CN111154137A - 一种晶体状雪材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种晶体状雪材料及制备方法，具体内容如下：通过自由基聚合法，采用聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂、发泡剂、碳酸盐、铝盐和泡沫稳定剂制备得到丙烯酰胺类晶体状雪材料；通过离子交联法，采用海藻酸钠、增溶剂、可溶性二价/三价金属离子盐、交联速度调节剂、增塑剂、成胶剂、发泡剂、碳酸盐、铝盐和泡沫稳定剂制备得到海藻酸钠类晶体状雪材料。本发明制备的晶体状雪材料由水溶性高分子聚合物通过物理或化学方法交联成三维网络状胶凝材料，升温融化后仍可锁住水分并保持其原有形状结构，便于长期保存。

Description

一种晶体状雪材料及制备方法
技术领域
本发明涉及新材料制备与加工领域，具体涉及一种晶体状雪材料及制备方法。
背景技术
人造雪广泛应用于滑雪场、飘雪景观、舞台造景、影视拍摄、雪环境模拟等领域。当前人造雪主要通过两种方式制备，一是将制成的冰块破碎成厚度、宽度合适的冰晶；二是通过高压水枪把水喷洒至寒冷的大气中形成大小合适的冰晶。然而，以达到天然雪的视觉效果和功能效果。然而，人造雪和自然雪都存在升温后融化成水，失去其成型性和无法长期保存的缺点。因此，尽管人们热衷于雪的洁白温润，却难以将其作为一种加工材料应用于各类产品的生产制造，进而致使雪难以真正地走进人们的家庭和生活。
本发明提供的晶体状雪材料是一种由水溶性高分子聚合物通过物理或化学方法交联形成的三维网络状凝胶材料，其网络中填充了大量的水。该晶体状雪低温凝固后均具有与自然雪、人造雪相同的外观和触感，而且升温融化后仍可锁住水分并保持其原有形状结构和雪的外观，便于长期持有和保存。
发明内容
本发明旨在提供一种晶体状雪材料及制备方法，该晶体状雪材料具有优良的可加工性和长期保持的特性，填补了人工冰雪材料难以作为一种加工性材料的市场空白。
本发明的具体技术方案如下：
一种丙酰胺类晶体状雪材料，其制备原材料为：聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂、发泡剂、碳酸盐、铝盐、泡沫稳定剂、水；各原料的质量比为：5～25:0.02～0.1:0.01～0.2:0.001～0.02:0.01～5.0:0.1～5.2:0.05～2.6:0.02～1.5:100。
优选的，所述聚合单体选自丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺中的一种或两种。
优选的，所述交联剂选自N，N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种。
优选的，所述引发剂为热引发剂或光引发剂；所述热引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种；所述光引发剂选自2-酮戊二酸、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种或多种。
优选的，所述催化剂为四甲基乙二胺。
优选的，所述发泡剂选自十二烷基硫酸钠、动植物蛋白类发泡剂、松香皂类发泡剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。
优选的，所述碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种。
优选的，所述铝盐选自氯化铝、硫酸铝中的一种或两种。
优选的，所述泡沫稳定剂选自羧甲基纤维素、聚乙烯醇、月桂酸、三乙醇胺、明胶中的一种或多种。
一种丙烯酰胺类晶体状雪材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂、发泡剂、碳酸盐、铝盐、泡沫稳定剂按比例溶于水中，充分搅拌至完全溶解即制备得到晶体状雪材料前驱体溶液。
(2)将晶体状雪材料前驱体溶液注入容器或模具中，并充满整个容器或模具，并在容器或模具上方加盖玻璃片。最后，采用加热或紫外光照射，使其完全固化制备得到晶体状雪材料。
优选的，所述步骤(1)中的水选自去离子水、自来水、雨水、雪水中的一种或两种。
优选的，所述步骤(2)中加热温度为40～70℃，加热时间为1.0～3.0h；紫外光照射波长365nm，照射时间为0.5～2.0h。
优选的，所述模具选自室内装饰类(雪花装饰、灯架等)、玩具类(火炬、城堡、玩具冰箱等)、服装饰品类(眼镜、帽子、手套等)。
一种海藻酸钠类晶体状雪材料，其制备原材料为：海藻酸钠、增溶剂、可溶性二价/三价金属离子盐、交联速度调节剂、增塑剂、成胶剂、发泡剂、碳酸盐、铝盐、泡沫稳定剂、水，所述各原料的质量比为：1.0:2.5～6.5:0.02～0.5:0.001～0.5:0～0.2:0～0.2:0.01～0.25:0.01～0.52:0.005～0.26:0.002～0.15:2～10。
优选的，所述增溶剂选自绵白糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、乳糖中的一种或多种。
优选的，所述可溶性二价金属离子盐选自钙盐、镁盐、亚铁盐中的一种或多种，所述可溶性三价金属离子盐选自铝盐、铁盐中的一种，所述钙盐为硫酸钙、氯化钙、溴化钙、碘化钙、硝酸钙、甲酸钙、醋酸钙中的一种或多种。
优选的，所述交联速度调节剂为焦磷酸四钠。
优选的，所述增塑剂选自玉米淀粉、木薯淀粉、小麦粉、硅藻土中的一种或多种。
优选的，所述成胶剂选自黄原胶、果胶、卡拉胶中的一种或多种。
优选的，所述发泡剂选自茶皂素、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、动植物蛋白类发泡剂、松香皂类发泡剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。
优选的，所述碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种。
优选的，所述铝盐选自氯化铝、硫酸铝中的一种或两种。
优选的，所述泡沫稳定剂选自羧甲基纤维素、聚乙烯醇、月桂酸、三乙醇胺、明胶中的一种或多种。
一种海藻酸钠类晶体状雪材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将各原料组分按质量比充分混合；
(2)将步骤(1)所得混合物溶于水中，充分搅拌至完全溶解并进行真空脱气处理得到晶体状雪材料前驱体溶液；
(3)将所述溶液注入容器或模具中，并在容器或模具上方加盖经表面疏水处理后的玻璃片，固化后得到海藻酸钠晶体状雪材料。
优选的，所述步骤(1)中的水选自去离子水、自来水、雨水、雪水中的一种或两种。
优选的，所述步骤(3)中的固化时间为5～30min。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过在晶体状雪材料中添加发泡剂和泡沫稳定剂获得了含亚毫米尺度到微米、纳米尺度的孔洞的晶体状雪材料，改变了晶体状雪材料的透光性，使其拥有雪的特性，配方具有普适性；
(2)本发明制备的晶体状雪材料的凝固和融化过程均为可逆过程，且可反复进行；可逆过程中材料不析水、不变形、不变性；
(3)本发明制备的晶体状雪材料融化后不会析水失水，能够有效锁住液态水，使材料具有成型性和雪的真实视感；该材料凝固后可加工性强；并具有长期保持和保存的特性；
(4)本发明制备的晶体状雪材料，制备过程简单，使用方便。
具体实施方式
以下结合实例对本发明加以说明，但不应理解为本发明上述主体的范围仅限于此。
实施例1
(1)晶体状雪材料前驱体溶液制备。按照质量分数将聚合单体丙烯酰胺5g，交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺0.03g，光引发剂2-酮戊二酸0.01g，催化剂四甲基乙二胺0.001g，发泡剂十二烷基硫酸钠0.03g、松香皂类发泡剂1.2g，碳酸盐碳酸钾0.1g，铝盐硫酸铝0.17g，泡沫稳定剂选自羧甲基纤维素1g、聚乙烯醇0.5g，按比例溶于100g水中，充分搅拌至完全溶解即得晶体状雪材料前驱体溶液；
(2)将步骤(1)所得前驱体溶液注入雪花装饰模具中，使其充满整个容器或模具，并在容器或模具上方加盖玻璃片，在波长为365nm的紫外光下照射1.0h，完全固化制备得到丙烯酰胺类晶体状雪花。
实施例2
(1)晶体状雪材料前驱体溶液制备。按照质量分数将聚合单体丙烯酰胺7g、N-异丙基丙烯酰胺18g，交联剂双丙酮丙烯酰胺0.03g、甲基丙烯酸羟乙酯0.07g，热引发剂过硫酸铵0.2g，催化剂四甲基乙二胺0.02g，发泡剂十二烷基硫酸钠1.3g、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3.7g，碳酸盐碳酸钠5.2g，铝盐氯化铝2.6g，泡沫稳定剂选自月桂酸0.02g、三乙醇胺0.05g，按比例溶于100g水中，充分搅拌至完全溶解即得晶体状雪材料前驱体溶液；
(2)将步骤(1)所得前驱体溶液注入玩具城堡模具中，使其充满整个容器或模具，并在容器或模具上方加盖玻璃片，在70℃下加热2.0h，完全固化制备得到丙烯酰胺类晶体状雪城堡玩具。
实施例3
(1)按照比重将海藻酸钠1.0g，增溶剂葡萄糖1.0g、果糖1.5g，可溶性二价金属离子盐硫酸钙0.5g，交联速度调节剂焦磷酸四钠0.2g，增塑剂硅藻土0.001g，成胶剂黄原胶0.2g、发泡剂十二烷基硫酸钠0.01g，碳酸盐碳酸钠0.52g，铝盐氯化铝0.005g、泡沫稳定剂羧甲基纤维素0.15g充分混合。
(2)将步骤(1)所得混合物粉粒溶于2g水中，充分搅拌至完全溶解进行真空脱气处理，制备得到晶体状雪材料前驱体溶液。
(3)将上述溶液注入容器或模具中，并在容器或模具上方加盖经表面疏水处理后的玻璃片，5min后固化得海藻酸钠类晶体状雪材料。
实施例4
(1)按照比重将海藻酸钠1.0g，增溶剂绵白糖4.5g、乳糖2.0g，可溶性二价金属离子盐硝酸钙0.02g，交联速度调节剂焦磷酸四钠0.3g，增塑剂木薯淀粉0.5g，成胶剂卡拉胶0.1g、发泡剂茶皂素0.25g，碳酸盐碳酸钾0.01g，铝盐硫酸铝0.26g、泡沫稳定剂月桂酸0.002g充分混合。
(2)将步骤(1)所得混合物粉粒溶于10g水中，充分搅拌至完全溶解进行真空脱气处理，制备得到晶体状雪材料前驱体溶液。
(3)将上述溶液注入容器或模具中，并在容器或模具上方加盖经表面疏水处理后的玻璃片，30min后固化得海藻酸钠晶体状雪材料。
为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (10)

1.一种丙酰胺类晶体状雪材料，其特征在于：制备的原材料为：聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂、发泡剂、碳酸盐、铝盐、泡沫稳定剂、水；各原料的质量比为：5～25:0.02～0.1:0.01～0.2:0.001～0.02:0.01～5.0:0.1～5.2:0.05～2.6:0.02～1.5:100。
2.根据权利要求1所述的晶体状雪材料，其特征在于：所述聚合单体为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺中的一种或两种；所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种；所述引发剂为热引发剂或光引发剂；所述热引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种；所述光引发剂为2-酮戊二酸、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种或多种；催化剂为四甲基乙二胺；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、动植物蛋白类发泡剂、松香皂类发泡剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种；所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种；所述铝盐为氯化铝、硫酸铝中的一种或两种；所述泡沫稳定剂选自羧甲基纤维素、聚乙烯醇、月桂酸、三乙醇胺、明胶中的一种或多种。
3.一种根据权利要求1-2之一所述晶体状雪材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂、发泡剂、碳酸盐、铝盐、泡沫稳定剂按比例溶于水中，充分搅拌至完全溶解即制备得到晶体状雪前驱体溶液；
(2)将晶体状雪材料前驱体溶液注入容器或模具中，并充满整个容器或模具，并在容器或模具上方加盖玻璃片，采用加热或紫外光照射，使其完全固化制备得到晶体状雪。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的水为去离子水、自来水、雨水、雪水中的一种或两种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的加热温度为40～70℃，时间为1.0～3.0h；紫外光照射波长365nm，照射时间为0.5～2.0h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的模具选自室内装饰类、玩具类或服装饰品类。
7.一种海藻酸钠类晶体状雪材料，其特征在于：制备的原材料为：海藻酸钠、增溶剂、可溶性二价/三价金属离子盐、交联速度调节剂、增塑剂、成胶剂、发泡剂、碳酸盐、铝盐、泡沫稳定剂、水，所述各原料的质量比为:1.0:2.5～6.5:0.02～0.5:0.001～0.5:0～0.2:0～0.2:0.01～0.25:0.01～0.52:0.005～0.26:0.002～0.15:2～10。
8.根据权利要求7所述的晶体状雪材料，其特征在于：所述增溶剂选自绵白糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、乳糖中的一种或多种；所述可溶性二价金属离子盐选自钙盐、镁盐、亚铁盐中的一种或多种，所述可溶性三价金属离子盐选自铝盐、铁盐中的一种，所述钙盐为硫酸钙、氯化钙、溴化钙、碘化钙、硝酸钙、甲酸钙、醋酸钙中的一种或多种；所述交联速度调节剂为焦磷酸四钠；所述增塑剂选自玉米淀粉、木薯淀粉、小麦粉、硅藻土中的一种或多种；所述成胶剂选自黄原胶、果胶、卡拉胶中的一种或多种；所述发泡剂选自茶皂素、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、动植物蛋白类发泡剂、松香皂类发泡剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种；所述碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种；所述铝盐选自氯化铝、硫酸铝中的一种或两种；所述泡沫稳定剂选自羧甲基纤维素、聚乙烯醇、月桂酸、三乙醇胺、明胶中的一种或多种。
9.一种根据权利要求7-8之一所述晶体状雪材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将各原料组分按质量比充分混合；
(2)将步骤(1)所得混合物粉粒溶于水中，充分搅拌至完全溶解并进行真空脱气处理得晶体状雪材料前驱体溶液；
(3)将所述溶液注入容器或模具中，并在容器或模具上方加盖经表面疏水处理后的玻璃片，固化后得到海藻酸钠类晶体状雪材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的水选自去离子水、自来水、雨水、雪水中的一种或两种，添加量为2～10份；所述步骤(3)中的固化时间为5～30min。
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