本发明涉及新材料制备与加工领域，具体涉及一种凝固温度和透光度可调的凝胶型冰雪材料及制备方法。
背景技术：
冰的晶莹剔透、雪的洁白温润赋予了冰雪文化独特的魅力，让人们对多彩的冰雪世界如痴如醉。然而，冰雕、雪雕等冰雪作品的生命是短暂和脆弱的，因为，环境温度的升高会导致冰雪融化成水，失去原有的结构造型，无法长期保存。同时，冰雪较差的成型性和加工性让其不可能成为一种加工材料，比如装饰品、纪念品、观赏品、玩具等，成为了冰雪与人们生活紧密融合的巨大阻碍。
cn104861931a公开了一种人造雪的制备方法，原料依次经过配料工序、混料工序和预烧工序后制得预烧料球，再以预烧料球作为人造雪用磁性基体进行粉体包覆工序，该粉体包覆工序包括依次进行的一次包覆步骤、二次包覆步骤和上漆步骤，待粉体包覆工序完成后，即制得高覆盖率的成型人造雪。cn106751287a公开了一种人造仿雪，包含：多个无机盐类颗粒；以及高分子溶液层，呈胶状包覆无机盐类颗粒的表面，其中，高分子溶液层由水溶性的吸水高分子聚合物及水性溶剂所组成。
然而上述技术均并不能在人造雪材料升温融化后，实现不析水不失水，依然保持原有的造型和冰的剔透性。
技术实现要素：
基于上述需求，本发明提供了一种凝固温度和透光度可调的凝胶型冰雪材料及其制备方法，该凝胶型冰雪材料凝固时呈现雪的视觉效果，融化后能够有效锁住水分，表现出冰的透光性并保持其原有结构造型；并且通过对成分的调配，可以实现其凝固温度在宽的温度区间内变化，进而适应不同冰雪作品对透光性和温度的应用需求。
本发明的具体技术方案如下：
一种凝固温度和透光度可调的丙烯酰胺类凝胶型冰雪材料，其制备原材料为：丙烯酰胺类聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂、凝固温度和透光度调节剂、水；其质量比为5～25:0.02～0.1:0.01～0.2:0.001～0.02:0.1～30:100。
优选的，所述丙烯酰胺类聚合单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺、n-苯基丙烯酰胺、n-叔丁基丙烯酰胺和双丙酮丙烯酰胺中的一种或多种。
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、甲基丙烯酸羟乙酯和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。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；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，所述凝固温度和透光度调节剂选自无机盐、有机醇中的一种或多种。其中，无机盐为氯化钠、氯化钙、氯化锂、氯化钾、氯化镁中的一种或多种；有机醇为乙二醇、丙三醇中的一种或两种。
一种凝固温度和透光度可调的丙烯酰胺类凝胶型冰雪材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述丙烯酰胺类聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂、凝固温度和透光度调节剂按照质量配比溶于水中，充分搅拌至完全溶解后作真空脱泡处理得凝胶型冰雪前驱体溶液。
(2)将步骤(1)所述前驱体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的玻璃片；加热或紫外光照射，使其完全固化得丙烯酰胺类凝胶型冰雪。
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，其体积为100ml。
优选的，所述步骤(2)中的加热温度为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。
一种凝固温度和透光度可调的海藻酸钠类凝胶型冰雪材料，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、凝固温度和透光度调节剂、水，所述各原料的质量比为：1.0:2.5～6.5:0.02～0.5:0.001～0.5:0～0.2:0～0.2:0.05～0.3:2～10。
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，所述凝固温度和透光度调节剂选自无机盐、有机醇中的一种或多种。其中，无机盐选自氯化钠、氯化钙、氯化锂、氯化钾、氯化镁中的一种或多种；有机醇选自乙二醇、丙三醇中的一种或两种。
一种凝固温度和透光度可调的海藻酸钠类冰雪材料的制备方法，其包括以下步骤：：
(1)将上述海藻酸钠、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、成胶剂充分混合；
(2)将凝固温度和透光度调节剂溶于水中得到凝固温度调节溶液；
(3)将步骤(1)所述混合物溶于步骤(2)所述凝固温度调节溶液中，充分搅拌至完全溶解后作真空脱气处理得凝胶型冰雪前驱体溶液；
(4)将步骤(3)所述前驱体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，固化得到凝固温度和透光度可调的海藻酸钠类凝胶型冰雪材料。
优选的，所述步骤(2)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(4)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)本发明制备的冰雪材料的凝固温度和透光度可通过改变配方中的凝固温度和透光度调节剂的含量进行调节，从而弱化了环境温度对冰雪材料的影响，延长了材料的生命周期、拓展了应用场景。
(2)本发明制备得到的凝胶型冰雪材料具有冰、雪状态可逆转换的特性，其凝固前具有冰的透光性、凝固后具有雪的洁白度。
(3)本发明的凝胶型冰雪材料融化后不析水、不失水，且具有可加工属性。融化后依然能够保持原有结构造型，可用于制作装饰品、修饰品、纪念品等材料。
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)将聚合单体丙烯酰胺3g、n-异丙基丙烯酰胺1.5g、n-叔丁基丙烯酰胺0.5g，交联剂n，n-亚甲基双丙烯酰胺0.1g，热引发剂过硫酸钾0.2g，催化剂四甲基乙二胺0.001g，凝固温度和透光度调节剂氯化钠8g、氯化钙22g溶于100g水中，充分搅拌至完全溶解后作真空脱泡处理制备得到凝胶型冰雪材料前驱体溶液。
(2)将步骤(1)所述驱体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的玻璃片；加热至70℃，反应3h，使其完全固化得到凝固温度和透光度可调的丙烯酰胺类凝胶型冰雪材料。
实施例2
(1)将聚合单体n-苯基丙烯酰胺8g、双丙酮丙烯酰胺17g，交联剂甲基丙烯酸羟丙酯0.02g，光引发剂2-酮戊二酸0.01g，催化剂四甲基乙二胺0.02g，凝固温度和透光度调节剂丙三醇0.2g溶于100g水中，充分搅拌至完全溶解后作真空脱泡处理得凝胶型冰雪材料前驱体溶液。
(2)将步骤(1)所述驱体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的玻璃片；采用波长为365nm的紫外光照射，照射时间为0.5小时，使其完全固化得到凝固温度和透光度可调的丙烯酰胺类凝胶型冰雪材料。
实施例3
(1)按照质量比重将海藻酸钠1.0g，增溶剂绵白糖1.6g、蔗糖0.9g，可溶性二价金属离子盐硫酸钙0.35g、氯化钙0.15g，交联速度调节剂焦磷酸四钠0.002g，增塑剂玉米淀粉0.2g，成胶剂黄原胶0.2g，温度和透光度调节剂氯化钠0.23g、氯化钙0.06g充分混合。
(2)将凝固温度和透光度调节剂溶于5g水中得到凝固温度调节溶液；
(3)将步骤(1)所述混合粉粒溶于步骤(1)所述凝固温度调节溶液中，充分搅拌至完全溶解后作真空脱气处理制备得到凝胶型冰雪材料前驱体溶液；
(4)将步骤(3)所述前驱体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，经过5分钟的固化得到凝固温度和透光度可调的海藻酸钠类凝胶型冰雪材料。
实施例4
(1)按照质量比重将海藻酸钠1.0g，增溶剂葡萄糖5.0g、麦芽糖1.5g，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0.02g，增塑剂小麦粉0.2g、成胶剂黄原胶0.2g、温度和透光度调节剂乙二醇0.05g充分混合。
(2)将凝固温度和透光度调节剂溶于10g水中得到凝固温度调节溶液；
(3)将步骤(1)所述混合粉粒溶于步骤(2)所述凝固温度调节溶液中，充分搅拌至完全溶解后作真空脱气处理得到凝胶型冰雪材料前驱体溶液；
(4)将步骤(3)所述前驱体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，经过30分钟的固化得到凝固温度和透光度可调的海藻酸钠类凝胶型冰雪材料。
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。