CN107325220B - 一种感温变色吸水树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种感温变色吸水树脂组合物及其制备方法，包括如下重量含量的各组分：单体30～60％，引发剂0.01～0.5％，分散剂0.01～4％，交联剂0.01～5％，稀释剂0～20％，感温变色颜料0.1～10％，余量为水。与现有技术相比，本发明制备的感温变色吸水树脂能够通过颜色的变化有效地指示吸水树脂在干燥和吸水状态下的温度变化，为使用者提供有效的安全指示，从而给使用者以安全和愉悦的使用体验；该吸水球树脂稳定性良好，可在室温下储存3年以上。

Description

一种感温变色吸水树脂组合物及其制备方法
技术领域
本申请属于功能高分子材料技术领域，涉及一种感温变色吸水树脂组合物及其制备方法。
背景技术
高吸水性树脂作为一种新型的高分子材料，能够吸收自身质量十倍至几千倍的水，在耐压或受热条件下具有良好的保水能力。吸水后的高吸水性树脂具有橡胶般的弹性和良好的蓄热性能，以及高度的安全无毒，在医药、生理卫生、康复理疗等方面应用广泛。
目前文献中对于感温变色吸水树脂论述极少，市场上现有的吸水树脂产品也不具有感温变色功能。感温变色吸水树脂，主要在在原有吸水树脂的基础上具有通过颜色的变色指示温度变化的新功能，从而以适宜的感温变色指示使用者的安全使用，同时也增加产品的趣味性，进而可以提高产品的安全和愉悦的使用体验。
市场上现有吸水树脂类产品均没有感温变色功能，原因在于感温变色材料在聚合反应体系中不稳定、极易团聚，或因引发剂和高温丧失感温变色功能，即使使用现有的感温变色微胶囊也无法解决上述问题，因而感温变色吸水树脂制备困难。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种感温变色吸水树脂组合物及其制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种感温变色吸水树脂组合物，包括如下重量含量的各组分：
Figure BDA0000979037920000011
Figure BDA0000979037920000021
进一步优选地，所述感温变色吸水树脂组合物包括如下重量含量的各组分：
Figure BDA0000979037920000022
上述百分比指具体组分与所得感温变色吸水树脂组合物的重量百分比。
优选地，所述水为去离子水或蒸馏水。
优选地，所述单体包括丙烯酸类单体；具体选自丙烯酰胺(AM)、丙烯酸盐、丙烯酸、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸盐、或如下结构式Ⅰ所示的丙烯酸酯类体系中的一种或几种。
Figure BDA0000979037920000023
其中，R1为C1～C5，R2为H或C1。
更优选地，所述单体为丙烯酸盐或丙烯酰胺中的一种或两种；二者均为亲水性好的丙烯酸单体，由两者形成的共聚物吸水后力学性能良好，最利于感温变色颜料的分散。
优选地，所述引发剂选自偶氮二异丁腈(AIBN)、铈盐、过硫酸盐、过硫酸盐-NaHSO3体系或过氧化氢-抗坏血酸体系中的一种或几种。
更优选地，所述引发剂选自过硫酸盐；进一步地，所述引发剂为Na2S2O8，其分解产为Na2SO4,对颜料变色影响最低。
优选地，所述分散剂选自司盘60、吐温80、吐温85、壬基酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)，中的一种或几种。
优选地，所述交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、烯丙基甲基丙烯酸酯、1,1,1-三羟甲基丙烷丙烯酸酯、N’N-亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基胺、四烯丙氧基乙烷中的一种或几种。
优选地，所述的稀释剂主要为多元醇类物质；
更优选地，所述稀释剂为甘油、季戊四醇、三羟甲基乙烷、丙二醇、二甘醇中的一种或几种。
优选地，所述感温变色颜料为水分散型可逆温致变色微胶囊颜料/浆料，具体的生产厂家有东莞变色风实业投资有限公司，广州晶彩颜料科技有限公司，广东崇裕科技股份有限公司，QCR Solutions Corp及LCR Hallcrest Ltd等若干国内外企业；浆料的颜色分类有：蓝色、橙色、红色、绿色、洋红色和黑色，变色的温度范围是-15～70℃，常见的温度有-5℃，22℃，31℃，55℃。上述企业生产的水分散型感温变色微胶囊颜料/浆料系列产品，通过彼此间搭配或者与其他底色颜料进行搭配则可实现吸水树脂的高中低温分段变色，例如：22℃以下变色浆料与31℃以上变色浆料混合使用可实现两段变色效果。
第二方面，本发明提供一种所述感温变色吸水树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：将感温变色颜料与分散剂、交联剂、稀释剂加入至单体中混合均匀，调节pH值，再加入引发剂，混合均匀后形成反应体系，控制反应温度进行反应，即得。
优选地，所述反应包括溶液聚合反应或反相悬浮聚合反应。
优选地，所述混合均匀采用的方式包括搅拌。
优选地，所述调节pH值具体为加入碱液。
优选地，所述调节pH值后酸碱度为5～9。
进一步优选地，所述调节pH值后酸碱度为6～8。一般的由于感温变色浆料的电性能，pH过高或过低均会导致变色颜料的沉淀，形成团聚现象。
优选地，所述反应温度控制在55～90℃。
进一步优选地，所述反应温度为65～85℃。由于反应温度过高会破坏变色颜料的稳定性，使其褪色或失去变色效果。本发明组合物温度指示范围因感温变色颜料而异，感温变色吸水树脂常用的使用温度为-15～65℃，优选的温度指示范围是-10～10℃、30～35℃和50～55℃，具体的：-5℃以下易造成冻伤，50℃以上易造成敏感人员烫伤，故-10～10℃和50～55℃为提醒警示。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、制备的新型感温变色吸水树脂能够通过树脂颜色的变化有效地指示树脂在吸水状态下的温度，给使用者以良好的使用体验，例如，在树脂吸水后加热温度高于50℃时，通过颜色的变化提示使用者避免烫伤，同理冷冻时，通过颜色的变化提示使用者温度低于-5℃时，避免冻伤。
2、本发明中的感温变色吸水树脂稳定性良好，感温变色吸水树脂可在室温下储存3年以上，吸水后依然存在温度指示功能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供的是一种感温变色吸水树脂组合物及其制备方法，所涉组分及含量见表1，制备方法如下：
将30g丙烯酸加入到水中，利用NaOH调节溶液pH＝6.5，同时向反应器中通入氮气，向溶液中加入0.4g吐温60，0.2g乙二醇二甲基丙烯酸酯，4g感温变色浆料(广东崇裕科技，-5℃变色，蓝
Figure BDA0000979037920000041
无色)，搅拌，保持氮气通入2小时后，向混合液中加入0.02gNa2S2O8，获得的反应体系(共计100g)于80℃下保温10分钟进行聚合反应，待冷却至室温后，用刮刀将凝胶从反应器中取出，于烘箱中70℃烘干，粉碎既得。
实施例2
本实施例提供的是一种感温变色吸水树脂组合物及其制备方法，所涉组分及含量见表1，制备方法如下：
将38g丙烯酸，2g丙烯腈，0.5gOP-10，2g季戊四醇，去离子水搅拌混合，加入20g9％NaOH调节体系pH＝5.5，加入0.5g二甘醇二甲基丙烯酸酯，4g感温变色浆料(广州晶彩颜料，30℃变色，黄
Figure BDA0000979037920000042
无色)，搅拌，通入N22小时后，向混合液中加入0.03g AIBN，搅拌均匀后(所得反应体系共计100g)，以80℃工业白油作为连续相，混合物作为分散相进行悬浮聚合，搅拌15分钟后，过滤白油，获得树脂颗粒，利用四氢呋喃洗去树脂颗粒表面的白油，于真空干燥箱中80℃干燥处理，得到吸水树脂微珠。
实施例3
本实施例提供的是一种感温变色吸水树脂组合物及其制备方法，所涉组分及含量见表1，制备方法如下：
将30.5g丙烯酸，加入至15g 9％NaOH溶液中获得混合物a，17g丙烯酰胺，2.5g N-乙烯基吡咯烷酮，3g丙三醇，4g感温变色颜料(东莞变色风，45℃变色，绿
Figure BDA0000979037920000053
黄绿)，0.7g三丙烯基胺，0.3g吐温80，0.4g OP-10加入去离子水中，获得混合物b，将混合物a与混合物b混合搅拌均匀，得到混合物c，向混合物中c通入N22小时后，向其中加入1g质量分数为2％硝酸铈铵溶液，混合均匀后(所得反应体系共计100g)，于80℃水浴条件下加热10分钟，冷却后用刮刀取出凝胶，置于80℃烘箱中处理10分钟后破碎得到感温变色吸水树脂粉末。
实施例4
本实施例提供的是一种感温变色吸水树脂组合物及其制备方法，所涉组分及含量见表1，制备方法如下：
40g丙烯酸，加入30g 5％NaOH溶液，调节溶液pH＝4，之后加入17g丙烯酰胺，3g醋酸乙烯酯，4g感温变色浆料(东莞变色风，55℃变色，红
Figure BDA0000979037920000052
无色)，4g甘油，0.6g吐温60，0.6gOP-10及0.78g烯丙基甲基丙烯酸酯，持续搅拌并通入N2，2小时后加入0.01mL 30％过氧化氢和0.01g L-抗坏血酸，以工业白油作为连续相，上述混合物(共计100g)作为分散相在75℃条件下进行悬浮聚合，10分钟后过滤，将滤出物通过石油醚清洗后，75℃烘干即得感温变色吸水树脂(水包含在NaOH溶液中)。
表1、实施例1～4所涉组分及含量
Figure BDA0000979037920000051
实施例1～4组合物性能测试结果见表2：
表2、实施例1～4所得组合物性能测试
Figure BDA0000979037920000061
对比例1～4
对比例1至4是实施例2的对比例，制备方法与实施例2相同，对比之处见下表3：
表3、对比例1～4所涉组分及含量
Figure BDA0000979037920000062
对比例1～4组合物性能测试结果见表4：
表4、对比例例1～4组合物性能测试
Figure BDA0000979037920000063
Figure BDA0000979037920000071
对比例5～6
对比例5，6是实施例2的对比例，组分及其含量与实施例2相同，对比之处仅在于制备方法不同：
对比例5与实施例2的不同之处在于，引发温度设定为95℃，体系放热量增加，反应速率加快。形成的凝胶变色性能受到破坏。颜色变化不明显。
对比例6与实施例2的不同之处在于，使用NaOH溶液调节体系pH之前，将单体、稳定剂与感温变色颜料混合。制备获得凝胶变色性能受到破坏，且颜色分布不均匀，有肉眼可视的团聚物。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种感温变色吸水树脂组合物，其特征在于，包括如下重量含量的各原料：
Figure FDA0002649133310000011
所述单体为丙烯酸类单体；所述丙烯酸类单体选自丙烯酰胺、丙烯酸盐、丙烯酸、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸盐中的一种或几种；
所述感温变色颜料为东莞变色风实业投资有限公司、广州晶彩颜料科技有限公司、广东崇裕科技股份有限公司、QCR Solutions Corp、LCR Hallcrest Ltd的水分散型可逆温致变色微胶囊颜料/浆料中的一种或几种；
所述分散剂选自司盘60、吐温80、吐温85、壬基酚聚氧乙烯醚-10中的一种或几种；
所述交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、烯丙基甲基丙烯酸酯、三烯丙基胺中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的感温变色吸水树脂组合物，其特征在于，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、铈盐、过硫酸盐、过硫酸盐-NaHSO3体系或过氧化氢-抗坏血酸体系中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的感温变色吸水树脂组合物，其特征在于，所述的稀释剂主要为多元醇类物质。
4.一种根据权利要求1所述的感温变色吸水树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将感温变色颜料与分散剂、交联剂、稀释剂加入至调节pH值后的单体中混合均匀，再加入引发剂，混合均匀后形成反应体系，控制反应温度进行反应，即得。
5.根据权利要求4所述的感温变色吸水树脂组合物的制备方法，其特征在于，所述反应包括溶液聚合反应或反相悬浮聚合反应。
6.根据权利要求4所述的感温变色吸水树脂组合物的制备方法，其特征在于，所述调节pH值后酸碱度为5～9；所述反应温度控制在55～90℃。
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