiàn)象通過物理結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，在結(jié)構(gòu)不變的情況下，不會(huì)因外界環(huán)境變化而改變顏色，又稱結(jié)構(gòu)色，色彩亮麗、永不褪色，將光子晶體應(yīng)用在防偽技術(shù)領(lǐng)域，具有重要的價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中濕敏變色機(jī)理單一，易被仿制的問題，提供一種變色機(jī)理新穎的濕敏變色防偽功能材料及其制備方法和應(yīng)用。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明所述的一種濕敏變色防偽功能材料，包括光子晶體和組分B，光子晶體和組分B形成以組分B為基體的液凝膠體系；其中，光子晶體為以粒子形式在組分B中呈周期點(diǎn)陣分布的組分A，組分A和組分B在可見光波長范圍內(nèi)折射率不同，組分B隨濕度變化產(chǎn)生體積變化，濕度為10?100%。
[0009]組分A在可見光范圍內(nèi)的折射率為1.50?1.70，組分B在可見光范圍內(nèi)的折射率為 1.3 ?1.48。
[0010]組分A為聚苯乙烯微球和/或聚苯乙烯-聚丙烯酸共聚物微球，組分B為聚丙烯酰胺及其衍生物的液凝膠。
[0011]所述液凝膠的分散介質(zhì)為水或有機(jī)溶劑。
[0012]所述濕度變化范圍為60?90%。
[0013]所述組分A的粒徑為120_180nm。
[0014]所述濕敏變色防偽功能材料為顆粒狀，粒徑為0.5?200 μ m。
[0015]所述粒徑為5?50 μ m。
[0016]所述濕敏變色防偽功能材料為薄膜狀，厚度為0.5?100 μ m。
[0017]本發(fā)明所述的濕敏變色防偽功能材料的制備方法，包括如下步驟:
[0018]S11、將組分A自組裝成光子晶體；
[0019]S12、將所述光子晶體浸泡于組分B中，使組分B充分填充所述光子晶體，制得所述濕敏變色防偽功能材料。
[0020]本發(fā)明所述的濕敏變色防偽功能材料的制備方法，包括如下步驟:
[0021]S21、將組分A自組裝成光子晶體；
[0022]S22、將所述光子晶體浸泡于形成組分B的單體溶液中，使所述形成組分B的單體的溶液充分填充所述光子晶體，觸發(fā)所述形成組分B的單體發(fā)生聚合反應(yīng)形成組分B，制得所述濕敏變色防偽功能材料。
[0023]步驟Sll和S21中所述自組裝方法為自然沉降法、離心沉降法、過濾法、垂直沉積法、蒸發(fā)自組裝法、物理限制法和電泳沉積法中的一種。
[0024]步驟S22中所述觸發(fā)所述形成組分B的單體發(fā)生聚合反應(yīng)的方法為熱風(fēng)干燥、紫外干燥和光照中的一種或多種的組合。
[0025]本發(fā)明所述的濕敏變色防偽功能材料在防偽顏料、防偽涂料、防偽紙張、防偽貼條、防偽標(biāo)簽、防偽卡片、鈔券印刷載體中的應(yīng)用。
[0026]所述鈔券印刷載體還包括與所述濕敏變色防偽功能材料以層狀疊加和/或混合疊加組合的全息、液晶、紅外、紫外防偽材料中的一種或多種。
[0027]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0028]1、本發(fā)明提供一種濕敏變色防偽功能材料，包括光子晶體和組分B，光子晶體和組分B形成以組分B為基體的液凝膠體系；光子晶體為以粒子形式在組分B中呈周期點(diǎn)陣分布的組分A，組分A和組分B在可見光波長范圍內(nèi)折射率不同，組分B隨濕度變化產(chǎn)生體積變化。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種新型濕敏變色防偽機(jī)理，首先，所述濕敏變色防偽功能材料中組分A呈點(diǎn)陣分布，形成三維光子晶體，依據(jù)光子晶體的點(diǎn)陣周期參數(shù)，光子晶體可以限制特定波長的光的傳播，因此呈現(xiàn)出特定的顏色；其次，組分B具有溶脹特性，隨濕度變化產(chǎn)生體積變化；因此，在不同濕度條件下，組分A形成的光子晶體的點(diǎn)陣周期參數(shù)會(huì)隨著組分B的溶脹特性發(fā)生變化，因此所限定的波長也會(huì)發(fā)生改變，從而呈現(xiàn)不同的顏色，實(shí)現(xiàn)防偽功能；所述濕敏變色防偽功能材料的顯色由組分A所形成的光子晶體點(diǎn)陣周期參數(shù)決定，可靠性高，不易仿造。另外，從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明提供一種濕敏變色防偽功能材料的反射光波長與濕度或含水量的大小呈正相關(guān)，反射光顏色更可以覆蓋整個(gè)可見光范圍，增加了所述濕敏變色防偽功能材料的可靠性。
[0029]2、本發(fā)明提供一種濕敏變色防偽功能材料，采用周期性結(jié)構(gòu)色光學(xué)設(shè)計(jì)，不但環(huán)境耐受性強(qiáng)，而且具有炫麗的金屬色澤，在室溫環(huán)境的濕度變化下能夠?qū)崿F(xiàn)鮮明的顏色變化，易于觀察識(shí)別，滿足公眾防偽技術(shù)的要求。
【附圖說明】
[0030]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0031]圖1是本發(fā)明所述濕敏變色防偽功能材料截面示意圖；
[0032]圖2是實(shí)施例1中所提供濕敏變色防偽功能材料在不同含水量條件下顏色示意圖；
[0033]圖3是實(shí)施例2中所提供濕敏變色防偽功能材料在不同濕度條件下顏色示意圖。
[0034]圖4是實(shí)施例3中所提供濕敏變色防偽功能材料在不同濕度條件下顏色示意圖。
[0035]圖5是實(shí)施例4中所提供濕敏變色防偽功能材料在不同濕度條件下顏色示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0037]下述實(shí)施例中聚苯乙烯微球、聚苯乙烯-聚丙烯酸共聚物微球購自DUKE公司，聚丙烯酰胺及其衍生物單體購自三菱公司。
[0038]實(shí)施例1
[0039]本實(shí)施例提供一種濕敏變色防偽功能材料及其制備方法，所述濕敏變色防偽功能材料包括組分A和組分B，組分A和組分B形成以組分B為基體的液凝膠體系；其中，組分A以粒子形式在組分B中呈周期點(diǎn)陣分布。組分A為粒徑為155nm的聚苯乙烯微球，折射率為1.5 ;組分B為以丙烯酰胺為單體的水凝膠，折射率為1.3。
[0040]所述濕敏變色防偽功能材料的制備方法為:
[0041]I)將直徑為155nm的聚苯乙烯微球分散于水中，制成濃度為0.45wt%的懸浮乳液，采用垂直沉積法(參見2008年刊登在《重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》第4期74-78頁的《垂直沉積法自組裝膠體光子晶體的研究進(jìn)展》)自組裝成光子晶體；
[0042]2)配制濃度為21.5wt%的丙烯酰胺單體的水溶液，將所述光子晶體浸泡在所述丙烯酰胺單體的水溶液中，使得溶液充分進(jìn)入光子晶體的孔隙；
[0043]3)利用強(qiáng)度為2.5mff/cm2的365nm紫外光引發(fā)單體聚合，保持上述紫外光照射20分鐘，制備成具有光子晶體結(jié)構(gòu)的防偽功能材料。
[0044]4)將步驟3)中得到的所述具有光子晶體結(jié)構(gòu)的防偽功能材料粉碎成粒徑為50 μ m的顆粒，制得所述濕敏變色防偽功能材料。
[0045]作為本發(fā)明的其他實(shí)施例，所述濕敏變色防偽功能材料的粒徑為0.5?200 μ m，優(yōu)選5?50 μ m均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0046]測(cè)試上述濕敏變色防偽功能材料在不同吸水量時(shí)的反射光譜，所得結(jié)果如圖2所示。當(dāng)Ig所述濕敏變色防偽功能材料吸水量分別是0、3.0mg、ll.0mg、17.5mg時(shí),光子禁帶位置分別是390nm、445nm、520nm和570nm。隨著含水量的增加，光譜逐漸紅移，并且反射率也逐漸增大，實(shí)現(xiàn)所述濕敏變色防偽功能材料的顏色從透明到藍(lán)色、綠色、橙黃色的轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)防偽功能。
[0047]實(shí)施例2
[0048]本實(shí)施例提供一種濕敏變色防偽功能材料及其制備方法，所述濕敏變色防偽功能材料包括組分A和組分B，組分A和組分B形成以組分B為基體的液凝膠體系；其中，組分A以粒子形式在組分B中呈周期點(diǎn)陣分布。組分A為粒徑為145nm的聚苯乙烯微球，折射率1.58 ;組分B為以丙烯酰胺為單體的水凝膠，折射率為1.4。
[0049]所述濕敏變色防偽功能材料的制備方法為:
[0050]I)以直徑為145nm的聚苯乙烯微球分散于水中，制成濃度為0.55wt%的懸浮乳液，采用自然沉降法(參見2010年刊登在《紅