CN1137225C - 湿敏变色材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种遇湿变色的功能材料及其制备方法。现有湿敏变色材料是一种隐盖、显示技术，存在用料多，显示效果差，应用范围受限制等不足。本发明用发色剂、显色剂、减敏剂、连接料组成湿敏变色材料。发色剂是供电子无色染料，其供出电子后即变色；显色剂受授电子，使无色染料发色；减敏剂是水溶性高分子化合物，它有条件地阻隔电子传输；连接料是不能被水重复溶解的水基连接料。

Description

湿敏变色材料及其制备方法

本发明涉及一种遇湿变色的新型功能材料及其制备方法。

由于湿敏变色材料具有遇湿变色的特殊功能，它实际上属于一种新型的功能材料。工业上可作为大面积涂布测湿警告指示，它有电子测湿仪无可比拟的优点，如可以作为水库水位警示、防渗漏内外墙涂料等；近年来该材料已见在更精细方面的应用，如利用其变色功能便于识别的优点，被广泛应用于商品防伪、小孩尿布涂层、学生水写字帖、有机溶剂含水量定性测试纸等。

以往湿敏变色技术实际上是一种隐盖、显示技术，即首先在基材上印刷彩色图案，继而在该基材上全面积地涂上一层由低折射率白色颜料(如高岭土)和连接料组成的白色涂料以遮盖下面的图案，由于该低折射率白色颜料具有在干态不透明，湿态透明的功能，籍此实施湿敏显示技术。

但该技术存在明显不足之处，首先，该湿敏显示技术的实施至少需两次以上的涂布，即图文层和遮盖层，为使遮盖效果良好，涂料用量不低于25克/平方米，并为了要降低彩色图文的鲜艳程度同时要增厚遮盖层，这是实际应用采取的常用措施，此举将明显使显示图文的逼真性变差而表面厚笨粗糙，同时也增加成本；其次，这种工艺技术使得图文层与遮盖层不可能完全重叠，因此其应用范围受到极大限制；再次，由于采用了遮盖显示工艺，显示图文模糊、不鲜艳等。

本发明的目的是研究一种工艺简单、制备方便、湿敏显色效果好的湿敏变色材料及其制备方法。

本发明的湿敏变色材料，由发色剂、显色剂、减敏剂、连接料组成，同时可加入该类材料中常规使用的增稠剂、填料，如超细氧化硅、淀粉水溶液等。发色剂是无色染料，是近乎无色的有机化合物。当该无色染料供出电子后即刻发生分子结构的变化而显色。适合本发明的无色染料包括三苯甲烷内酯类、荧烷类、酚噻嗪类、螺环哌啶酮类以及某些内酰胺类化合物。其含量为7～29％。

显色剂是有机酚类化合物，它是一类无色的微酸性有机化合物，与无色染料组合时可接受电子，完成电子受授过程，使无色染料发色，因此这类化合物是电子受体。适合本发明的有机酚类化合物包括烷基苯酚、水杨酸酚、没食子酸烷基酚、萘酚及磷酸酯等分子结构中含羟基的有机化合物。其含量为12～54％。

减敏剂是水可溶性高分子化合物，在上述组份中加入减敏剂的作用是为了有条件地阻隔两组份之间的电子传输过程，从而实现不同条件下的有色态或无色态。本发明的减敏剂只要具备水可溶性质即可。如苯乙烯马来酸酐共聚物、聚乙烯醇、聚乙胺、聚三乙醇胺等。减敏剂的用量对本发明的实现效果至关重要，合适的用量在总组成总量的16-70％。

连接料是不能被水重复溶解的水基连接料，其本身基本无色，遇湿即显示设定颜色，并可根据基材的吸水和不吸水，表现出可逆或不可逆的颜色变化。当其固化后就不再溶于水。适合本发明的水基连接料有各类丙烯酸乳液、聚丙烯酰胺类高分子材料等。水基连接料的含量占总组成的1.5～10％。

各组成具体化合物举例如下：

发色剂，如：3，3-二(P-二甲胺基苯基)-苯酞

            3，3-(P-二-二甲胺基苯基)-二乙胺基苯酞

            3-环己胺基-6-氯荧烷

            3-二乙胺基-7-甲基荧烷

            结晶紫内酯；

显色剂，如：双酚A、β-萘酚、没食子酸十二烷基酚、P-甲氧基苯酚；

减敏剂，如：苯乙烯马来酸酐共聚物、聚乙烯醇、聚三乙醇胺；

连接料，如：丙烯酸酯乳液、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素等。

本发明的材料制备时将发色剂和显色剂分别与连结剂的水溶液如甲基纤维素水溶液、水混合后研磨成微米级颗粒，然后将它们与减敏剂的水溶液、增稠剂如超细氧化硅、填料如氧化淀粉水溶液在捏合机中混合均匀即可。

发色剂和显色剂研磨成3～10μm范围的颗粒较好。颗粒太粗，使涂布层表面光洁度受影响，在上述范围内加以适当的涂布、印刷工艺，产品表观良好。将本发明产品涂布于吸水或非吸水性基材上烘干，或者是印刷成图文于吸水或非吸水性基材上烘干，便可作为测湿显示、水位警示、产品含水量测定、商品防伪等产品的湿敏材料。吸水基材变色不可逆，反之变色可逆。

本发明材料由于一次涂布即可形成湿敏变色产品，其用量仅4～6克/平方米，大大节约了湿敏变色产品的成本。

本发明材料涂布或印刷于涂塑纸张或塑料薄膜，可以广泛用于商品防伪、湿度测试纸等方面。

本发明产品涂布或印刷后可在70～80℃下烘干，温度太低效率低，温度高，易使有机化合物分解变质，影响显色效果。

本发明改进传统工艺技术的缺点，发明一种通过涂料本身遇水前后颜色变化来实现湿敏变色过程，这样仅需一次性印刷图文，其鲜艳度、图文层厚度、表观光洁度只与印刷工艺本身有关，不致受湿敏变色工艺的影响。本发明利用无色染料作为电子供体，有机酚化合物作电子受体，以水可溶的高分子化合物为过程变化的减敏剂，实现了本发明新型的湿敏变色材料，该材料具有湿敏变色灵敏、发色饱和、颜色可选等明显优点。本发明材料制备方便，工艺简单，湿敏效果良好，具有广阔的应用前景。

实施例一

组分A的制备：将9％重量的3-二乙胺基-7-甲基荧烷和4.5％重量的5％甲基纤维素水溶液与适量的水混合后于砂磨机中连续研磨至颗粒大小在3微米。

组分B的制备：将18％重量的异丙基双酚A和4.5％重量的5％甲基纤维素水溶液与适量的水混合后于砂磨机中连续研磨至颗粒大小在3微米。

将上述组分A和B加入到64％重量的10％聚乙烯醇中，并于适当量的超细氧化硅(吸油参数为180ml/g)增稠剂及20％的氧化淀粉水溶液填料一同置于捏合机中混合均匀，即成本发明的湿敏变色涂料。

将上述所得涂料涂布于双面涂塑的非吸水性纸张上，用量为5克/平方米，置于80℃下恒温烘干1分钟，得到白色的湿敏变色涂料纸。

当用水润湿其表面，很快就变成黑色，当水被晾干后又变成白色，这种颜色可重复进行。

实施例二

组分A的制备：将18％重量的结晶紫内酯和2％重量的5％甲基纤维素水溶液与适量的水混合后于砂磨机中连续研磨至颗粒大小在6微米。

组分B的制备：将45％重量的异丙基双酚A和2％重量的5％甲基纤维素水溶液与适量的水混合后于砂磨机中连续研磨至颗粒大小在6微米。

将上述组分A和B加入到27％重量的10％聚乙烯醇中，并于适当量的超细氧化硅(吸油参数为180ml/g)增稠剂及20％的氧化淀粉水溶液填料，置于捏合机中混合均匀，即成本发明的湿敏变色涂料。

将上述所得涂料用300目筛网版印刷在厚度为120μm的PET聚酯薄膜上，置于室温晾干30分钟，得到湿敏变色印字聚酯膜。

当用水润湿其表面，很快就变成天兰色，当水被晾干后又变成白色，这种颜色可重复进行。

Claims (7)

1.一种湿敏变色材料，由发色剂、显色剂、减敏剂和连接料组成，其特征是发色剂是供电子无色染料，显色剂是有机酚类化合物，其与无色染料组合时可接受电子，减敏剂是可溶性高分子化合物，连接料是不能被水重复溶解的水基连接料，它们的组成是(Wt％)

发色剂：7～29％

显色剂：12～54％

减敏剂：16～70％

连接料：1.5～10％

2.根据权利要求1所述的湿敏变色材料的制备方法，其特征是将无色染料发色剂和显色剂分别与连结剂的水溶液、水混合研磨成微米级颗粒，然后将它们与减敏剂的水溶液、增稠剂、填料在捏合机中混合均匀即可。

3.根据权利要求1所述的湿敏变色材料的制备方法，其特征是发色剂和显色剂研磨成3-10μm颗粒。

4.根据权利要求2所述的湿敏变色材料的使用方法，其特征是将制得的产品涂布于吸水或非吸水性基材上，烘干即可。

5.根据权利要求4所述的湿敏变色材料的使用方法，其特征是将制得的产品涂布于基材上的用量是4～6克/平方米。

6.根据权利要求4所述的湿敏变色材料的使用方法，其特征是将制得的产品涂布或印刷于涂塑纸张，或塑料薄膜。

7.根据权利要求4所述的湿敏变色材料的使用方法，其特征是烘干温度是70～80℃。