1.本发明属于温度敏感型变色材料技术领域，具体涉及一种温度敏感型变色水凝胶及其制备方法。


背景技术：

2.水凝胶是一类具有三维网状结构的亲水材料，在水中能够发生快速溶胀，并储存大量的水，已经被广泛应用于农业、医疗、建筑等领域。根据水凝胶对外界刺激的响应情况，可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。其中，对环境敏感的水凝胶通常会随着环境温度、ph、湿度等产生特定的变化，在许多领域有着重要的应用。
3.温度敏感型水凝胶是一类常见且十分重要的功能水凝胶，它会随着环境温度的变化，产生诸如颜色、形态的可逆变化，因此在温度检测、玻璃生产、制动器等方面有良好的应用前景。
4.在现有技术中公开了一种可温敏变色水凝胶及其制作方法，这种可温敏变色水凝胶包括海藻酸钠，质量百分数0.1％-2％，聚合单体，质量百分数1％-20％，交联剂，质量百分数0.1
‰‑
1％，引发剂，质量百分数0.1
‰‑
1％，二价金属盐，质量百分数0.1
‰‑
3％，温敏嵌段材料，质量百分数0.1
‰‑
3％，表面活性剂，质量百分数0.1
‰‑
3％，其余组分为去离子水。
5.但是，这种方法制备过程较为复杂，且变色剂为有机物原料，价格高，同时对环境也并不友好。


技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的制备方法复杂、变色剂为有机物，对环境并不友好的缺陷，从而提供一种温度敏感型变色水凝胶及其制备方法。
7.为此，本发明提供以下技术方案。
8.本发明提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
9.制备溶液a：将变色剂、聚合物溶于水中，得到溶液a；
10.制备溶液b：将交联剂溶于水中，得到溶液b；
11.制备水凝胶：将所述溶液a和所述溶液b混合交联，得到水凝胶。
12.可选的，所述混合交联在搅拌条件下进行，搅拌时间为1-30s。
13.可选的，所述混合交联步骤之后还包括脱气步骤；
14.可选的，所述脱气步骤的温度为90-100℃，脱气时间为1-5h。
15.可选的，所述溶液a中变色剂、聚合物与水的质量比为(0.1-1.5)：(3-6)：(80-100)；所述溶液b中交联剂与水的质量比为(1-10)：(90-100)。
16.可选的，所述聚合物和交联剂的质量比为(3-6)：(0.1-1)。
17.可选的，典型非限定性的所述变色剂为氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种。其还可以选择满足在水中具有一定的溶解度，溶解度随温度变化较大且不与聚合物、交联剂发生
反应的无机盐条件的即可。
18.典型非限定性的所述聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯亚胺中的一种；其还可以选择满足可以与某种交联剂反应，形成三维网格结构的多官能团有机物条件的即可。
19.例如，所述聚乙烯醇的型号可以为1799型。所述聚乙烯亚胺的质量分数50％的水溶液，重均分子量：50000-70000。
20.典型非限定性的所述交联剂为硼砂、氯化镁、戊二醛中的一种。其还可以选择满足使聚合物产生交联反应，形成三维网格结构的多官能团有机物条件的即可。
21.可选的，所述制备溶液a步骤中的加热温度为85-95℃；搅拌时间为1-3h。
22.可选的，所述制备溶液b步骤中的加热温度为50-70℃；搅拌时间为0.5-1h。
23.本发明还提供了一种采用上述制备方法制得的温度敏感型变色水凝胶。
24.本发明技术方案，具有如下特点：
25.1.本发明提供的温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤，制备溶液a：将变色剂、聚合物溶于水中，得到溶液a；制备溶液b：将交联剂溶于水中，得到溶液b；制备水凝胶：将所述溶液a和所述溶液b混合交联，得到水凝胶。本发明采用聚合物、交联剂、变色剂为原料，通过化学交联制备出温度敏感型变色水凝胶，使得制备方法更加简便。其中，聚合物和交联剂交联，形成三维网络状结构，该结构存在网格状空隙，大量的水和变色剂存在于网格中。变色剂在水中的溶解度会随着温度的变化而变化，低温时析出晶体，使水凝胶整体上呈现不透明的颜色；高温时变色剂全部溶解于水中，水凝胶呈现透明色。该过程是可逆的，且变色剂含量不同，变色的温度和速度不同，通过调节变色剂的含量，可以方便的控制水凝胶变色的温度范围和速度。
26.2.本发明提供的温度敏感型变色水凝胶的制备方法，所述混合交联步骤之后还包括脱气步骤；可选的，所述脱气步骤的温度为90-100℃，脱气时间为1-5h。其中，搅拌过程可以使a、b溶液混合均匀，产品各部分变色效果一致，避免因交联反应过快，变色剂无法均匀的扩散进交联网格中，从而产品各部分不均一。高温加热可以脱去产品内部混入的气泡，保证产品质量良好，颜色通透。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
28.图1是实施例2制备得到的产品在90摄氏度下的图片；
29.图2是实施例2制备得到的产品在25摄氏度下的图片；
30.图3是实施例8制备得到的产物在25摄氏度下的透光率曲线；
31.图4是实施例8制备得到的产物在90摄氏度下的透光率曲线；
32.图5是实施例7制备得到的产品在90摄氏度下的图片。
具体实施方式
33.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方
式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
34.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
35.为了便于数据之间的对比，本发明以下实施例中采用的聚乙烯醇和聚乙烯亚胺采用相同的规格，具体规格如下：
36.聚乙烯醇为1799型，由上海阿拉丁生化科技股份有限公司厂家提供；
37.聚乙烯亚胺为质量分数为50％的水溶液，由上海阿拉丁生化科技股份有限公司厂家提供。
38.实施例1
39.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
40.将0.1g氯化钠、6g聚乙烯醇和100g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为90℃，并搅拌3h，待聚乙烯醇完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯醇-氯化钠溶液；
41.将10g硼砂和90g纯净水放入烧杯b中，将烧杯b置于水浴锅中进行加热，加热温度为60℃，并搅拌0.5h，待硼砂完全溶解后停止搅拌，得到硼砂溶液；
42.将10g硼砂溶液倒入烧杯a中，搅拌10s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热温度为95℃，加热时间为2h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在30℃以上是透明的，低于30℃是白色的。
43.实施例2
44.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
45.将0.5g氯化钠、5g聚乙烯醇和100g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为95℃，并搅拌2h，待聚乙烯醇完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯醇-氯化钠溶液；
46.将5g硼砂和95g纯净水放入烧杯b中，将烧杯b置于水浴锅中进行加热，加热温度为70℃，并搅拌0.5h，待硼砂完全溶解后停止搅拌，得到硼砂溶液；
47.将10g的硼砂溶液倒入烧杯a中，搅拌30s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热温度为90℃，加热时间为3h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在60℃以上是透明的，低于60℃是白色的。
48.实施例3
49.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
50.将0.5g氯化钠、5g聚乙烯醇和90g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为95℃，并搅拌3h，待聚乙烯醇完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯醇-氯化钠溶液；
51.将5g硼砂和90g纯净水放入烧杯b中，将烧杯b置于水浴锅中进行加热，加热温度为70℃，并搅拌0.5h，待硼砂完全溶解后停止搅拌，得到硼砂溶液；
52.将10g的硼砂溶液倒入烧杯a中，搅拌2s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热
温度为95℃，加热时间为4h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在60℃以上是透明的，低于60℃是白色的。
53.实施例4
54.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
55.将0.1g氯化钠、3g聚乙烯醇和90g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为85℃，并搅拌3h，待聚乙烯醇完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯醇-氯化钠溶液；
56.将10g硼砂和90g纯净水放入烧杯b中，将烧杯b置于水浴锅中进行加热，加热温度为60℃，并搅拌1h，待硼砂完全溶解后停止搅拌，得到硼砂溶液；
57.将10g的硼砂溶液倒入烧杯a中，搅拌20s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热温度为95℃，加热时间为4h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在30℃以上是透明的，低于30℃是白色的。
58.实施例5
59.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
60.将0.25g氯化钠、6g聚乙烯醇和100g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为95℃，并搅拌3h，待聚乙烯醇完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯醇-氯化钠溶液；
61.将1g硼砂和100g纯净水放入烧杯b中，将烧杯b置于水浴锅中进行加热，加热温度为60℃，并搅拌0.5h，待硼砂完全溶解后停止搅拌，得到硼砂溶液；
62.将10g的硼砂溶液倒入烧杯a中，搅拌25s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热温度为95℃，加热时间为4h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在40℃以上是透明的，低于40℃是白色的。
63.实施例6
64.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
65.将1g氯化钠、6g聚乙烯醇和100g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为90℃，并搅拌2h，待聚乙烯醇完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯醇-氯化钠溶液；
66.将10g硼砂和90g纯净水放入烧杯b中，将烧杯b置于水浴锅中进行加热，加热温度为60℃，并搅拌1h，待硼砂完全溶解后停止搅拌，得到硼砂溶液；
67.将10g的硼砂溶液倒入烧杯a中，搅拌30s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热温度为95℃，加热时间为5h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在80℃以上是透明的，低于80℃是白色的。
68.实施例7
69.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
70.将0.1g氯化钠、3g聚乙烯醇和90g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为85℃，并搅拌3h，待聚乙烯醇完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯醇-氯化钠溶液；
71.将10g硼砂和90g纯净水放入烧杯b中，将烧杯b置于水浴锅中进行加热，加热温度为60℃，并搅拌1h，待硼砂完全溶解后停止搅拌，得到硼砂溶液；
72.将10g的硼砂溶液倒入烧杯a中，搅拌20s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热温度为95℃，加热时间为1h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在30℃以上是透明的，低于30℃是白色的。
73.实施例8
74.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
75.将0.75g氯化钠、6g聚乙烯醇和90g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为95℃，并搅拌2h，待聚乙烯醇完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯醇-氯化钠溶液；
76.将5g戊二醛和100g纯净水放入烧杯b中，将烧杯b置于水浴锅中进行加热，加热温度为80℃，并搅拌0.5h，待戊二醛完全溶解后停止搅拌，得到戊二醛溶液；
77.将10g的戊二醛溶液倒入烧杯a中，搅拌25s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热温度为95℃，加热时间为5h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在70℃以上是透明的，低于70℃是白色的。
78.实施例9
79.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
80.将0.1g氯化铵6g聚乙烯亚胺和90g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为95℃，并搅拌2h，待聚乙烯亚胺完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯亚胺-氯化钠溶液；
81.将5g氯化镁和100g纯净水放入烧杯b中，并搅拌0.5h，待氯化镁完全溶解后停止搅拌，得到氯化镁溶液；
82.将10g的氯化镁溶液倒入烧杯a中，搅拌25s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热温度为95℃，加热时间为5h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在30℃以上是透明的，低于30℃是白色的。
83.实施例10
84.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
85.将0.1g氯化钾、6g聚乙烯亚胺和90g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为95℃，并搅拌2h，待聚乙烯亚胺完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯亚胺-氯化钠溶液；
86.将5g氯化镁和100g纯净水放入烧杯b中，并搅拌0.5h，待氯化镁完全溶解后停止搅拌，得到氯化镁溶液；
87.将10g的氯化镁溶液倒入烧杯a中，搅拌25s，然后将烧杯a放入水浴锅进行加热，加热温度为95℃，加热时间为5h。加热完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在35℃以上是透明的，低于35℃是白色的。
88.实施例11
89.本实施例提供一种温度敏感型变色水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
90.将0.1g氯化钠、6g聚乙烯醇和100g纯净水置于烧杯a中，将烧杯a置于水浴锅中进行加热，加热温度为90℃，并搅拌3h，待聚乙烯醇完全溶解后停止搅拌，得到聚乙烯醇-氯化钠溶液；
91.将10g硼砂和90g纯净水放入烧杯b中，将烧杯b置于水浴锅中进行加热，加热温度
为60℃，并搅拌0.5h，待硼砂完全溶解后停止搅拌，得到硼砂溶液；
92.将10g的硼砂溶液倒入烧杯a中，搅拌10s，搅拌完成后得到温度敏感型变色水凝胶。所述水凝胶在30℃以上是透明的，低于30℃是白色的。
93.性能测试
94.将实施例1-11制备得到的水凝胶进行性能测试，具体包括，水凝胶的透光率，水凝胶的温敏变色效果，水凝胶中的气泡含量。
95.水凝胶的透光率测试方法为使用紫外可见分光光度计测量透过率，测试温度25℃。
96.水凝胶的温敏变色效果测试方法为：通过烘箱将本发明实施例和对比例提供的变色水凝胶由室温加热到90℃，加热速率为5℃/min，然后，自然冷却，记录由降温开始到完全变白的时间，其中，变色时间在60min以上为“慢”，变色时间在40-60min为“较慢”，变色时间在10-20min为“较快”，变色时间在0-10min为“快”。
97.水凝胶的气泡含量测试方法为通过显微镜观察，单位面积内气泡的分布数量，其中，气泡含量在0-2个/cm2为“少”，气泡含量在2个/cm2以上为“多”。
98.测试结果见下表：
99.表1
[0100] 透光率(％)温敏变色时间(min)气泡含量(个/cm-1
)实施例1991602实施例298301实施例399300实施例4961500实施例597600实施例699100实施例79716040实施例895200实施例9991300实施例10981000实施例119915060
[0101]
通过上表可以看出，变色剂含量过少时，水凝胶变色速度较慢；随着变色剂含量的增加，水凝胶温度敏感性增强，变色速度加快，可以通过调节变色剂的含量改变其温敏变色特性；水凝胶交联完成后，需要经过长时间的高温除气泡过程，否则产物中含有大量气泡，影响外观。
[0102]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。