一种拉伸变色柔性织物及其制备方法和应用

本发明涉及材料，特别是涉及一种拉伸变色柔性织物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、人类文明发展纺织印染技术对织物进行着色已有千年的历史，其中颜色主要是通过引入染料来产生，由于染料的颜色来自于化学物质对光的吸收，故可称之为化学染色。化学染色随着时间的流逝会逐渐褪色，难以长久保持鲜艳的色彩，此外，纺织印染过程中产生大量难以降解的染料残留，造成严重的环境污染。因此，迫切需要发展一种绿色环保的织物染色技术。近年来，结构色材料作为一种用于纺织印染的新技术受到人们的广泛关注。结构色是利用微米或者纳米尺度的微结构(薄膜，光栅，光子晶体等)对自然光的调控作用，如折射、衍射、干涉散射等来产生颜色。结构色材料具有高饱和度、耐辐照、永不褪色、环境友好、受外界刺激能变色等特点与优势，能适用于各种涂层、印染相关的应用。

2、目前，制备结构色织物存在诸多亟待解决的关键科学技术问题。由于织物本身的编织组织，其表面化学组成、纤维结构、浸润性各异，并且表面凹凸不平，这些因素都不利于长程周期性结构的形成，难以制备出高色彩饱和的结构色材料。其次，如何增强结构色材料在织物表面附着的牢度也是一大难点，比如耐水洗和耐磨性，要求增强光子晶体与织物之间的作用力，防止在织物长期使用过程中结构色材料脱落。此外，结构色材料具有刺激响应变色的特点，如何基于结构色材料制备具有变色功能的织物也是一大难点。目前所制备的结构色织物普遍存在上述讨论的色彩饱和低、附着力差、无变色性能等问题，亟待发展新的制备技术来解决这些问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的结构色织物存在色彩饱和低、附着力差、无变色性能的问题，而提供一种拉伸变色柔性织物。

2、本发明的另一个目的是提供所述拉伸变色柔性织物的制备方法。

3、本发明的另一个目的是提供所述拉伸变色柔性织物的应用。

4、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

5、一种拉伸变色柔性织物，所述拉伸变色柔性织物为三层结构，从下到上依次包括柔性织物基底层、聚合物涂布层和变色液晶高分子材料层，柔性织物基底层与聚合物涂布层通过网络互锁的物理连接，聚合物涂布层和变色液晶高分子材料层通过硅烷偶联剂共价键化学连接，所述拉伸变色柔性织物在外力拉伸下实现动态变色。

6、在上述技术方案中，所述变色液晶高分子材料层中具有液晶分子自组装形成长程有序的一维胆甾相光子晶体或三维蓝相光子晶体。

7、在上述技术方案中，所述柔性织物为棉织物、麻织物、毛织物、丝织物、涤纶织物、腈纶织物、氨纶织物或锦纶织物。

8、在上述技术方案中，所述聚合物涂布层的材质为聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚偏二氟乙烯或聚氨酯。

9、在上述技术方案中，所述变色液晶高分子材料的厚度为5μm～50μm，所述聚合物涂布层的厚度为10μm～1000μm。

10、在上述技术方案中，所述动态变色的反射光谱范围在400nm～700nm之间。

11、本发明的另一方面，还包括所述拉伸变色柔性织物的制备方法，包括以下步骤：

12、步骤1，将聚合物材料热压在柔性织物表面，得到聚合物涂布层修饰的柔性织物；

13、步骤2，将聚合物涂布层表面经过等离子体处理后接枝硅烷偶联剂；

14、步骤3，将液晶单体、手性剂、非液晶单体、纳米掺杂剂、引发剂和有机溶剂按预设比例混合均匀，得到手性液晶高分子前驱体溶液，将手性液晶高分子前驱体溶液均匀涂覆在聚合物涂布层表面，随着手性液晶高分子前驱体溶液中的有机溶剂不断挥发，手性液晶高分子逐渐自组装并产生结构色，等手性液晶高分子前驱体溶液中的溶剂完全挥发后，再通过光聚合的方式固化，得到变色液晶高分子材料层，由此得到表面具有变色液晶高分子材料层的柔性织物。

15、在上述技术方案中，所述步骤2中，所述硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；

16、在上述技术方案中，所述步骤3中，所述液晶单体选自式(i)、式(ⅱ)的化合物中的一种或任意比例的多种：

17、

18、式(i)和式(ⅱ)中，x或y为芳香族环或脂环烷，x或y为芳香族环时，所述x或y为1,4-苯环、2-5-嘧啶环或1,2,6-萘环，所述x或y为脂环烷时，所述x或y为反-1,4-环己烷，当x或y含有侧基时，所述侧基为卤素、氰基或甲基；m，n分别为0～4；z为苯基、酯基、炔基、烷烃基、氮氮双键、醚键或直接相连；r1或r2为含有1～16个碳原子的烷基、含有1～16个碳原子的烷氧基、含有1～16个原子的硅氧烷基或酯基；

19、在上述技术方案中，所述步骤3中，非液晶单体为丙烯酸酯类、巯基类或氨基类单体，优选的，所述非液晶单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、1,2-乙二硫醇、3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇或正丁胺。

20、在上述技术方案中，所述步骤3中，所述手性剂为具有手性的分子，所述手性剂为lc756、r5011、s5011、r811、s811、r1011、s1011或cb15。

21、在上述技术方案中，所述步骤3中，所述纳米掺杂剂为碳纳米管、石墨烯纳米片、炭黑、mxene纳米片、金纳米颗粒或金纳米棒。

22、在上述技术方案中，所述步骤3中，所述引发剂为在250～520nm区间具有吸光能力的紫外光引发剂，优选的，所述光引发剂为安息香双甲醚、1-羟基环已基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。

23、在上述技术方案中，所述步骤3中，所述有机溶剂为甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、环己烷、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、石油醚、n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

24、在上述技术方案中，所述步骤3中，光聚合反应的光源为波长250～520nm的uv光源，光强为5～200mw/cm2，聚合时间为60s～1800s。

25、在上述技术方案中，所述步骤3中，所述液晶单体、手性剂、非液晶单体、纳米掺杂剂、引发剂、有机溶剂的质量分数的比为：(20.0～60.0):(1.0～10.0):(1.0～10.0):(0.01～1.0):(0.01～1.0):(20.0～60.0)。

26、在上述技术方案中，所述步骤3中，所述手性液晶高分子前驱体溶液均匀涂覆在聚合物涂布层表面，涂覆的方式为打印、刷涂、刮涂、喷涂、旋涂中的一种。

27、本发明的另一方面，还包括所述拉伸变色柔性织物在显示、防伪或智能涂层中的应用。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1.本发明的拉伸变色柔性织物巧妙地引入了聚合物涂布层，聚合物涂布层使柔性织物的表面变得平整，有利于结构色材料自组装。此外，柔性织物基底层与聚合物涂布层可以通过网络互锁的物理连接，不易脱落。

30、2.本发明将手性液晶高分子材料与柔性织物相结合制备了变色柔性织物。将手性液晶高分子前驱体溶液均匀涂覆在聚合物涂布层表面，随着手性液晶高分子前驱体溶液中的有机溶剂不断挥发，液晶分子逐渐自组装并产生结构色。与传统的胶体粒子自组装获得的结构色材料相比，手性液晶高分子结构色材料具有制备方法简单、不容易产生缺陷、能够拉伸变色等优异性能。通过溶剂挥发自组装的方法解决了结构色材料难以在柔性基底上自组装的问题。手性液晶高分子前驱体溶液中添加了纳米掺杂剂，纳米掺杂剂协助液晶单体分子自组装，并最终得到高饱和度的结构色。结合手性液晶高分子材料拉伸变色特点实现了可拉伸变色的柔性织物。

31、3.本发明的拉伸变色柔性织物通过在界面处引入能够发生共价化学交联的硅烷偶联剂，变色液晶高分子材料层在紫外光固化时会和硅烷偶联剂发生交联，从而实现了聚合物涂布层与变色液晶高分子材料层的界面结合，提升了变色柔性织物的机械性能和可加工性，有利于变色柔性织物的规模化生产和多场景化应用。