CN103076506B

CN103076506B - 电磁辐射源指示液及指示材料的制备、使用方法

Info

Publication number: CN103076506B
Application number: CN201210584272.1A
Authority: CN
Inventors: 李洲鹏; 刘宾虹
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: CN103076506A

Abstract

本发明涉及高频电磁波指示材料，旨在提供一种电磁辐射源指示液及指示材料的制备、使用方法。该方法是在无电磁辐射源的环境中，将电磁辐射源指示液涂到表面光整的固体材料上，得到测试纸、测试棒或测试片，避光封装得到电磁辐射源指示材料产品。本发明提供了一种简便的方法来评价日常生活中所遇到的各种电磁辐射源。根据颜色的深浅及显色的快慢，定性判断电磁辐射源的辐射强度。在地质勘探、海洋勘探、军事侦察、环境保护等方面具有广阔应用前景。

Description

电磁辐射源指示液及指示材料的制备、使用方法

技术领域

本发明涉及一种高频电磁波指示材料及制备方法。特别涉及一种由隐色染料为发色剂、二氧化钛为显色剂、有机溶剂、粘结剂、充填剂调制而成的原液涂覆在固体材料上形成的高频电磁波指示材料、制备及其使用方法。

背景技术

电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。尽管如此，只有处于可见光频域以内的电磁波，才是可以被人们看到的。当电磁辐射频率高于可见光，如紫外线、X射线和伽马射线，人眼不能感知，但对人体却是相当有害的，紫外线照射就是皮肤癌发生的直接原因。

隐色染料是一些结合质子能显色的物质，像内脂类、吲哚类、戊金胺类等化合物，在变色体系中作为供电子部分。常用的隐色染料有三芳甲烷系、荧烷系、螺吡喃系、取代乙烯系、吩嗪和吩噻嗪系，它们是由于介质的酸碱变化而引起分子结构变化，产生了颜色变化。既在遇到酸性物质时，内酯分子转变为酸分子，中心碳原子由sp3杂化态转为sp2杂化态，形成了大体系，无色化合物才变成有色化合物。最具代表性的三芳甲烷系色素是结晶紫内酯、氨基孔雀绿内酯。

荧烷系热致变色色素灵敏度高、发色密度大、稳定性好，在荧烷母体上引入不同的取代基，能得到黑、绿、红、橙等多种色泽，成为当今压、热敏染料的主流。荧烷热致变色染料与三芳甲烷系同样是给电子一受电子体系，也同样需要提供质子的化合物复配而成。

二氧化钛（化学式：TiO₂），白色固体或粉末状的两性氧化物，是最好的白色颜料，俗称钛白。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。自然界中二氧化钛有3种晶型，锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。金红石型的TiO₂是最稳定的晶体结构，晶格中的缺陷较少。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。

金红石型TiO₂吸收高能（较短波长）辐射的能力强于锐钛型TiO₂，换句话说，对于金红石型钛白粉，在具有很强杀伤力的UV-波长段内（350～400nm），它对紫外线的反射率要远远低于锐钛型钛白粉，在这种情况下，它对周围的成膜物、树脂等身上所要分担的紫外光线就要少得多，那么这些有机物的使用寿命就长，这就是说，为什么通常所说的金红石型钛白粉的耐候性要比锐钛型好之原因所在，可用于防晒霜等。

随着信息化社会的发展，电磁辐射源快速增多。常见的电磁辐射源有雷达系统、电视、手机和广播发射系统、射频感应及介质加热设备、射频及微波医疗设备、各种电加工设备、通信发射台站、卫星地球通信站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线、地铁列车及电气火车以及大多数家用电器等都是可以产生各种形式、不同频率、不同强度的电磁辐射源。而对于这些电磁辐射源对人民生活是否构成健康危害，一直没有一种简便的方法来评价。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种高频电磁波指示材料、制备及其使用方法。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：

提供一种电磁辐射源指示液，包括以下质量份的组分：

所述隐色染料是苯肽类内酯或荧烷系染料中的至少一种；其中，

苯肽类内酯染料是：甲酚红、结晶紫内酯、氨基孔雀绿内酯、3,3-二（1-辛基-2-甲吲哚-3-基）苯酞、3,3-二（1-丁基-2-甲吲哚-3-基）苯酞，或3-（4-二甲氨苯基）-3-（1-丁基-2-甲基-吲哚-3基）-6-二甲氨基苯酞；

荧烷系染料是：3-二丁氨基-6-甲基-7-苯胺基荧烷、3-（N-乙基-4-甲苯胺基）-6-甲基-7-苯胺基荧烷、3-（N-乙基-异戊氨基）-6-甲基-7-苯胺基荧烷、3-二乙氨基-6,8-二甲基荧烷、3-二乙氨基-7-（2-氯苯氨基）荧烷、3-二乙氨基-7-（二苯甲氨基）荧烷、3-二乙基氨基-7,8-苯并荧烷、3-二乙基氨基-6-甲基-7-氯基荧烷、3′-N，N-二乙氨基-7′-甲基荧烷，或3′-N，N-二乙氨基-5′，6′-苯并基荧烷；

所述显色剂是纳米二氧化钛，其平均粒径为5~50纳米；

所述有机溶剂是乙醇、正丁醇、十六醇、十八醇或丙酮中的至少一种。

本发明中，所述增溶剂是萘、对二氯苯或乙酸异戊酯中的任意一种。

本发明中，所述润滑剂是单环的环烷烃、双环的环烷烃、多环的环烷烃、单环芳烃、多环芳烃、环烷基芳烃，液体石蜡、松节油、白油或硅油中的任意一种。

本发明中，所述增粘剂是脂肪族石油树脂、脂环族石油树脂、ABS树脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、松香树脂、氢化松香树脂或萜烯树脂中的任意一种。

本发明中，所述充填剂是可溶性淀粉、葡聚糖、聚乙二醇、甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酰胺中的任意一种。

本发明中，所述交联剂是二乙烯基苯、乙烯基三胺、联苯胺、二异氰酸酯或N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种。

本发明中进一步提供了一种电磁辐射源指示材料，该材料包括固体载体，固体载体上涂覆了电磁辐射源指示液；所述固体载体是纸张、玻璃棒或塑料片。

本发明进一步提供了制备电磁辐射源指示材料的方法，包括以下步骤：在无电磁辐射源的环境中，将电磁辐射源指示液涂到表面光整的固体材料上，得到测试纸、测试棒或测试片，避光封装得到最终产品。

当单独使用十六醇或十八醇作为溶剂时，在60~80 ℃的条件下，按照所述质量份比例向十六醇或十八醇熔融液中依次加入纳米二氧化钛和隐色染料；每加入一种组分，应搅拌分散或溶解后再加入下一种组分，完成最终搅拌分散冷却后得到电磁辐射源指示材料。

本发明进一步提供了电磁辐射源指示材料的使用方法，是在待测环境中去除外包装，如电磁辐射源指示材料发生颜色变化，则表明待测环境中存在电磁辐射。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供了一种简便的方法来评价日常生活中所遇到的各种电磁辐射源，如雷达系统、电视、手机和广播发射系统、射频感应及介质加热设备、射频及微波医疗设备、各种电加工设备、通信发射台站、卫星地球通信站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线、地铁列车及电气火车以及大多数家用电器等都是可以产生各种形式、不同频率、不同强度的电磁辐射源。根据颜色的深浅及显色的快慢，定性判断电磁辐射源的辐射强度。在地质勘探、海洋勘探、军事侦察、环境保护等方面具有广阔应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步详细描述：

实施例一：

在10℃下，取丙酮100g，锐钛矿型5纳米级二氧化钛1~30 g，搅拌分散后加入增溶剂：乙酸异戊酯1~30 g，搅拌溶解后加入不同比例的隐色染料：结晶紫内酯1~30 g，搅拌溶解后加入润滑剂：松节油0~20g，搅拌溶解后形成乳浊液，形成一种电磁辐射源指示液，其配方如下表所示。将纸张浸入指示液后，再无电磁辐射源环境中晾干得到电磁辐射源指示纸，裁剪后装入不透光容器形成产品。使用时从容器中抽出一张，观察颜色变化情况。若电磁辐射源指示纸快速变蓝，颜色呈靛蓝，说明电磁辐射源的电磁波发射强度越大。反之，电磁辐射源指示纸变蓝很慢，颜色很浅，说明电磁辐射源的电磁波发射强度较弱。

隐色染料结晶紫内酯被其他的隐色染料进行等组分取代后所调制而成的电磁辐射源指示液，在变色快慢方面没有本质的区别，但显示的颜色不尽相同。以配方3为例，在100g丙酮中混入隐色染料10g 的压敏红、氨基孔雀绿内酯、3,3-二（1-辛基-2-甲吲哚-3-基）苯酞、3,3-二（1-丁基-2-甲吲哚-3-基）苯酞、3-（4-二甲氨苯基）-3-（1-丁基-2-甲基-吲哚-3基）-6-二甲氨基苯酞、3-（N-乙基-4-甲苯胺基）-6-甲基-7-苯胺基荧烷、3-（N-乙基-异戊氨基）-6-甲基-7-苯胺基荧烷、3-二乙氨基-7-（2-氯苯氨基）荧烷、3-二乙氨基-7-（二苯甲氨基）荧烷、3-二乙基氨基-7,8-苯并荧烷、3-二乙基氨基-6-甲基-7-氯基荧烷、3′-N，N-二乙氨基-7′-甲基荧烷、3′-N，N-二乙氨基-5′，6′-苯并基荧烷所等量取代时，分别显示玫瑰红色、绿色、红色、红色、紫色、黑色、黑色、绿色、绿色、红色、红色、红色和红色。

实施例二：

在20℃下，取不同比例的丙酮和十六醇混合溶液100g，锐钛矿型25纳米级二氧化钛1~30 g，搅拌溶解后加入增溶剂：乙酸异戊酯1~30 g，搅拌溶解后加入隐色染料：3-二丁氨基-6-甲基-7-苯胺基荧烷1~30g，搅拌溶解后加入润滑剂：白油0~20 g，搅拌溶解后加入增粘剂：ABS树脂0~20 g，搅拌溶解后形成乳浊液，形成一种电磁辐射源指示液，配方如下表所示，装瓶密封。使用时，用玻璃棒蘸取指示液，干燥后形成电磁辐射源指示棒，对所需探测的地方探测。若电磁辐射源指示棒快速变黑，说明电磁辐射源的电磁波发射强度越大。反之，电磁辐射源指示棒变灰且很慢，说明电磁辐射源的电磁波发射强度较弱。变色后的玻璃棒重新插回电磁辐射源指示液，原玻璃棒的颜色褪去，可重复使用。

当混合溶剂中的十六醇组分被其他的醇类如乙醇、正丁醇、十八醇进行等组分取代后所调制的电磁辐射源指示液，在显色时间方面略有差异，但不改变颜色和色度。当增粘剂ABS树脂被脂肪族和脂环族石油树脂、松香和氢化松香树脂、萜烯树脂所取代时，可缩短指示液在玻璃棒上干燥所需的时间方面，在其他方面没有本质的区别。

实施例三：

在20℃下，取不同比例的乙醇和十八醇混合溶液100g，加入不同比例的锐钛矿型50纳米级二氧化钛1~30 g，搅拌溶解后加入增溶剂：乙酸异戊酯1~30 g，搅拌溶解后加入隐色染料：3-（N-乙基-4-甲苯胺基）-6-甲基-7-苯胺基荧烷1~30 g，搅拌溶解后加入润滑剂：硅油0~20 g，搅拌溶解后加入增粘剂：松香0~20 g，搅拌溶解后加入充填剂：乙基纤维素0~20 g，搅拌溶解后形成乳浊液，形成一种电磁辐射源指示液，其配方如下表所示。将指示液涂覆到纸上粘贴到辐射防护服上，观察颜色变化情况。

若电磁辐射源指示纸快速变黑，说明该地域有强烈电磁辐射源。反之，电磁辐射源指示纸变灰且很慢，说明电磁辐射源的电磁波发射强度较弱。

实施例四：

在30℃下，取乙醇100g，加入不同比例的金红石型50纳米级二氧化钛，搅拌溶解后加入增溶剂：对二氯苯1~30 g，搅拌溶解后加入隐色染料：3-二乙氨基-6,8-二甲基荧烷1~30 g，搅拌溶解后加入润滑剂：液体石蜡0~20 g，搅拌溶解后加入增粘剂：氢化松香0~20 g，搅拌溶解后加入充填剂：甲基纤维素0~20 g，搅拌溶解后加入交联剂：二异氰酸酯 0~10 g，搅拌溶解后形成乳浊液，形成一种电磁辐射源指示液，其配方如下表所示。装瓶密封。使用时，用玻璃棒蘸取指示液，干燥后形成电磁辐射源指示棒，对所需探测的地方探测。若电磁辐射源指示棒快速显示橙色，说明电磁辐射源的电磁波发射强度较大。反之，电磁辐射源指示棒的颜色很淡，说明电磁辐射源的电磁波发射强度较弱。变色后的玻璃棒重新插回电磁辐射源指示液，原玻璃棒的颜色褪去，可重复使用。

实施例五：

在60℃下，取十六醇100g融化，加入不同比例的金红石型50纳米级二氧化钛，搅拌溶解后加入增溶剂：对二氯苯1 g，搅拌溶解后加入隐色染料：结晶紫内酯30 g，搅拌溶解后加入润滑剂：液体石蜡10 g，搅拌溶解后加入增粘剂：氢化松香1 g，搅拌溶解，冷却后形成固体，形成一种电磁辐射源指示材料，其配方如下表所示。密封罐装。使用时，用小勺挖取指示材料，涂写于所需探测的地方，进行探测。若涂写处快速显示蓝色，说明电磁辐射源的电磁波发射强度较大。反之，涂写处的颜色很淡，说明电磁辐射源的电磁波发射强度较弱。

实施例六：

在80℃下，取十八醇100g融化，加入不同比例的金红石型50纳米级二氧化钛1~30 g，搅拌溶解后加入增溶剂：对二氯苯1~30 g，搅拌溶解后加入隐色染料：3-二乙氨基-6,8-二甲基荧烷1~30 g，搅拌溶解后加入润滑剂：液体石蜡0~20 g，搅拌溶解后加入增粘剂：氢化松香0~20 g，搅拌溶解后加入充填剂：甲基纤维素0~20 g，搅拌溶解，冷却后形成固体，形成一种电磁辐射源指示材料，其配方如下表所示。密封罐装。使用时，用小勺挖取指示材料，涂写于所需探测的地方，进行探测。若涂写处快速显示橙色，说明电磁辐射源的电磁波发射强度较大。反之，涂写处的颜色很淡，说明电磁辐射源的电磁波发射强度较弱。

当充填剂组分甲基纤维素被其他充填剂如可溶性淀粉、葡聚糖、聚乙二醇、乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酰胺所取代后所调制的指示液，性能没有本质的区别，但在色饱和度上略有差异。

最后，以上公布的仅是本发明的具体实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种电磁辐射源指示液，其特征在于，包括以下质量份的组分：

有机溶剂100份；显色剂1～30份；

隐色染料1～30份；增溶剂1～30份；

润滑剂0～20份；增粘剂0～20份；

充填剂0～20份；交联剂0～10份；

苯肽类内酯染料是：甲酚红、结晶紫内酯、氨基孔雀绿内酯、3,3-二(1-辛基-2-甲吲哚-3-基)苯酞、3,3-二(1-丁基-2-甲吲哚-3-基)苯酞，或3-(4-二甲氨苯基)-3-(1-丁基-2-甲基-吲哚-3基)-6-二甲氨基苯酞；

荧烷系染料是：3-二丁氨基-6-甲基-7-苯胺基荧烷、3-(N-乙基-4-甲苯胺基)-6-甲基-7-苯胺基荧烷、3-(N-乙基-异戊氨基)-6-甲基-7-苯胺基荧烷、3-二乙氨基-6,8-二甲基荧烷、3-二乙氨基-7-(2-氯苯氨基)荧烷、3-二乙氨基-7-(二苯甲氨基)荧烷、3-二乙基氨基-7,8-苯并荧烷、3-二乙基氨基-6-甲基-7-氯基荧烷、3′-N，N-二乙氨基-7′-甲基荧烷，或3′-N，N-二乙氨基-5′，6′-苯并基荧烷；

所述显色剂是纳米二氧化钛，其平均粒径为5～50纳米；

所述有机溶剂是乙醇、正丁醇、十六醇、十八醇或丙酮中的至少一种；

所述增溶剂是萘、对二氯苯或乙酸异戊酯中的任意一种。

2.根据权利要求1所述的电磁辐射源指示液，其特征在于，所述润滑剂是单环的环烷烃、双环的环烷烃、多环的环烷烃、单环芳烃、多环芳烃、环烷基芳烃，液体石蜡、松节油、白油或硅油中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的电磁辐射源指示液，其特征在于，所述增粘剂是脂肪族石油树脂、脂环族石油树脂、ABS树脂、松香树脂、氢化松香树脂或萜烯树脂中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的电磁辐射源指示液，其特征在于，所述充填剂是可溶性淀粉、葡聚糖、聚乙二醇、甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酰胺中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的电磁辐射源指示液，其特征在于，所述交联剂是二乙烯基苯、乙烯基三胺、联苯胺、二异氰酸酯或N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种。

6.一种基于权利要求1所述电磁辐射源指示液的电磁辐射源指示材料，其特征在于，包括固体载体，固体载体上涂覆了电磁辐射源指示液；所述固体载体是纸张、玻璃棒或塑料片。

7.一种制备权利要求6所述电磁辐射源指示材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：在无电磁辐射源的环境中，将电磁辐射源指示液涂到表面光整的固体材料上，得到测试纸、测试棒或测试片，避光封装得到电磁辐射源指示材料产品。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，单独使用十六醇或十八醇作为溶剂时，在60～80℃的条件下，按照所述质量份比例向十六醇或十八醇熔融液中依次加入纳米二氧化钛和隐色染料；每加入一种组分，应搅拌分散或溶解后再加入下一种组分，完成最终搅拌分散冷却后得到电磁辐射源指示材料。

9.权利要求7所述电磁辐射源指示材料的使用方法，其特征在于，是在待测环境中去除外包装，如电磁辐射源指示材料发生颜色变化，则表明待测环境中存在电磁辐射。