CN109705838B

CN109705838B - 天然随温变色材料、其制备方法及含有所述天然随温变色材料的容器

Info

Publication number: CN109705838B
Application number: CN201811530497.2A
Authority: CN
Inventors: 尤庆亮; 黄园; 曹一平
Original assignee: Jianghan University
Current assignee: Jianghan University
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2022-03-25
Anticipated expiration: 2038-12-14
Also published as: CN109705838A

Abstract

本发明提供一种天然随温变色材料、其制备方法及含有所述天然随温变色材料的容器，所述天然随温变色材料随着温度变化，颜色可以发生可逆变化，从而可起到提示温度范围的作用。所述制备方法包括以下步骤：取雄性蓝孔雀的孔雀翎羽，用巯基乙酸盐水溶液使所述孔雀翎羽润湿，然后用乙醇的乙酸乙酯溶液使所述孔雀翎羽再次润湿，得到所述天然随温变色材料，其中所述巯基乙酸盐水溶液中巯基乙酸盐的质量百分比含量为5％‑6％；所述乙醇的乙酸乙酯溶液中，乙醇的质量为乙酸乙酯质量的15％‑25％。含有上述天然随温变色材料的容器，所述容器的底部和/或侧壁设有温变显示区域，所述温变显示区域包括表层、夹层和底层，所述表层为透明材质，所述天然随温变色材料置于所述夹层中、被封装于所述温变显示区域内。

Description

天然随温变色材料、其制备方法及含有所述天然随温变色材料的容器

技术领域

本发明涉及涉及一种天然随温变色材料、其制备方法及含有所述天然随温变色材料的容器。

背景技术

孔雀翎羽中由色素构成的颜色即色素色是其孔雀翎羽着色的基本形式，它决定着孔雀翎羽的基本颜色，真黑色素和褐黑色素是其中的两种主要形式。另外，鸟类的孔雀翎羽中还有结构色，它可以根据孔雀翎羽的构造引起光波折射变幻颜色。色素色是各种色素在孔雀翎羽生长时沉积而形成的颜色，属于化学性颜色。结构色(structural colour)，又称物理色(physical colour)，是一种由光在特殊材质或表面上发生折射、漫反射、衍射、散射或干涉而产生的各种颜色。它起源于自然光与孔雀翎羽微结构的相互作用，通常呈现于诸如干涉、衍射和散射等光学现象之中。结构色属于物理性颜色，通过孔雀翎羽上皮表面的物理结构(色素细胞的上方具有无色的、有凹凸沟纹的蜡质层或夹在色素细胞间的多角无色折光细胞)对光线所起的折射和干涉作用而产生的色彩变幻，有因不同视角而变化的辉亮色泽或金属光泽。一般情况下，若孔雀翎羽不受到结构破坏，其物理光学效果是不会改变的，这种结构性破坏包括人工磨损，化学腐蚀等。

生物体结构色的研究具有重要意义，因为它不仅能揭示自然界中许多有趣的调控颜色的方式，同时也可以在光子结构的设计和制备方面给予我们很多启示。首先，结构色看起来似乎有着金属光泽，而实际上其本身又不含有金属元素；其次，结构色往往随着观察角度的变化而变化；最后，结构色不含有化学染料或颜料，因此无毒且永久不褪色，对环境友好，不会造成水资源浪费。

中国专利文献CN105603715A公开了一种织物结构色的制备方法，利用磁控溅射射频法，以TiO₂、SiO₂等为靶材，对基布进行溅射，在织物表面交替溅射TiO₂、SiO₂(或其它材料)靶，在织物表面形成纳米周期薄膜，由于光的干涉等光学原理，织物在光下呈现艳丽的结构色，溅射的材料和层数及每层的厚度决定织物表面的色彩，而且随着观察角度的变化，织物的颜色也随之变化，只要不破坏薄膜结构，织物永不褪色。就传统纺织而言，无角度依赖的结构色材料意义要大于角度依赖的结构色材料。因为人们对服装颜色更需要不随着观察者观察角度的变化而变化。

中国专利文献CN102517801A公开了一种结构色纤维膜的制备方法，将光与平板光子晶体平界面的相干衍射扩展到光子晶体纤维的圆柱界面，利用纳米胶体微球自组装形成光子晶体纤维，制备绿色无污染的、不需要化学染料参与的结构色纤维，而且需要的原料简单，成本低，可以大量制备，不受观察角度影响，不依赖环境光的反射。但颜色变化不是可逆的。

日常生活中饮料的温度影响着大家的口感，例如：对于中国人，解暑消渴最佳的方式不是冰镇饮料而是一杯热茶，泡茶的最佳水温为70℃～80℃，茶多酚是绿茶的重要生物活性成分之一，它的最佳溶出温度为80℃左右。50-60℃的茶水清香适口，温度低一些则茶香偏淡无味；类似的西方人也热衷于喝热咖啡，而咖啡最佳的饮用温度在50-60℃左右时才香醇可口，咖啡冷却后会香气尽失。另外，生活中的其他热饮也同样需要对其容器温度有提示的必要。如何通过眼睛直接观察掌握温度的变化？示温变色材料无疑是一个便利而简易的选择。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：需要提供一种随着温度变化，颜色可以发生显著可逆变化，从而可实现智能指示温度作用的随温变色材料。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种天然随温变色材料、其制备方法及含有所述天然随温变色材料的容器(如玻璃杯、瓷杯)，所述天然随温变色材料随着温度变化，颜色可以发生可逆变化，从而可起到提示温度范围的作用。

具体而言，根据本发明的第一方面，本发明实施例提供了一种天然随温变色材料的制备方法，包括以下步骤：

取雄性蓝孔雀的孔雀翎羽，用巯基乙酸盐水溶液使所述孔雀翎羽润湿，然后用乙醇的乙酸乙酯溶液使所述孔雀翎羽再次润湿，得到所述天然随温变色材料，其中所述巯基乙酸盐水溶液中巯基乙酸盐的质量百分比为5％-6％；

所述乙醇的乙酸乙酯溶液中，乙醇的质量为乙酸乙酯质量的15％-25％。

所述雄性蓝孔雀的孔雀翎羽中间具有蓝色部分。

所述润湿的方法可以是将液体滴加在孔雀翎羽上，将孔雀翎羽表面完全湿润。

所述巯基乙酸盐可以是水溶性的各种巯基乙酸盐，例如巯基乙酸铵。可以直接选用含巯基乙酸铵的烫发水。所述烫发水可商购，其一般组成为水、巯基乙酸铵、乙醇胺、碳酸氢铵、氨端聚二甲基硅氧烷、香精、椰油酰胺丙基甜菜碱、喷替酸五钠、甘油月桂酸酯、西曲氯胺和十三烷醇聚醚-12，具体的烫发水如欧莱雅弹力多姿雅烫发水。

根据本发明的第二方面，本发明实施例还提供了根据上述制备方法得到的天然随温变色材料。

根据本发明的第三方面，本发明实施例还提供了含有上述天然随温变色材料的容器，所述容器的底部和/或侧壁设有温变显示区域，所述温变显示区域包括表层、夹层和底层，所述表层为透明材质，所述夹层位于所述表层和所述底层之间，所述天然随温变色材料置于所述夹层中、被封装于所述温变显示区域内。

本发明所述天然随温变色材料也可以做成贴纸，贴在容器表面，显然所述天然随温变色材料应该被封装在贴纸内，以防表面处理的溶液挥发，使随温度变化的性能退失；同时贴纸材料应该符合容器使用要求，且不阻碍观察所述天然随温变色材料的颜色变化。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

所述天然随温变色材料随着温度变化，颜色可以发生可逆变化，从而可起到提示温度范围的作用，且实验方法简单，颜色变化明显，颜色不会随着角度变化。含有所述天然随温变色材料的容器可以根据所述天然随温变色材料的颜色变化便利地提示容器所处的温度范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为未处理的孔雀翎羽照片；

图2为实施例1所述天然随温变色材料常温时的照片；

图3为实施例1所述天然随温变色材料加热时的照片；

图4为未处理雄性蓝孔雀的孔雀翎羽中间蓝色部分的扫描电镜(SEM)照片；

图5为本实施例所述天然随温变色材料中间部分的SEM照片；

图6为对比例2处理过的孔雀翎羽的照片，其中6-1为常温时照片，6-2为加热时照片；

图7为对比例4处理过的孔雀翎羽常温时的照片。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

根据本发明的第一方面，本发明实施例提供了一种一种天然随温变色材料的制备方法，包括以下步骤：

取雄性蓝孔雀的孔雀翎羽，用巯基乙酸盐水溶液使所述孔雀翎羽润湿，然后用乙醇的乙酸乙酯溶液使所述孔雀翎羽再次润湿，得到所述天然随温变色材料，其中

所述巯基乙酸盐水溶液中巯基乙酸盐的质量百分比为5％-6％的巯基乙酸铵；

所述烫发水可商购，其一般组成为水、巯基乙酸铵、乙醇胺、碳酸氢铵、氨端聚二甲基硅氧烷、香精、椰油酰胺丙基甜菜碱、喷替酸五钠、甘油月桂酸酯、西曲氯胺和十三烷醇聚醚-12，具体的烫发水如欧莱雅弹力多姿雅烫发水。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

所述天然随温变色材料随着温度变化，颜色可以发生可逆变化，从而可起到提示温度范围的作用。含有所述天然随温变色材料的容器可以根据所述天然随温变色材料的颜色变化便利地提示容器所处的温度范围。

以下实施例中所涉及原材料如下所示：

药品	生产厂家	规格
			雄性蓝孔雀的孔雀翎羽	淘宝金枝玉叶家居旗舰店
乙醇	国药集团化学试剂有限公司	AR
			乙酸乙酯	国药集团化学试剂有限公司	AR
石蜡(54-56℃)	国药集团化学试剂有限公司	AR
			烫发水	欧莱雅弹力多姿雅烫发水
丙酮	国药集团化学试剂有限公司	AR
			聚四氢呋喃(90-120℃)	阿拉丁试剂(上海)有限公司	99％
甲醇	国药集团化学试剂有限公司	AR
			石油醚(60-90℃)	国药集团化学试剂有限公司	AR
氯仿	国药集团化学试剂有限公司	AR
			正癸酸	国药集团化学试剂有限公司	AR

实施例1

取未处理的雄性蓝孔雀的孔雀翎羽(如图1所示)，先滴加烫发水，使所述孔雀翎羽润湿，然后滴加乙醇的乙酸乙酯溶液，使所述孔雀翎羽再次润湿，得到所述天然随温变色材料，其中所述乙醇的乙酸乙酯溶液中，乙醇的质量为乙酸乙酯质量的20％。所述天然随温变色材料中间部分为如图2所示的红色(即常温时的颜色)。

将所述天然随温变色材料置于薄壁、热传导较快的容器中(如市售的一次性透明塑料杯)，置于热水浴中加热，热水浴初始温度为60℃，水浴温度每降低2℃记录一次现象，50℃时从热水浴中取出。结果如图3所示，在50-60℃范围内，所述天然随温变色材料颜色为蓝色。由于实验在敞开容器中进行，所述烫发水大部分已挥发，因此从热水浴中取出的所述材料重新用上述烫发水及乙醇的乙酸乙酯溶液顺序润湿，发现温度低于50℃(0-45℃)时，所述天然随温变色材料颜色重新变为红色。鉴于此现象，本发明所述天然随温变色材料应该在封闭环境中使用，例如应用于如前所述的容器中时，所述天然随温变色材料应被封装于所述温变显示区域内。

图4为未处理雄性蓝孔雀的孔雀翎羽中间蓝色部分的SEM照片，图5为本实施例所述天然随温变色材料中间部分的SEM照片。图4和图5显示，未处理的孔雀翎羽中含有胱氨酸，胱氨酸是由两个β-巯基-a-氨基丙酸组织的含硫氨基酸，而烫发水产生了化学刻蚀，将其中的S-S键打断，从而产生沟壑，引起颜色变化。

对比例1

取未处理的雄性蓝孔雀的孔雀翎羽(如图1所示)，置于薄壁、热传导较快的容器中(如市售的一次性透明塑料杯)，置于热水浴中加热，热水浴初始温度为60℃，水浴温度每降低2℃记录一次现象，50℃时结束实验。孔雀翎羽中间蓝色部分在实验过程中无明显颜色变化。

对比例2

取未处理的雄性蓝孔雀的孔雀翎羽(如图1所示)，配置石蜡的乙酸乙酯溶液(石蜡先切碎，称取一定量的石蜡，加入乙酸乙酯，将乙酸乙酯与石蜡小颗粒进行混合，再用热水溶解，石蜡的质量为乙酸乙酯质量的20％)。随后，迅速将蓝孔雀翎羽加入干净烧杯中，用配置好的溶液浸润，迅速拿出，如图6-1所示，处理后的孔雀翎羽中间部分为绿色(即常温时的颜色)。

待孔雀翎羽表面有白色薄膜时，将处理后的孔雀翎羽置于薄壁、热传导较快的容器中(如市售的一次性透明塑料杯)，置于热水浴中加热，热水浴初始温度为68℃，水浴温度每降低6℃记录一次现象，50℃结束实验。最终状态如图6-2所示，孔雀翎中间部分保持绿色没有变化。即处理后的孔雀翎羽中间部分在50-68℃范围内颜色相对于常温时没有变化，均为绿色。

对比例3

其余步骤同对比例2，改变石蜡的乙酸乙酯溶液中石蜡的用量，分别设定石蜡的质量为乙酸乙酯质量的30％、40％、50％，实验结果与对比例2相同。

对比例4

其余同实施例1，将乙醇改为石蜡。实验结果显示，处理后的孔雀翎羽中间部分在常温时为红色(如图7所示)，加热过程中颜色没有发生变化，仍为红色。

对比例5

其余同对比例2，将石蜡分别替换为丙酮(10％，100％)、聚四氢呋喃

(90-120℃)(10％，20％，100％)、甲醇(10％，20％，100％)、乙醇(10％，20％，100％)、石油醚(60-90℃)(10％，20％，100％)、氯仿(100％)、正癸酸(100％)，实验现象与对比例2相同。所述百分比为试剂与乙酸乙酯混合后得到所述试剂的乙酸乙酯溶液中，所述试剂相对于乙酸乙酯的质量百分比，所述试剂指丙酮、聚四氢呋喃、甲醇、乙醇、石油醚、氯仿或正癸酸。

在实现本发明的过程中，通过对天然孔雀翎羽的处理得到了一种随着温度变化可以发生显著反复可逆变色(从最适合饮用的温度60-50℃的绿色到降温至45-0℃的淡红色)的智能温度指示材料，该材料有望用于需要标识温度的各类场合及茶杯、咖啡杯，为人们提供更佳的饮用体验。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种天然随温变色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述巯基乙酸盐水溶液中巯基乙酸盐的质量百分比为5％-6％；

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述巯基乙酸盐为巯基乙酸铵。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述巯基乙酸盐水溶液为含有巯基乙酸铵的烫发水。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烫发水组成为水、巯基乙酸铵、乙醇胺、碳酸氢铵、氨端聚二甲基硅氧烷、香精、椰油酰胺丙基甜菜碱、喷替酸五钠、甘油月桂酸酯、西曲氯胺和十三烷醇聚醚-12。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述巯基乙酸盐水溶液为欧莱雅弹力多姿雅烫发水。

6.权利要求1-5中任一项所述制备方法所得的天然随温变色材料。

7.含有权利要求6所述天然随温变色材料的容器，其特征在于所述容器的底部和/或侧壁设有温变显示区域，所述温变显示区域包括表层、夹层和底层，所述表层为透明材质，所述夹层位于所述表层和所述底层之间，所述天然随温变色材料置于所述夹层中、被封装于所述温变显示区域内。