一种热敏变色材料及其制法和用途制造技术

本发明专利技术提供一种利用物质相变控制变色反应实现不可逆热敏变色的变色材料及其制法和用途，其特征在于：将温度敏感功能与变色功能分开，由两种材料分别承担，通过设计具有特定熔点的固化载体材料结构，协调两种材料的功能，实现低温不可逆热敏变色，拓宽变色温度与变色方式的可选范围，满足实际应用的不同需求。具体方法是利用具有特定熔点的物质的固液相变过程，将变色反应的反应物之一溶解在该物质中，并固化成粉末或颗粒，再与变色反应的另一反应物混合，即制成不可逆热敏变色材料。其原理是，当该混合物的温度升高到固化点以上时，溶有变色反应物的物质将熔化，释放出该反应物并与另一反应物接触反应，生成不同颜色的生成物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用物质相变控制变色反应实现不可逆热敏变色的材料及 其制法与用途，属于热敏变色智能材料与结构领域。
技术介绍
热敏变色材料是能因应温度变化显现不同颜色的一类智能材料，广泛应用 于工业、医疗、防伪、服装和日常装饰等领域，如制造示温涂料、热敏变色油 墨、特种变色纸、显像材料、变色服装、变色玩具等，具有潜在的经济效益和 社会效益。热敏变色材料分为可逆热敏变色材料和不可逆热敏变色材料。可逆热敏变 色材料主要有三大类，分别是无机类、有机类和液晶类热敏变色材料。无机类可逆热敏变色材料的变色颜料大多是含有Ag、 Cu、 Hg等的碘化物、络合物、 复盐等，以及由钴盐和镍盐形成的六次甲基四胺复合物，如Ag2HgI4， Hgl2， CuHgI4， CoCl2*2C5H12N4* 10H2O等。其特点是合成工艺简单、成本低，但其 缺点是应用温度范围窄，毒性大，色差小，限制了其应用。有机类可逆热敏变 色材料的种类较多，螺环类、双蒽酮类、席夫碱类、荧烃类、三苯甲烷类化合 物都可以作为有机热敏变色材料的颜料。有机可逆热敏变色材料往往由电子给 予体、电子接受体、调节剂、增感剂及其它溶剂组成。电子给予体和电子接受 体之间因温度变化产生电子转移现象，电子转移过程中吸收或辐射一定波长的 光，表观上产生颜色的变化。液晶类热敏变色材料的优点是变色灵敏度高，多数情况下温度变化不到rc就会发生颜色的变化，且选用不同液晶材料可在很广的温度范围内实现变色。液晶是介于固态与液态之间的中间态物相，产生变 色的机理也是由于物质的状态发生了变化。其缺点是价格高，对化学物质敏 感，变色效果不稳定，总体变色性能不如染料。不可逆热敏变色材料的研究也得到了广泛的研究。目前，市场上的不可逆 热敏变色材料中，多采用单一材料承担温度敏感和颜色变化两项功能，导致了 变色温度与变色方式的调控性较差。同时，大多数产品的温度敏感范围集中在高温区，如Raychem公司利用一些物质熔化后颜色的变化开发出一系列温敏范 围在6(TC到40(TC不等的热敏变色材料，低温可控的热敏变色材料产品相对较 少。低温不可逆热敏变色材料的一个潜在应用是用于指示一些稳定性对温度非 常敏感的产品在储存或运输过程中是否超过设定的温度。例如，利用低温不可 逆热敏变色材料制作的智能标签，可以通过颜色的变化，准确指示各种需要低 温储存的疫苗(多在2'C 8t:之间)和生物活性样品等是否在储存或运输过程 中因为超过设定温度而失效或失活，从而保证药品或生物活性样品的使用安全 和效果。为了实现这种智能化标签的工业化应用，需要廉价的低温不可逆热敏 材料，及低成本标签制作工艺，且应用这种智能标签时不需要对产品的生产线 进行大的变动。针对这种智能标签对低温不可逆热敏材料的需求，法国Universi" de-Savoie的Rougeau博士等合成了系列具有不可逆热敏变色功能的联乙炔类化合 物，及其相应的醇类、二醇类、酯类衍生物。这些化合物可以在一50。C 7(TC 的温度范围内显现不可逆热敏变色特性，变色温度取决于化合物的链长及衍生 基团，但变色温度的精确控制存在一定的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服传统低温不可逆热敏变色材料由于集温度敏感功能与 变色功能于一体，导致变色温度和变色方式的可选范围受到限制的缺点，将温 度敏感功能与变色功能分开，由两种材料承担，通过设计智能化的材料结构， 协调两种材料的功能，实现低温不可逆热敏变色，拓宽变色温度与变色方式的 范围，满足实际应用的不同需求。本专利技术的第一个目的通过以下技术方案来实现一种热敏变色材料，包括相互反应发生变色的第一反应物及第二反应物， 其特征在于所述第一反应物或第二反应物中的一种溶解固化在特定熔点的外 包载体内，另一种反应物与固态粉末或颗粒状的载体以任意比例混合，其中所 述载体与第一、第二反应物分别具有化学接触惰性。本专利技术的第一个目的还可以通过以下技术方案来实现一种热敏变色材料，包括相互反应发生变色的第一反应物及第二反应物， 其特征在于所述第一反应物或第二反应物中的一种为具有特定熔点的固态粉 末或颗粒，固态时相对于另一种反应物具有化学接触惰性，并与另一种反应物 以任意比例混合。本专利技术的第一个目的又可以通过以下技术方案来实现一种热敏变色材料，包括相互反应发生变色的第一反应物、第二反应物及 第三反应物，其特征在于所述三种反应物中的一种溶解固化在具有第一熔点 的外包载体内，且所述另两种反应物中的一种为具有第二熔点的固态粉末或颗 粒，固态时相对于其它反应物与载体具有化学接触惰性，所述载体与另两种反 应物以任意比例混合；所述第一烙点高于第二熔点或第一熔点低于第二熔点。进一步地，上述一种热敏变色材料的三个相近技术方案，其中固态粉末或 颗粒的表面形成有保护层。本专利技术的第二个目的通过以下技术方案来实现一种热敏变色材料的制法，其特征步骤包括I 、将变色反应的反应物之 一溶解在具有特定熔点的载体中；II 、将溶有反应物的载体固化成粉末或颗 粒；III、在低于特定熔点的温度环境下，将固态粉末或颗粒与另一种反应物以 任意比例混合成热敏变色材料。进一步地，上述的一种热敏变色材料的制法，其中所述载体的种类通过本 身特定熔点及化学接触惰性相区分，或为同一种类时，通过改变溶质浓度调制 本身的特定熔点。本专利技术的第二个目的还可以通过以下技术方案来实现一种热敏变色材料的制法，其特征步骤包括I 、将变色反应的反应物之 一固化成粉末或颗粒；II、在低于特定熔点的温度环境下，将固态粉末或颗粒 与另 一种反应物以任意比例混合成热敏变色材料。进一步地，上述一种热敏变色材料制法的两个相近技术方案，其中所述固 化成粉末或颗粒的方法包括直接冷凝固化后粉碎、喷雾冷凝固化，或与表面活 性剂配置成乳液状的保护层，以内相乳化粒子在冷却过程中固化，再分离。更进一步地，上固化成粉末或颗粒的方法中，通过改变形成保护层的厚 度，调控反应物释放后的扩散过程，实现对变色过程的动力学调控。一种着色颜料，是指墨水、油墨或涂料，用于制造示温涂料、热敏变色油 墨、变色纸、显像材料等，其特征在于所述着色颜料由权利要求1至3中任 一项所述的热敏变色材料制成，用于不同温度下需要热敏变色的场合。本专利技术一种热敏变色材料及其制法和用途的突出的实质性特点和显著的进 步主要体现在本专利技术将温度敏感功能与变色功能分开，分别由两种不同的材料承担，再 通过一个智能结构来协同两种材料的功能，拓宽了变色温度和变色方式的选择 范围，可以适用不同的应用需求，有效降低材料成本。变色温度可以通过选择 具有特定熔点或固化温度、用于溶解变色反应物之一的物质确定和调节，变色 方式则可以通过选择不同的变色反应来随意调整。此外，通过使用不同的材料或设计不同的材料结构来调制热敏变色的动力 学过程，使之能够充分反映被指示产品的热不稳定性动力学过程。 附图说明下面结合具体实施例及其附图对本专利技术的创新实质作进一步的详细说明 图1是本专利技术实施例选择的一种变色反应的模型示意图2是本专利技术实施例制备的低温不可逆热敏变色材料在低于变色温度时的 效果示意图3是图2所示实施例在高于变色温度时的效果示意图。 具体实施例方式本专利技术提供一种利用物质相变控制变色反应实现任意温度范围内不可逆热 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热敏变色材料，包括相互反应发生变色的第一反应物及第二反应物，其特征在于：所述第一反应物或第二反应物中的一种溶解固化在特定熔点的外包载体内，另一种反应物与固态粉末或颗粒状的载体以任意比例混合，其中所述载体与第一、第二反应物分别具有化学接触惰性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓宗武，汪莲艳，
申请(专利权)人：苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]