本发明属于光子晶体材料，尤其涉及一种非晶光子晶体颜料及其制备方法与应用。
背景技术：
1、结构色流行于自然界，参考部分鸟类的羽毛和蝴蝶的翅膀微观结构周期性排列致色原理，诞生的光子晶体这一材料。人工合成的光子晶体是由两种或多种不同折射率介质组成的周期阵列纳米结构材料，由于光子的带隙阻碍了光在某些波长范围内的传播，通过选择性反射某些波长范围的光，使得光子晶体具有独特的彩虹色。这种结构色可以通过改变光子晶体构筑单元的折射率、排列方式、粒径等进行调控。光子晶体结构对外界刺激的响应迅速可逆，因此被广泛应用于传感器显色、信息防伪、印刷和打印、纺织与涂料等领域。但在光子晶体很难应用于化妆品。其原因是光子晶体的彩虹色要求微观结构的长程有序排列。通常，自下而上的光子晶体结构构建需要两个步骤。首先，合成了单分散性良好的亚微米微球，然后通过垂直沉积、蒸发诱导、旋涂法、场力诱导作用等来实现周期性排列。然而，这些外力在人体皮肤上实现长程有序自组装是不可能的。相比之下，非晶光子晶体(apcs)具有短程有序的结构，不需要现场组装，且非晶结构的相干散射产生了低角度依赖性颜色，更符合彩妆单色产品的需求。
2、研究发现非晶光子晶体存在缺陷，长程无序的结构使多重非相干散射效果增强，这会导致结构色的色彩饱和度降低，甚至呈现乳白色。为了解决这个问题，研究者们将黑色的消光材料加入晶体材料中来抑制非相干散射，使非晶材料的颜色更加明亮。一种方法是将消光材料如聚多巴胺、fe3o4、聚吡咯等直接作为光子晶体构筑单元的一部分，liu等人在无皂乳液聚合过程中加入多巴胺合成单分散pmma/hema/pda颗粒，并由此构建了非密排胶体晶体阵列。聚多巴胺抑制了结构缺陷对光的散射，增强了结构色的饱和度。wen等通过法在fe3o4黑色颗粒外层包裹sio2，并将制备的fe3o4@sio2胶体颗粒的乙醇溶液快速喷涂在各种基材上，得到了结构颜色鲜艳的非晶光子晶体涂层。fe3o4的高折射率和黑色特性增加了反射光的总量，同时减少了非相干光的干扰，使涂层具有高饱和度的结构色。但这种方法提高了合成的难度，且会影响光子晶体本身的组装；另一种方法是将消光材料如炭黑、石墨烯纳米片、碳纳米管等掺杂在光子晶体结构中，吸收非相干散射光。但是炭黑属于疏水材料，难在水中稳定分散，粒径较小容易团聚，会影响显色效果，通过引入亲水性基团到疏水炭黑表面，使炭黑粒子之间依靠静电斥力或空间位阻防止粒子再次聚集。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种非晶光子晶体颜料及其制备方法与应用。
2、本发明的第一个目的是提供一种非晶光子晶体颜料，所述非晶光子晶体颜料包括珠光填充物、排列在所述珠光填充物表面的光子晶体微球；所述光子晶体微球排列的空隙中吸附有改性消光材料；
3、所述改性消光材料由阳离子表面活性剂对消光材料进行改性得到；光子晶体微球是一种在水中自组装的光子晶体液态胶体晶，疏水性消光材料想要与其结合，需要进行亲水性改性，才能得到稳定的消光材料水系分散液；
4、所述光子晶体微球包括内核和外壳，内核为苯乙烯，外壳为甲基丙烯酸；苯乙烯是聚合的主要单体，甲基丙烯酸作为亲水性共聚物；由于苯乙烯和甲基丙烯酸不相溶，甲基丙烯酸倾向于聚集在聚合物乳胶粒与溶剂的界面上，起到了乳化剂的作用；所述光子晶体微球的粒径为180nm-280nm。
5、在本发明的一个实施例中，所述珠光填充物、光子晶体微球和改性消光材料的质量比为(25-100):100:(3-5)。
6、在本发明的一个实施例中，所述珠光填充物选自天然白云母、天然绢云母和人工合成云母中的一种或多种。
7、进一步地，所述珠光填充物为云母；云母作为颜料和化妆品常用的重要基料之一，具有珠光光泽，可以提高颜料的光泽度，在云母上复合有机或无机化合物，合成颜色绚丽的具有珠光效果的有色珠光材料；除此之外，云母片状结构之间相互叠加，光线进入层状结构时经过多层折射和反射，对紫外线一定的屏蔽作用；云母的晶体结构由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成，硅氧四面体中部分的si4+被al3+取代，引起硅氧四面体层内正电价不足，具有吸引阳离子的倾向，可以通过静电作用等结合带正电的化合物。而改性消光材料表面带有充足的正电荷，可以与云母充分组合，提供微米级的暗背景，将光子晶体微球与ctab-cb-mica结合后，即可合成带有珠光效果的非晶光子晶体颜料。
8、在本发明的一个实施例中，所述阳离子表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、十二烷基三甲基溴化铵(dtab)和十八烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
9、进一步地，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(ctab)，十六烷基三甲基溴化铵一端为非极性的烷基链，属于疏水基，另外一端为亲水的极性基团，十六烷基三甲基溴化铵与消光材料之间存在疏水作用，这使任何两个在水中的非极性表面互相聚集。十六烷基三甲基溴化铵分子长链烷基向内紧贴消光材料表面，阳离子亲水端伸展在水中形成水化层，增加了消光材料表面电荷量，使消光材料微粒之间相互排斥，减少消光材料之间团聚，这提高消光材料水中分散性。
10、在本发明的一个实施例中，所述消光材料选自炭黑、氧化铁和聚多巴胺中的一种或多种；所述消光材料的粒径为30nm-50nm；根据光子晶体微球之间距离设定消光材料的粒径，该粒径下消光材料能够插入光子晶体微球之间吸收杂光。
11、进一步地，所述消光材料为炭黑；炭黑作为一种疏水性消光材料，在水中的分散性差，且比表面积大，容易团聚。炭黑的分散性与粒径有关，粒径越小，比表面积增大，分散更加困难。
12、本发明的第二个目的是提供一种所述的非晶光子晶体颜料的制备方法，包括以下步骤：
13、s1、保护气氛下，苯乙烯和甲基丙烯酸按照质量比(13-20):3于水中混合均匀，在引发剂作用下，通过无皂液乳液聚合法于65℃-75℃聚合反应7h-9h得到光子晶体微球分散液；
14、向阳离子表面活性剂溶液中加入消光材料进行搅拌反应，得到改性消光材料分散液；
15、s2、将光子晶体微球分散液、改性消光材料分散液和珠光填充物分散液混合均匀，得到所述的非晶光子晶体颜料。
16、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述引发剂选自过硫酸铵(aps)和/或过硫酸钾(kps)。
17、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述阳离子表面活性剂溶液的浓度为2.38mmol/l-4.75mmol/l。
18、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述光子晶体微球分散液的体积分数为10％-30％；所述改性消光材料分散液的质量分数为1％-3％；所述珠光填充物分散液的质量分数为0.5％-2％；所述光子晶体微球分散液、改性消光材料分散液和珠光填充物分散液的体积比为1:(0.1-1.5):(5-15)。
19、本发明的第三个目的是提供一种所述的非晶光子晶体颜料在化妆品中的应用。
20、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
21、本发明所述的非晶光子晶体颜料中的单分散性光子晶体微球以苯乙烯为内核，表面包裹甲基丙烯酸的羧基带有负电，并将其与阳离子表面活性剂改性的消光材料掺杂，阳离子表面活性剂改性的消光材料带有正电荷，改性消光材料可以吸附在微球排列的空隙中，提高提高色彩饱和度。改性消光材料表面带有正电荷，当阳离子表面活性剂浓度增加到一定程度时，光子晶体微球间静电斥力的平衡被引入正电荷而打破，光子晶体排列由长程有序转变为短程有序但由于改性消光材料抑制了胶体非晶阵列内部的非相干散射光，制备的非晶光子晶体材料具有高饱和度的结构色，无角度依赖性。通过珠光填充物，提高了光子晶体粉末的明度和黏附性。光子晶体微球粒径可通过改变聚合单体浓度进行调控，不同粒径的光子晶体微球与改性消光材料、珠光填充物结合制备得到蓝、青、绿、红等颜色的非晶光子晶体颜料，拓宽结构色在化妆品中的应用，达到色彩绚丽、绿色环保、永不褪色的效果。
1.一种非晶光子晶体颜料，其特征在于，所述非晶光子晶体颜料包括珠光填充物、排列在所述珠光填充物表面的光子晶体微球；所述光子晶体微球排列的空隙中吸附有改性消光材料；
2.根据权利要求1所述的非晶光子晶体颜料，其特征在于，所述珠光填充物、光子晶体微球和改性消光材料的质量比为(25-100):100:(3-5)。
3.根据权利要求1所述的非晶光子晶体颜料，其特征在于，所述珠光填充物选自天然白云母、天然绢云母和人工合成云母中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的非晶光子晶体颜料，其特征在于，所述阳离子表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基氯化铵中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的非晶光子晶体颜料，其特征在于，所述消光材料选自炭黑、氧化铁和聚多巴胺中的一种或多种；所述消光材料的粒径为30nm-50nm。
6.一种权利要求1-5任一项所述的非晶光子晶体颜料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的非晶光子晶体颜料的制备方法，其特征在于，在s1中，所述引发剂选自过硫酸铵和/或过硫酸钾。
8.根据权利要求6所述的非晶光子晶体颜料的制备方法，其特征在于，在s1中，所述阳离子表面活性剂溶液的浓度为2.38mmol/l-4.75mmol/l。
9.根据权利要求6所述的非晶光子晶体颜料的制备方法，其特征在于，在s2中，所述光子晶体微球分散液的体积分数为10％-30％；所述改性消光材料分散液的质量分数为1％-3％；所述珠光填充物分散液的质量分数为0.5％-2％；所述光子晶体微球分散液、改性消光材料分散液和珠光填充物分散液的体积比为1:(0.1-1.5):(5-15)。
10.一种权利要求1-5任一项所述的非晶光子晶体颜料在化妆品中的应用。
