CN102827598A - 一种可逆热致变色的材料及其制备方法 - Google Patents

一种可逆热致变色的材料及其制备方法 Download PDF

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李向清
俞洁
张太阳
康诗钊
穆劲
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Abstract

本发明公开一种可逆热致变色材料，按重量份数计算由0.25~8份电子给体化合物、350~400份电子受体化合物和100份溶剂组成。所述电子给体化合物为罗丹明B、溴甲酚紫或罗丹明B与溴甲酚紫组成的混合物；所述电子受体化合物为硼酸；所述溶剂为草酸、十四醇或草酸与十四醇组成的混合物。其制备方法即将电子给体化合物、电子受体化合物和溶剂进行混合后再进行研磨至颜色、相态均一即得热可逆热致变色材料。该热可逆热致变色材料具有对环境污染小，生产成本低的特点。通过改变电子给体化合物和溶剂的种类及电子给体化合物、电子受体化合物和溶剂的配比和反应温度等实现对可逆热致变色材料的变色温度的调节以及复色时间长短的控制。

Description

一种可逆热致变色的材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可逆热致变色的材料及其制备方法
背景技术
热致变色材料是指在一定温度范围内，其颜色随温度的改变而发生明显变化的功能材料，无论在基础制备和实际应用方面都引起了人们的广泛关注。目前热致变色材料已被广泛应用在包括食品包装、纺织产业、塑料用品等许多领域。目前，热致变色材料可分为无机、有机、液晶、聚合物以及生物大分子等多种类型。
    专利ZL 01823268描述了一种采用无机金属氧化物制备的热致变色材料，其主要变色温度在200~400℃，且采用的元素多为镉，汞等重金属化合物，对环境有危害。专利CN1546603以中性红为发色剂，六次甲基四胺或氯化亚铁为显色剂，制备一种可逆热致变色材料，其变色温度在71℃左右。专利CN1930005则利用给电子化合物和电子接受化合物的配对，并利用颜色显色剂制成了可逆的热致变色材料。当温度加热到显色剂的熔点以上时，则材料的颜色会发生变化，如果温度降低到显色剂的熔点以下，则材料会恢复原来的颜色。
热致变色材料的制备虽然受到了人们的广泛重视，但仍有一些问题需要解决。比如目前使用的电子给予体和电子接受体化合物的毒性都比较大，对环境有污染。对变色温度的控制也在向低温方向发展，比如在人体体温的范围内（30~40℃）变色。
发明内容
本发明的目的为了解决上述的技术问题而提供一种可逆热致变色的材料，该材料具有对环境污染少，变色温度及变色范围均可调且制备方法简单。
本发明的技术原理
选择价钱便宜的具有酯类结构和内酰胺类结构的物质作为发色剂，硼酸作为显色剂以降低感温变色材料的毒性并使得变色材料的性能更良好，采用适用较为广泛的十四醇和草酸等为溶剂并降低感温变色材料的变色温度。通过改变电子给体和溶剂的种类、电子给体、电子受体和溶剂间的配比和反应温度等实现对可逆热致变色材料的变色温度的调节以及复色时间长短的控制。
本发明的技术方案
一种可逆热致变色材料，按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       0.25~8份
电子受体化合物       350~400份
溶剂                 100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B、溴甲酚紫或罗丹明B与溴甲酚紫组成的混合物；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸、十四醇或草酸与十四醇组成的混合物。
上述的可逆热致变色材料的制备方法，步骤如下：
将电子给体化合物、电子受体化合物和溶剂进行混合后得到混合物，再进行研磨至该混合物颜色、相态均一为止，即可得到可逆热致变色材料。
本发明的有益效果
本发明的一种可逆热致变色的材料，所选的原材料对环境无毒，污染性小，价钱便宜，因此具有对环境污染小，生产成本低的特点。
进一步，通过改变电子给体化合物和溶剂的种类、电子给体、电子受体和溶剂的配比和反应温度等实现对可逆热致变色材料变色温度的调节以及复色时间长短的控制。
另外，本发明的一种可逆热致变色材料的制备方法简单，即通过简单的室温机械研磨法即可制备。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明所用的各种原料的规格及生产厂家如下：
罗丹明B，分子式：C28H31ClN2 O3；分子量：479.01；分析纯，国药集团化学试剂有限公司；
溴甲酚紫，分子式：C21H16Br2O5S；分子量：540.22；分析纯，国药集团化学试剂有限公司；
硼酸，分子式：H3BO3；分子量：61.83；分析纯，国药集团化学试剂有限公司；
草酸，分子式：C2H2O2·2H2O；分子量：126.07；分析纯，来源：国药集团化学试剂有限公司；
溶剂：十四醇，分子式：C14H30O；分子量：214.39；分析纯，来源：国药集团化学试剂有限公司。
实施例1
一种可逆热致变色材料A，按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物   0.25份
电子受体化合物       350份
溶剂                 100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸。
上述的一种可逆热致变色材料A的制备方法，具体如下:
即将罗丹明，草酸，硼酸放入研钵中进行混合后得到混合物，再进行研磨至该混合物颜色、相态均一，约1h，即得到可逆热致变色材料A。
实施例2
一种可逆热致变色材料B，按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       0.5份
电子受体化合物       350份
溶剂                 100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸。
上述的可逆热致变色材料B的制备方法，步骤如下：
将罗丹明，草酸，硼酸放入研钵中进行混合后得到混合物，再进行研磨至该混合物颜色、相态均一，约1h，即得到可逆热致变色材料B。
实施例3
一种可逆热致变色材料C，按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       1份
电子受体化合物       350份
溶剂                 100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸。
上述的可逆热致变色材料C的制备方法，步骤如下：
    将罗丹明，草酸，硼酸放入研钵中进行混合后得到混合物，再进行研磨至该混合物颜色、相态均一，约1h，即分别得到可逆热致变色材料C。
实施例4
一种可逆热致变色材料D，按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       1.5份
电子受体化合物       350份
溶剂                 100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸。
上述的可逆热致变色材料D的制备方法，步骤如下：
    将罗丹明，草酸，硼酸放入研钵中进行混合后得到混合物，再进行研磨至该混合物颜色、相态均一，约1h，即得到可逆热致变色的材料D。
上述实施例1、实施例2、实施例3及实施例4所得的一种可逆热致变色材料A、B、C、D中在60℃的水浴中变色性能如下表：
可逆热致变色材料 罗丹明:硼酸:草酸 颜色变化 复色时间（S） 复色后颜色
A 0.25:350:100 淡紫-粉红 49 紫色
B 0.5:350:100 紫色-粉红 57 紫色
C 1:350:100 紫色-红 43 紫色
D 1.5:350:100 紫色-红 79 紫色
从上表中可以看出，实施例3中，当罗丹明:硼酸:草酸=1:350:100时，所制备的可逆热致变色材料C复色时间短且颜色变化明显。
以上述实施例3所得的可逆热致变色的材料C为例，观察其在不同变色温度下的变色性能，具体如下表：
变色温度（℃） 颜色变化 复色时间（S）
45 紫色-灰紫色 95
55 紫色-淡粉色 56
65 紫色-红色 62
从上表中可以看出，当温度为65℃时，实施例3所制备的可逆热致变色材料C颜色变化明显且复色时间较短。
实施例5
一种可逆热致变色材料E，按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       8份
电子受体化合物       400份
溶剂                 100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B与溴甲酚紫按重量比计算，即与溴甲酚紫：罗丹明B为7.9:0.1组成的混合物；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为十四醇。
上述的可逆热致变色材料E的制备方法，步骤如下：
将溴甲酚紫，罗丹明，硼酸，十四醇放入研钵中进行混合后得到混合物，再进行研磨至该混合物颜色、相态均一，约1h，即分别得到可逆热致变色材料E。
实施例6
一种可逆热致变色材料F，按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物        8份
电子受体化合物        400份
溶剂                  100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B与溴甲酚紫按重量比计算，即与溴甲酚紫：罗丹明B为7.96:0.04组成的混合物；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为十四醇。
上述的可逆热致变色材料F的制备方法，步骤如下：
将溴甲酚紫，罗丹明，硼酸，十四醇放入研钵中进行混合后得到混合物，再进行研磨至该混合物颜色、相态均一，约1h，即分别得到可逆热致变色材料F。
上述实施例5及实施例6所得的一种可逆热致变色材料E、F在42℃的水浴中变色性能如下表：
样品编号 (溴甲酚紫-罗丹明)/硼酸/十四醇 颜色变化 复色时间（S）
E (7.9:0.1):400:100 奶黄-橘红 69
F (7.96:0.04):400:100 淡黄-橙 64
从上表中可以看出，实施例6中，当(溴甲酚紫-罗丹明)：硼酸：十四醇为(7.96:0.04):400:100时，所制备的可逆热致变色材料F颜色变化明显，且复色时间较短。
以上述实施例6所得的可逆热致变色材料F为例，观察其在不同变色温度下的变色性能，具体如下表： 
温度（℃） 开始变色时间（S） 变色完成时间（S） 颜色变化 复色时间（S）
38 16 75 淡黄-橙 73
40 15 62 淡黄-橙 57
42 21 49 淡黄-橙 64
44 15 50 淡黄-橙 76
从上表中可以看出，实施例6中，当（溴甲酚紫-罗丹明）：硼酸：草酸的质量比为(7.96:0.04):400:100时，所得的可逆热致变色的材料F在温度范围38℃~42℃内都有明显变色，由淡黄色变为橙色。但是当温度为40℃时，其变色时间、复色时间最短，变色效果明显。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可逆热致变色材料，其特征在于按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       0.25~8份
电子受体化合物       350~400份
溶剂             100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B、溴甲酚紫或罗丹明B与溴甲酚紫组成的混合物；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸、十四醇或草酸与十四醇组成的混合物。
2.如权利要求1所述的一种可逆热致变色材料，其特征在于按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       0.25份
电子受体化合物       350份
溶剂                100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸。
3.如权利要求1所述的一种可逆热致变色材料，其特征在于按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       0.5份
电子受体化合物       350份
溶剂                100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸。
4.如权利要求1所述的一种可逆热致变色材料，其特征在于按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       1份
电子受体化合物       350份
溶剂                100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸。
5.如权利要求1所述的一种可逆热致变色材料，其特征在于按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       1.5份
电子受体化合物       350份
溶剂                100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为草酸。
6.如权利要求1所述的一种可逆热致变色材料，其特征在于按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       8份
电子受体化合物       400份
溶剂                100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B与溴甲酚紫按重量比计算，即与溴甲酚紫：罗丹明B为1.975:0.025组成的混合物；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为十四醇。
7.如权利要求1所述的一种可逆热致变色材料，其特征在于按重量份数计算，其原材料组成及含量如下：
电子给体化合物       8份
电子受体化合物       400份
溶剂                100份
所述的电子给体化合物为罗丹明B与溴甲酚紫按重量比计算，即与溴甲酚紫：罗丹明B为1.99:0.01组成的混合物；
所述的电子受体化合物为硼酸；
所述的溶剂为十四醇。
8.如权利要求1~7任一权利要求所述的一种可逆热致变色材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
将电子给体化合物、电子受体化合物和溶剂进行混合后得到混合物，再进行研磨至该混合物颜色、相态均一为止，即可得到可逆热致变色材料。
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