CN102658005A - 一种新型湿敏变色干燥剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型湿敏变色干燥剂，其主要由微晶染料、连接料和干燥剂三种组分构成，前述各组分的质量比为0.01～5∶0.01～5∶90～99.98。本干燥剂借助于微晶染料溶解而实现变色指示，在湿气环境中，干燥剂吸收水分后，水分会被传导至微晶染料上，使微晶染料发生溶解而变色。本发明通过变色视觉感知水分，并随着变色颜色的加深，通知用户及时更换新鲜的干燥剂，提高水分吸附效果。
Description
技术领域
本发明属于材料科学和环境保护领域，具体涉及一种借助于微晶染料溶解而实现变色指示的新型湿敏变色干燥剂。
背景技术
干燥剂可有效的去湿防潮，使货物的质量得到保障。它是一种从大气中吸收潮气的除水剂，它的干燥原理就是通过物理方式将水分子吸附在自身的结构中或通过化学方式吸收水分子。各种物料对象也对空气环境有着各自不同的要求，而湿气（水分）则是其中指标之一。各种仪器、仪表、电器设备、药品、食品、纺织品甚至玻璃制品等各种物品遇湿气受潮，会对性能产生不利影响。集装箱在海洋运输或存储过程中，货柜因为经历海洋高湿气候及较大的昼夜温差变化，集装箱内的水蒸气就会凝结成水珠而产生集装箱雨，导致货物受潮霉变或锈蚀。集装箱用干燥剂主要被用于海运集装箱内，用来吸附降低集装箱内空气水分的含量，防止集装箱雨的产生。还有一些工业气体在使用中经常需要脱水精制：氢、氧、氮、氯、二氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丙烷、二氧化硫、天然气、煤气等。
目前，吸湿剂主要有各种具有吸收水分作用的无机化合物，如氯化钙、氧化钙、硫酸钠、硫酸镁、氢氧化钠等，以及活性炭、分子筛、硅胶、膨润土、凹凸棒土、聚酰胺等，它们虽然都具有一定的吸湿能力，但共同的缺点是本身缺少直接指示吸湿信息的能力，用户在使用时难以及时实时判断吸湿的有效性和何时应该更换吸湿剂，除非采用专业技术装备进行检测，不利于普通家庭和一般仓储单位推广使用。
变色硅胶是目前比较普遍使用的通过变色现象来指示硅胶吸湿程度的一种吸湿剂，它是在硅胶制造时将氯化亚钴均匀掺入硅胶中，干燥时为蓝色，吸湿后为红色。这种吸湿剂整体均匀混入湿度指示剂的方法需要指示剂与吸湿剂不发生影响变色的化学反应，对材料的选择面很窄，比如活性炭、凹凸棒土、分子筛等体系就不适用。另外氯化亚钴也具有一定的毒性。
发明内容
本发明的目的在于克服传统变色干燥剂的不足，提供一种新型湿敏变色干燥剂，借助于微晶染料溶解而实现变色指示，通过变色视觉感知水分的吸附。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种新型湿敏变色干燥剂，其主要由微晶染料、连接料和干燥剂三种组分构成，前述各组分的质量比为0.01～5：0.01～5：90～99.98。
上述各组分微晶染料、连接料和干燥剂的质量比优选为0.1～1：0.1～1：98～99.9，进一步可以为0.2～0.8：0.2～0.8：98.5～99.9。
在湿气环境中，本发明的干燥剂吸收水分后，水分会被传导至微晶染料上，使微晶染料发生溶解而变色，通过变色视觉感知水分的吸附。其中微晶染料是指接触到水后能发生溶解而变色的、平均粒径为0.01～999微米的染料晶体颗粒。
染料的性质主要取决于分子的化学结构，但在以晶体状态使用时，其应用性能就会受到超分子作用力及晶体结构的影响。π-π作用，又称为芳环堆砌（Aromatic Stacking），它是垂直于芳环平面方向上的一种取向排列，芳环部分或全部迭加，环间距离约几个
单位。该π-π作用在染料晶体里是很常见的，有30%的苯环、60%的吡啶环和70%的三嗪环都存在着这种π-π作用。一些染料体系还存在氨基、羟基等很强的氢键给体，以及羰基、硝基等很强的氢键受体，在染料分子之间就可以形成一些有效的分子内氢键（Intramolecularhydrogen bond）和分子间氢键（Intermolecular hydrogen bond），染料分子自身有很好的平面结构，分子借助于氢键排列于一个平面上，分子所排列平面之间的距离最短处只有几个单位，而这几乎就是相邻原子范德华半径之和。
染料的颜色主要由共轭体系π→π*电子的跃迁而引起的，任何能对这一跃迁产生影响的因素终将使染料的颜色产生或多或少的改变。在晶体状态中相邻两个染料分子平面之间的距离拉得很近，进而在染料分子间产生强烈的π-π作用，影响染料共轭体系π→π*电子跃迁能级，而溶液中染料的单分子态相与之对较，吸收光谱发生明显移动，即变色效应。
其中染料晶体的平均粒径优选为10～500微米，进一步优选为20～200微米，更进一步优选为30～100微米。
微晶染料可以采用甲基橙、甲基红、亚甲基蓝、甲基绿、二甲基黄、罗丹明、中性红、酚红、氯酚红、甲酚红、溴酚蓝、溴甲酚绿、百里酚蓝、酚酞、百里酚酞、靛蓝、硝基酚、孔雀绿、苯胺蓝、氮萘蓝、石蕊、荧光素、亮蓝、曙红、曙红或咪碳菁中的一种或几种。
连接料的作用之一是将微晶染料粘附在干燥剂上；连接料选用聚乙烯醇、聚丙烯酸、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基硅油、氢化植物油、聚乙二醇或马来酸酐聚合物中的一种或几种。连接料的重均分子量在500～90,000,000范围内较为合适，优选为1,000～10,000,000，进一步优选为50,000～2,000,000。
干燥剂可以选自分子筛、硅胶、氧化铝、氢氧化铝、凹凸棒土、膨润土、白土、硅藻土、活性炭或聚酰胺中的一种或几种。
本发明的湿敏变色干燥剂可以只由上述三种组分构成，也可以还加入其他组分，如香料、染色剂、填料等，其他组分的加入量以不破坏前述三种组分的含量和基本功能为准。
本发明的湿敏变色干燥剂制备方法灵活性强，可采用化工上常用的粉末混合、喷雾干燥、超临界干燥、捏合、螺杆挤出等方法。在制备时一般可先将微晶材料与连接料混合后,再与干燥剂混合制得或进一步造粒制得，例如可采用下述方法制备：
A、将干燥剂粉碎，过筛；干燥剂粉碎后的粒径大小可根据需要自行调节；
B、将微晶材料与连接料混合；
C、将以上A和B步骤得到的两部分物料充分混匀，造粒、干燥，即得到湿敏变色干燥剂；其中各步骤中组分用量的重量比为微晶染料、连接料和干燥剂=0.01～5：0.01～5：90～99.98。
本发明的湿敏变色干燥剂可以在吸湿变色后及时更换干燥剂，在保持干燥剂效果的同时也保持较高的吸附速度，直至空间内的湿度降至所需水平。在实际使用过程中吸附饱和一般需要较长时间，为尽快降湿，也可无需达到吸附饱和（即无需等干燥剂吸附至不再变色）就及时更换干燥剂。
这一种新型湿敏变色干燥剂采用颜色变化敏锐的染料，其可以随着变色颜色的加深，通知用户及时更换新鲜的清除剂，提高室内空气环境治理的效果，克服了现有干燥剂难以判断是否吸附饱和的问题。相比于已有技术，本发明的优势是染料来源广泛、成本低廉、变色敏锐、制作简单、用户使用方便。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
各实施例中的湿敏变色干燥剂采用下述方法制备：
A、将干燥剂粉碎，过筛；
B、将微晶材料与连接料混合；
C、将以上A和B步骤得到的两部分物料充分混匀，造粒、干燥，即得到湿敏变色干燥剂；
实施例1：
含有99%质量比的硅胶、0.5%质量比的酚红微晶（平均粒径90微米）、0.5%的质量比的聚乙烯醇（重均分子量1,000,000）的湿敏变色干燥剂，将其置于相对湿度90%的封闭空间中，10小时后，观察到干燥剂颜色开始变色。继续放置，颜色不断加深，直至目测颜色不再继续变深，可更换新干燥剂，继续吸附清除。当更换新干燥剂放入后保持起始颜色，不再变色，说明该空间污染气体基本被吸附干净，经检测相对湿度降为10%。
实施例2：
含有99.2%质量比的氧化铝、0.5%质量比的酚红微晶（平均粒径90微米）、0.3%的质量比的聚丙烯酸（重均分子量500,000）的湿敏变色干燥剂，将其置于相对湿度90%的封闭空间中，8小时后，观察到干燥剂颜色开始变色。
实施例3：
含有99.3%质量比的氧化铝、0.3%质量比的亮蓝微晶（平均粒径50微米）、0.4%的质量比的羧甲基纤维素（重均分子量2,000,000）的湿敏变色干燥剂，将其置于相对湿度90%的封闭空间中，15小时后，观察到干燥剂颜色开始变色。
实施例4：
含有99%质量比的分子筛（4A）、0.5%质量比的罗丹明B微晶（平均粒径80微米）和0.5%的质量比的聚乙烯醇（重均分子量50,000）的湿敏变色干燥剂，将其置于相对湿度90%的封闭空间中，11小时后，观察到干燥剂颜色开始变色。
对比例1：
含有99%质量比的硅胶、0.5%质量比的溶解态酚红、0.5%的质量比的聚乙烯醇（重均分子量1,000,000）的湿敏变色干燥剂，将其置于相对湿度90%的封闭空间中，30小时后，未观察到干燥剂变色。
由于实施例所述仅用以解释本发明的较典型实例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡在相同发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，都应包括在本发明意图保护的范畴之内，即以熟悉此项技术者，可以不脱离本发明的基本原理下将其外观作不同形状的变化，以图达到等同或类似效果，然其均应被视为未脱离以上所述的专利范围所界定中。
Claims (9)
1.一种新型湿敏变色干燥剂，其特征在于其主要由微晶染料、连接料和干燥剂三种组分构成，前述各组分的质量比为0.01～5：0.01～5：90～99.98。
2.根据权利要求1所述的新型湿敏变色干燥剂，其特征在于微晶染料、连接料和干燥剂的质量比为0.1～1：0.1～1：98～99.9。
3.根据权利要求1或2所述的新型湿敏变色干燥剂，其特征在于所述微晶染料为接触到水后能发生溶解而变色的、平均粒径为0.01～999微米的染料晶体颗粒。
4.根据权利要求3所述的新型湿敏变色干燥剂，其特征在于所述微晶染料采用甲基橙、甲基红、亚甲基蓝、甲基绿、二甲基黄、罗丹明、中性红、酚红、氯酚红、甲酚红、溴酚蓝、溴甲酚绿、百里酚蓝、酚酞、百里酚酞、靛蓝、硝基酚、孔雀绿、苯胺蓝、氮萘蓝、石蕊、荧光素、亮蓝、曙红、曙红或咪碳菁中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的新型湿敏变色干燥剂，其特征在于所述微晶染料的平均粒径为10～500微米。
6.根据权利要求1或2所述的新型湿敏变色干燥剂，其特征在于所述连接料选用聚乙烯醇、聚丙烯酸、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基硅油、氢化植物油、聚乙二醇或马来酸酐聚合物中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的新型湿敏变色干燥剂，其特征在于所述连接料的重均分子量为500～90,000,000。
8.根据权利要求1所述的新型湿敏变色干燥剂，其特征在于所述干燥剂选自分子筛、硅胶、氧化铝、氢氧化铝、凹凸棒土、膨润土、白土、硅藻土、活性炭或聚酰胺中的一种或几种。
9.权利要求1所述新型湿敏变色干燥剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A、将干燥剂粉碎，过筛；
B、将微晶材料与连接料混合；
C、将以上A和B步骤得到的两部分物料充分混匀，造粒、干燥，即得到湿敏变色干燥剂；其中各步骤中各组分用量的重量比为微晶染料、连接料和干燥剂=0.01～5：0.01～5：90～99.98。
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