一种高色饱和度的光致变色颜料

摘要

本申请提供一种高色饱和度的光致变色颜料。该高色饱和度的光致变色颜料包括：反射层和介质叠层，其中介质叠层设置于反射层至少一侧的主表面，介质叠层包括依次层叠设置的第一介质层、吸收层、第二介质层和若干金属纳米颗粒，若干金属纳米颗粒之间形成有缝隙，第二介质层的材料的折射率大于1.65。本申请的高色饱和度的光致变色颜料通过利用膜层的干涉效果及金属纳米颗粒对散射光的增强效应，实现了该光致变色颜料在自然光下具有随角异色的光变效果，同时在强可见光照射下，也将出现新的颜色变化，使该光致变色颜料具有双重防伪效果；另外，本申请的光致变色颜料的结构简单且具有较好的单色性。

说明书

技术领域

本申请涉及防伪技术领域，特别是涉及一种高色饱和度的光致变色颜料。

背景技术

光学变色颜料是近年来在市场上备受关注的一种高端防伪颜料，光变防伪技术是基于光学多层薄膜多光束干涉的随角异色效应，在入射角度改变的条件下，反射光束由于等效光程随角度变化，导致反射光谱的偏移从而使得颜色效果随观察角度的变化而产生变色效应，这种变色效应是通常的扫描/复印所无法复制再现的。近年来，随着光变颜料生产技术的进步和生产工艺的不断完善，光变防伪颜料的应用得到了拓展。

本申请的发明人在长期的研究过程中发现，现有的光学变色材料的结构虽然实现了光变效果，但效果较为单一。

发明内容

本申请提供一种高色饱和度的光致变色颜料，以解决现有技术中光致变色颜料效果单一的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是:提供一种高色饱和度的光致变色颜料，该光致变色颜料包括：反射层和介质叠层，介质叠层设置于反射层至少一侧的主表面，介质叠层包括依次层叠设置的第一介质层、吸收层、第二介质层和若干金属纳米颗粒，若干金属纳米颗粒之间形成有缝隙，第二介质层的材料的折射率大于1.65。

进一步地，反射层的彼此相对的两侧对称设置有介质叠层。

进一步地，反射层厚度范围为5-200nm。

进一步地，反射层的材料包括：铝、银、铜、金、铂、锡、钛、钯、镍、钴、铑、铌、铬中的一者或者至少两者的合金。

进一步地，吸收层厚度范围为3-30nm。

进一步地，吸收层的材料包括：钛、铝、铬、镍、钯、钛、钒、钴、铁、碳、锡、钨、钼、铑、铌中的一者或者至少两者的合金。

进一步地，第一介质层的材料的折射率小于或等于1.65。

进一步地，第一介质层的材料包括：二氧化硅、氧化铝、氟化镁、氟化铝、氟化铈、氟化镧、氟化钕、氟化钐、氟化钡、氟化钙、氟化锂聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酰亚胺、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、丙酸纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、甲基戊烯聚合物、均聚甲醛、丙烯酸树脂、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、云母、异质同晶聚合物、聚丁烯、离子交联聚合物、丙烯酸共聚物、热塑性、苯乙烯丁二烯、聚氯乙烯、脲醛、苯乙烯丙烯晴、聚碳酸酯中的至少一种。

进一步地，第二介质层的材料包括：钛酸镧、五氧化三钛、五氧化二铌、硫化锌、氧化锌、氧化锆、二氧化钛、碳、氧化铟、氧化铟锡、五氧化二钽、氧化铈、氧化钇、氧化铕、氧化铁、四氧化三铁、氮化铪、碳化铪、氧化铪、氧化镧、氧化镁、氧化钕、氧化镨、氧化钐、三氧化锑、碳化硅、氮化硅、一氧化硅、三氧化硒、氧化锡和三氧化钨中的至少一种。

进一步地，第一介质层的物理厚度为10-800nm，第二介质层的物理厚度为10-800nm。

进一步地，第一介质层和/或第二介质层包括至少一个高折射率层和至少一个低折射率层，其中，高折射率层和低折射率层依次交替设置。

进一步地，金属纳米颗粒的材料包括：铝、银、金、铜、铂、钌、钯、铑、钴、铁、镍、铅、锇和铱中的至少一者或者至少两者的合金。

进一步地，若干金属纳米颗粒彼此间隔设置，相邻的两个金属纳米颗粒之间的间隙为2nm-1mm。

进一步地，金属纳米颗粒的尺寸为5nm-1μm。

进一步地，金属纳米颗粒的形状为球体、半球体、椭球体、正方体、长方体、八面体、十二面体、十六面体、圆柱体、星形、锥体、三角体或者圆筒形。

进一步地，光致变色颜料还包括覆盖于金属纳米颗粒表面的保护层。

进一步地，保护层的材料包括：聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酰亚胺、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、丙酸纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、甲基戊烯聚合物、均聚甲醛、丙烯酸树脂、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、云母、异质同晶聚合物、聚丁烯、离子交联聚合物、丙烯酸共聚物、热塑性、苯乙烯丁二烯、聚氯乙烯、脲醛、苯乙烯丙烯晴、聚碳酸酯、二氧化硅、氧化铝、氟化镁、氟化铝、氟化铈、氟化镧、氟化钕、氟化钐、氟化钡、氟化钙和氟化锂中的至少一种。

本申请实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请的高色饱和度的光致变色颜料通过利用膜层的干涉效果及金属纳米颗粒对散射光的增强效应，实现了该光致变色颜料在自然光下具有随角异色的光变效果，同时在强可见光照射下，也将出现新的颜色变化的强光可变结构色特征，使该光致变色颜料具有双重防伪效果；另外，本申请的高色饱和度的光致变色颜料的结构简单且具有较好的单色性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的另一实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的另一实施例的结构示意图；

图4是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的制备方法的一实施例的流程示意图；

图5是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的制备方法的另一实施例的流程示意图；

图6是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的制备方法的另一实施例的流程示意图；

图7是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的制备方法的另一实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

请参阅图1所示，图1是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的一实施例的结构示意图，该高色饱和度的光致变色颜料包括：反射层11和介质叠层12，其中介质叠层12设置于反射层11的至少一侧主表面。

在图1所示的实施例中，介质叠层12设置于反射层11一侧的主表面。介质叠层12包括依次层叠设置的第一介质层121、吸收层122、第二介质层123和若干金属纳米颗粒124。其中，第一介质层121位于反射层11与吸收层122之间。该光致变色颜料的整体结构简单，便于制造。

若干金属纳米颗粒124之间形成有缝隙，比如，若干金属纳米颗粒124彼此间隔设置，以用于暴露出底部膜层。第二介质层123的折射率大于1.65，例如第二介质层123的材料折射率为1.7、1.8或1.9等，即第二介质层123的材料可以选用高折射率的材料。

本申请提供的光致变色颜料通过利用膜层的干涉效果和金属纳米颗粒124对散射光的增强效应，使得该光致变色颜料不仅在自然光下具有随角异色的光变效果，而且在强光照射下，也具有不同的颜色变化，从而使得该光致变色颜料具有双重防伪效果，防伪效果更佳且伪造难度较大；并且，该光致变色颜料的整体结构简单，具有较好的单色性。本申请的高色饱和度的光致变色颜料可以制备成颜料、薄膜，使用范围较广。

需要说明的是，本申请的光致变色颜料在高强度的可见光下即可实现颜色变化，例如手机光，主要表现为金属纳米颗粒124在高光作用下，对入射光的选择性波长的光散射增强，该现象是由一种局域表面等离子体共振现象引起的。局域表面等离子体共振是一种尺寸小于光波长的金属纳米颗粒124吸收光波的光学现象，指在入射光的照射下，金属纳米颗粒124内的电子云会重新分布而产生极化，从而产生正负电子云端。当入射光的偏振方向与两个金属纳米颗粒124的连线方向平行时，正负电子云端分别分布于金属纳米颗粒124的左右两端，间隙两侧的颗粒表面富集的异种电荷会产生强烈的电磁场，该点称之为“热点”。而这种“热点”区域对入射光有着强烈的光散射增强作用，且散射光谱具有一定波峰和波谷，从而使肉眼观察到的材料在高强度的光照下颜色发生变化。由于在高光下肉眼观察到的主要是材料的散射光，故不需要寻找特定的观察角度就可以看到颜色变化。

在其他实施例中，如图2所示，图2是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的另一实施例的结构示意图，本实施例中，光致变色颜料呈对称结构设置，例如可以在反射层11的彼此相对的两侧主表面对称设置有介质叠层12。使该光致变色颜料的相对两侧都可以达到上述实施例的效果。

可选地，反射层11厚度范围为5-200nm，比如反射层11的厚度可以为5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、80nm、90nm、100nm、110nm、140nm或者150nm等。

其中，反射层11的材料可以包括铝、银、铜、金、铂、锡、钛、钯、镍、钴、铑、铌、铬中的一者或者至少两者的合金。

吸收层122厚度范围为3-30nm。比如，吸收层122的厚度可以为3nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm或者30nm等。吸收层122的材料可以包括：钛、铝、铬、镍、钯、钛、钒、钴、铁、碳、锡、钨、钼、铑、铌中的一者或者至少两者的合金。

可选地，第一介质层121的材料的折射率小于或等于1.65，例如第一介质层121的材料的折射率为1.1、1.3、1.6、1.65等。第一介质层121的材料的折射率小于第二介质层123的材料的折射率，此种方式，能够提高光致变色颜料的变色效果，使颜料具有更好地单色性。

当第一介质层121为低折射率层时，第一介质层121的材料包括：二氧化硅、氧化铝、氟化镁、氟化铝、氟化铈、氟化镧、氟化钕、氟化钐、氟化钡、氟化钙、氟化锂聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酰亚胺、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、丙酸纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、甲基戊烯聚合物、均聚甲醛、丙烯酸树脂、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、云母、异质同晶聚合物、聚丁烯、离子交联聚合物、丙烯酸共聚物、热塑性、苯乙烯丁二烯、聚氯乙烯、脲醛、苯乙烯丙烯晴、聚碳酸酯中的至少一种。

在其他实施例中，第一介质层121的折射率也可以大于1.65，此种方式，也能使光致变色颜料具备光变效果。当第一介质层121也为高折射率层时，第一介质层121的材料可以和第二介质层123的材料相同，在其他实施例中，第一介质层121的材料也可以和第二介质层123的材料不同。

第一介质层121的物理厚度为10-800nm，比如，第一介质层121的物理厚度可以为10nm、50nm、100nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、550nm、600nm、700nm或者800nm等。

第二介质层123的物理厚度为10-800nm，比如第二介质层123的物理厚度可以为10nm、50nm、100nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、550nm、600nm、700nm或者800nm等。

可选地，第二介质层123可以为单层结构，比如第二介质层123可以仅为一层高折射率层结构；在其他实施例中，第二介质层123可以包括至少一个高折射率层和至少一个低折射率层，其中高折射率层和低折射率层依次交替设置，即第二介质层123可以由多个高折射率层和低折射率层交替堆叠设置，以达到某一特定的折射率。

可选地，第一介质层121也可以为单层结构，比如，第一介质层121可以仅为一层低折射率层结构；在其他实施例中，第一介质层121可以包括至少一个高折射率层和至少一个低折射率层，其中高折射率层和低折射率层依次交替设置，即第一介质层121可以由多个高折射率层和低折射率层交替堆叠设置，以达到某一特定的折射率。

本申请中的若干金属纳米颗粒124彼此间隔分布。具体地，相邻的两个金属纳米颗粒124之间的间隙为2nm-1mm，例如，相邻两个金属纳米颗粒124之间的间隙为2nm、100nm、1000nm、10000nm、0.1mm或1mm等。

并且，金属纳米颗粒124的材料为铝、银、金、铜、铂、钌、钯、铑、钴、铁、镍、铅、锇和铱中的至少一者或及至少两者的合金。

金属纳米颗粒124的形状可以为任意形状，例如球体、半球体、椭球体、正方体、长方体、八面体、十二面体、十六面体、圆柱体、星形、锥体、三角体、圆筒形和其他不规则形状等。金属纳米颗粒124的尺寸为5nm-1μm，例如5nm、10nm、50nm、100nm、500nm或1μm等。

可以理解的是，金属纳米颗粒124的形状可以统一为同一种形状，比如都为球体或者都为半球体等。在其他实施例中，金属纳米颗粒124也可为多种形状的混合，具体可以根据实际情况进行选择设置，在此不做具体限定。

如图3所示，图3是本申请提供的高色饱和度的光致变色颜料的另一实施例的结构示意图，区别于上述实施例，本实施例中，为了保护金属纳米颗粒124，光致变色颜料还包括覆盖于金属纳米颗粒124表面的保护层13。

具体地，保护层13的材料包括：聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酰亚胺、聚全氟乙丙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、丙酸纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、甲基戊烯聚合物、均聚甲醛、丙烯酸树脂、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、云母、异质同晶聚合物、聚丁烯、离子交联聚合物、丙烯酸共聚物、热塑性、苯乙烯丁二烯、聚氯乙烯、脲醛、苯乙烯丙烯晴、聚碳酸酯、二氧化硅、氧化铝、氟化镁、氟化铝、氟化铈、氟化镧、氟化钕、氟化钐、氟化钡、氟化钙和氟化锂中的至少一种。

通过设置保护层13能够有效保护底部金属纳米颗粒124和膜层结构，从而提高光致变色颜料的可靠性。

综上所述，本申请提供的光致变色颜料通过利用膜层的干涉效果及金属纳米颗粒124对散射光的增强效应，实现该光致变色颜料在自然光下具有随角异色的光变效果，同时在强可见光照射下，也将出现新的颜色变化，从而使该光致变色颜料具有双重防伪效果，另外，本申请的光致变色颜料的结构简单，且具有较好的单色性。

本申请提供的光致变色颜料可以制备成颜料、薄膜，薄膜可以直接镀制，也可使用转印得到。

进一步地，可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶凝胶、浸渍法等方法制备上述光致变色颜料。

在一个具体的实施例中，如图4所示，该高色饱和度的光致变色颜料的制备方法包括：

S11：提供一基底层。

具体的，该基底层可为刚性基底或柔性基底，例如，基底层的材料可以为石英玻璃或PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)。

S12：在基底层上形成隔离层。

隔离层作用为隔离基底层与光致变色颜料，以便于光致变色颜料从所述基底层上脱落。

S13：在隔离层上依次沉积金属纳米颗粒、第二介质层、吸收层、第一介质层、反射层、第一介质层、吸收层、第二介质层、金属纳米颗粒。

具体地，在基底层上，以隔离层、金属纳米颗粒、第二介质层、吸收层、第一介质层、反射层、第一介质层、吸收层、第二介质层、金属纳米颗粒为周期，重复蒸镀20到30次，或者更多次。

其中，第一介质层、第二介质层的结构请参阅上述实施例的说明在此不再赘述。

S14：从隔离层剥离该光致变色颜料。

最后，多次重复蒸镀完成后，从隔离层剥离该光致变色颜料，剥离方式可以采用干法或湿法。

在另一个实施例中，如图5所示，该高色饱和度的光致变色颜料的制备方法包括：

S21：提供一基底层。

具体的，该基底层可为刚性基底或柔性基底，例如，基底层的材料可以为石英玻璃或PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)。

S22：在基底层上形成隔离层。

隔离层作用为隔离基底层与光致变色颜料，以便于光致变色颜料从所述基底层上脱落。

S23：在隔离层上依次沉积：金属纳米颗粒、第一高折射率材料层、第一低折射率材料层、吸收层、第二低折射率材料层、反射层、第三低折射率材料层、吸收层、第四低折射率材料层、第二高折射率材料层、金属纳米颗粒。

本实施例中，通过采用第一高折射率材料层和第一低折射率材料层层叠设置以形成第二介质层，第二低折射率材料层作为第一介质层，第三低折射率材料层为第一介质层，第四低折射率材料层和第二高折射率材料层层叠设置以形成第二介质层，第一介质层、第二介质层的结构请参阅上述实施例的说明在此不再赘述。

在基底层上，以隔离层、金属纳米颗粒、第一高折射率材料、第一低折射率材料层、吸收层、第二低折射率材料层、反射层、第三低折射率材料层、吸收层、第四低折射率材料层、第二高折射率材料层、金属纳米颗粒为周期，重复蒸镀20到30次，或者更多次。

S24：从隔离层剥离该光致变色颜料。

最后，多次重复蒸镀完成后，从隔离层剥离该光致变色颜料，剥离方式可以采用干法或湿法。

在另一个实施例中，如图6所示，高色饱和度的光致变色颜料的制备方法包括：

S31：提供一基底层。

使用卷绕镀膜机，提供一基底层，具体地，基底层可为柔性基底，例如，基底层的材料可以为PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)。

S32：在基底层上形成隔离层。

隔离层作用为隔离基底层与光致变色颜料，以便于光致变色颜料从所述基底层上脱落。

S33：在隔离层上依次沉积反射层、第一介质层，吸收层、第二介质层、金属纳米颗粒。

S34：从隔离层剥离该光致变色颜料。

具体的剥离方式可以采用干法或湿法、转印或使用粘性基底去粘贴剥离。

在另一实施例中，如图7所示，高色饱和度的光致变色颜料的制备方法包括：

S41：提供一基底层。

使用卷绕镀膜机，提供以基底层，具体地，基底层可为柔性基底，例如，基底层的材料可以为PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)。

S42：在基底层上形成隔离层。

隔离层作用为隔离基底层与光致变色颜料，以便于光致变色颜料从所述基底层上脱落。

S43：在隔离层上依次沉积第二介质层、吸收层、第一介质层、反射层、第一介质层、吸收层和第二介质层。

S44：从隔离层剥离膜层。

具体的剥离方式可以采用干法或湿法、转印或使用粘性基底去粘贴剥离。

S45：使用化学方式在膜层上进行金属纳米颗粒的生长。

综上所述，本申请提供的光致变色颜料的制备方法操作简单且便于生产，提高生产效率，降低生产成本。

应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施例的具体说明，并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本申请的保护范围之内。