CN117328296A - 一种具有可逆多颜色变化的纸基材料及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有可逆多颜色变化的纸基材料及其制备与应用，方法包括以下步骤：将过渡金属杂多酸盐、增塑剂、供电子聚合物以及硝酸银溶解在溶剂中，配制得到混合溶液；将混合溶液均匀涂布于纸张表面，干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。本发明直接将原料溶于溶剂，通过简单的涂布法将其均匀涂布于纸基之上，制备过程高效、节能，易于实现大规模制备。本发明所制备的纸基材料在紫外光照射下迅速变色，根据银离子添加量的不同，可实现不同颜色的变化，丰富了个性化选择。本发明所制备的纸基材料变色后，颜色信息在室温条件下能够保持长时间稳定，如有需要也可以借助双氧水使其在20分钟内实现快速褪色，实现褪色时间可控。
Description
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种具有可逆多颜色变化的纸基材料及其制备与应用。
背景技术
造纸业是与国民经济和社会发展密切相关的重要产业。现在，纸张产品已经广泛应用于人民生活的各个领域，在促进物质文明和精神文明中承担着重要职能。据调查显示，我国耗纸量已超过1.1亿万吨，其中30％以上用于印刷、打印纸等。全球打印纸中有90％以上是用于短期阅读，约40％经打印或者复印的纸张甚至在阅读一次后就被送往废纸篓。由此产生大规模的纸张浪费将会严重影响我们的可持续发展战略。
光致变色材料是指在一定波长和强度的光作用下，材料的分子结构等发生变化而导致颜色的变化，这种可逆的性质赋予了材料在可重写纸领域应用的可能性。常用于制备这种光响应材料的钼、钨等过渡金属杂多酸盐在被紫外光照射后会生成杂多蓝而产生颜色变化，但由于杂多蓝的亚稳定状态，这种颜色信息只能短暂保留，且单一的蓝色变化也限制了其广泛应用。另外，银离子基变色材料虽然能在一定范围内实现不同颜色变化，但其大多为可见光响应，使用过程中的避光处理对应用造成了极大的阻碍。
发明内容
针对现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的具有可逆多颜色变化的纸基材料。
本发明的再一目的在于提供上述具有可逆多颜色变化的纸基材料的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将过渡金属杂多酸盐、增塑剂、供电子聚合物以及硝酸银溶解在溶剂中，配制得到混合溶液；
(2)将混合溶液均匀涂布于纸张表面，干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
优选的，所述过渡金属杂多酸盐为磷钼酸，磷钨酸或偏钨酸铵中的至少一种，更优选为偏钨酸铵。
优选的，所述增塑剂为乙二醇、甘油或聚乙二醇中的至少一种，更优选为乙二醇。
优选的，所述供电子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮或明胶中的至少一种，更优选为聚乙烯吡咯烷酮。
优选的，所述溶剂为异丙醇、乙醇或水中的至少一种，更优选为水。
优选的，步骤(1)中过渡金属杂多酸盐、增塑剂、供电子聚合物、硝酸银和溶剂的质量比为(10～50):(0～5):(1～5):(0～30)×10-5:(10～60)，更优选为30:2.2:3:5×10-5:30。
优选的，步骤(2)中所述涂布的厚度为50～300μm，更优选为80μm。
一种具有可逆多颜色变化的纸基材料，由上述制备方法制备得到。
上述具有可逆多颜色变化的纸基材料的应用。
本发明的机理为：
1、生成杂多蓝的机理：在紫外线照射下，光生电子从末端氧过渡到金属的d-d轨道，来自供电子体(有机聚合物)的质子转移到其氧簇八面体晶格的共侧氧原子，形成电荷转移络合物。在这个电荷转移过程中，高价态过渡金属被还原，产生杂多蓝并实现颜色变化。
2、银离子被还原成纳米银，产生多彩色机理：在着色过程中，具有还原性的杂多蓝使部分银离子还原成了纳米银颗粒；此外，具有强还原性的光生电子也能够直接使银离子还原成了纳米银颗粒，而纳米银颗粒的不同尺寸和分布会使材料呈现不同的颜色。
3、杂多蓝的蓝色与纳米银的颜色之间的混色机理：纳米银颗粒的不同尺寸和分布会使材料呈现不同的颜色，当这些颜色与杂多蓝的蓝色混合时又可呈现出相应的混合色，这种颜色混合的机理遵循色料减色混合法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明直接将原料溶于溶剂，通过简单的涂布法将其均匀涂布于纸基之上，制备过程高效、节能，易于实现大规模制备。
(2)本发明所制备的纸基材料在紫外光照射下迅速变色，根据银离子添加量的不同，可实现不同颜色的变化，丰富了个性化选择。
(3)本发明所制备的纸基材料变色后，颜色信息在室温条件下能够保持长时间稳定，如有需要也可以借助双氧水使其在20分钟内实现快速褪色，实现褪色时间可控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为实施例1～4所制备的纸基材料样品在不同紫外光照射时长下颜色变化的图片。
图2为实施例2所制备的纸基材料样品在双氧水环境中进行快速褪色的示意图和光学照片。
图3为实施例2和实施例4所制备的纸基材料样品着色后的AFM图片。
图4为实施例5所制备的纸基材料样品在不同紫外光照射时长下的表面漫反射光谱图。
图5为实施例6所制备的纸基材料样品在室温条件下放置99天后的漫反射光谱和光学照片。
图6为实施例7所制备的纸基材料样品进行光打印的示意图以及完成光打印后的照片。
图7为实施例8所制备的纸基材料样品的表面形貌图。
具体实施方式
下列实施例可用来进一步说明本发明，但不意味着限制本发明。有必要指出，实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1
(1)将10g偏钨酸铵、2.2g乙二醇、1g聚乙烯吡咯烷酮、0mg硝酸银充分溶解于10g水中，配制得到混合溶液；
(2)将步骤(1)的混合溶液均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为80μm，纸张干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
本实施例制备的纸基材料样品在不同紫外光照射时长下颜色变化的图片如图1所示。
实施例2
(1)将30g偏钨酸铵、2.2g乙二醇、3g聚乙烯吡咯烷酮、0.05mg硝酸银充分溶解于30g水中，配制得到混合溶液；
(2)将步骤(1)的混合溶液均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为80μm，纸张干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
本实施例制备的纸基材料样品在不同紫外光照射时长下颜色变化的图片如图1所示。
本实施例制备的纸基材料样品在双氧水环境中进行快速褪色的示意图和光学照片如图2所示，图2表明可以借助双氧水使其在20分钟内实现快速褪色，实现褪色时间可控。
本实施例制备的纸基材料样品着色后的AFM图片如图3所示。
实施例3
(1)将30g偏钨酸铵、2.2g乙二醇、3g聚乙烯吡咯烷酮、0.1mg硝酸银充分溶解于30g水中，配制得到混合溶液；
(2)将步骤(1)的混合溶液均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为80μm，纸张干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
本实施例制备的纸基材料样品在不同紫外光照射时长下颜色变化的图片如图1所示。
实施例4
(1)将30g偏钨酸铵、2.2g乙二醇、3g聚乙烯吡咯烷酮、0.15mg硝酸银充分溶解于30g水中，配制得到混合溶液；
(2)将步骤(1)的混合溶液均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为80μm，纸张干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
本实施例制备的纸基材料样品在不同紫外光照射时长下颜色变化的图片如图1所示，从图1中实施例1～4的样品测试结果可以看出：不同银离子添加量所对应制备得到的纸基材料样品呈现出不同的颜色，且颜色强度随着照射时间的增加而逐渐加深。
本实施例制备的纸基材料样品着色后的AFM图片如图3所示，从图3中实施例2和4的样品测试结果可以看出：不同银离子添加量所对应制备得到的纸基材料样品在变色后纳米银颗粒具有不同的尺寸和分布，而不同尺寸和分布会使材料呈现不同的颜色。
实施例5
(1)将50g偏钨酸铵、2.2g乙二醇、5g聚乙烯吡咯烷酮、0.08mg硝酸银充分溶解于50g水中，配制得到混合溶液；
(2)将步骤(1)的混合溶液均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为60μm，纸张干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
本实施例所制备的纸基材料样品在不同紫外光照射时长下的表面漫反射光谱图如图4所示，从图中可以看出随着照射时间的延长，反射率逐渐降低，表明表面光的反射量逐渐减小，样品表面颜色强度逐渐加深。
实施例6
(1)将50g偏钨酸铵、5g乙二醇、5g聚乙烯吡咯烷酮、0.3mg硝酸银充分溶解于60g水中，配制得到混合溶液；
(2)将步骤(1)的混合溶液均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为50μm，纸张干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
本实施例所制备的纸基材料样品在室温条件下放置99天后的漫反射光谱和光学照片如图5所示，从中可以看出，在经过长时间的放置之后样品的颜色信息依旧稳定存在。
实施例7
(1)将30g偏钨酸铵、3g乙二醇、4g聚乙烯吡咯烷酮、0.1mg硝酸银充分溶解于30g水中，配制得到混合溶液；
(2)将步骤(1)的混合溶液均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为300μm，纸张干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
本实施例所制备的纸基材料样品进行光打印的示意图以及完成光打印后的照片如图6所示，表明样品具有准确传输信息的潜力。
实施例8
(1)将30g偏钨酸铵、0g乙二醇、3g聚乙烯吡咯烷酮、0.01mg硝酸银充分溶解于30g水中，配制得到混合溶液；
(2)将步骤(1)的混合溶液均匀涂布于纸张表面，涂布厚度为80μm，纸张干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
本实施例所制备的纸基材料样品的表面形貌如图7所示，涂布形成涂层表面平整，干燥过程中出现一些微裂痕，这会在一定程度上增大比表面积，进一步提高其光响应速率。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (9)
1.一种具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将过渡金属杂多酸盐、增塑剂、供电子聚合物以及硝酸银溶解在溶剂中，配制得到混合溶液；
(2)将混合溶液均匀涂布于纸张表面，干燥后即得到具有可逆多颜色变化的纸基材料。
2.根据权利要求1所述具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属杂多酸盐为磷钼酸，磷钨酸或偏钨酸铵中的至少一种。
3.根据权利要求1所述具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述增塑剂为乙二醇、甘油或聚乙二醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述供电子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮或明胶中的至少一种。
5.根据权利要求1所述具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为异丙醇、乙醇或水中的至少一种。
6.根据权利要求1所述具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中过渡金属杂多酸盐、增塑剂、供电子聚合物、硝酸银和溶剂的质量比为(10～50):(0～5):(1～5):(0～30)×10-5:(10～60)。
7.根据权利要求1所述具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述涂布的厚度为50～300μm。
8.权利要求1～7任一项所述具有可逆多颜色变化的纸基材料的制备方法所制备得到的具有可逆多颜色变化的纸基材料。
9.权利要求8所述具有可逆多颜色变化的纸基材料的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311085322.6A CN117328296A (zh) | 2023-08-28 | 2023-08-28 | 一种具有可逆多颜色变化的纸基材料及其制备与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311085322.6A CN117328296A (zh) | 2023-08-28 | 2023-08-28 | 一种具有可逆多颜色变化的纸基材料及其制备与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN117328296A true CN117328296A (zh) | 2024-01-02 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN (1) | CN117328296A (zh) |
-
2023
- 2023-08-28 CN CN202311085322.6A patent/CN117328296A/zh active Pending
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