一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料，尤其涉及一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料及其制备方法。

背景技术：

1、水分子会降低高分子材料的绝缘性能、力学性能、介电性能，并且高分子材料吸收的水分在长期释放过程会导致设备内部其他电子元器件的腐蚀甚至失效，但目前没有能够在不借助外部能量供给的前提下，对不同高分子材料内部吸水程度进行原位、可逆、可视的自检的技术。

2、湿敏材料是吸湿后会发生颜色变化的材料，在喷水无墨打印、防伪等领域得到了广泛应用。湿敏变色材料往往由发色材料与亲水材料复合而成。发色材料起到遇湿变色的功能，而亲水材料包覆于发色材料周围，起到对水分的吸收和保存的作用，从而提高发色材料遇湿变色灵敏性。目前存在的技术已经实现了这两种材料在薄膜、纤维、以及微米级粒子内部的高效复合，但尚缺乏将两种材料在纳米粒子内部复合，从而获得湿敏纳米填料的技术手段。如cn 112552752a公开了一种湿敏变色涂料及其制备方法，将湿敏发色材料与亲水材料分散于水中，获得湿敏变色涂料，通过流延法制备湿敏变色膜。cn 105568557 a公开了一种氯化钴湿敏电纺纤维，将湿敏变色材料氯化钴封装于通过静电纺丝制备的亲水纳米纤维内部，该微纳米纤维膜作为湿敏材料的传感器具有响应时间短灵敏度高的优点。cn104910566 a公开了一种湿敏变色纤维，首先使用多孔纳米粉体对湿敏发色材料进行封装，形成类似微胶囊的结构，进一步引入丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯作为亲水材料，通过造粒与熔融纺丝，在纤维内部实现湿敏发色材料与亲水材料的复合。cn 112516933 a公开了一种湿敏变色微胶囊的制备方法，微胶囊由变色硅胶与脲醛树脂形成核-壳结构，产品附着于纺织品表面，用于指示所在产品的干湿状态。cn 113713727 a公开了一种湿敏变色微胶囊及其制备方法与应用，通过乳液界面水解和缩聚反应合成了以花青素为囊芯、sio2为囊壁的湿敏变色微胶囊，应用于织物印花技术领域。cn 1317522a公开了一种直径为3～10μm的复合湿敏颗粒，将制得的产品涂布或印刷于涂塑纸张或塑料薄膜表面，可以广泛应用于商品防伪、湿度测试纸等方面。cn 101724392b公开了一种囊芯直径为3～20μm多重可逆变色微胶囊，将其涂布于纸质基材、布质基材或薄膜基材表面，应用于防伪领域。目前在湿敏变色技术领域，缺乏直径在20～500nm范围内，对不同高分子材料成型工艺具有广泛适应性，并且在能够原位、可视的监测不同高分子材料内部含水量的同时，还能提高高分子材料力学性能的多功能纳米填料。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料及其制备方法，本发明利用细乳液技术，获得了亲水材料为壳，内部包覆发色材料的纳米胶囊。通过对材料的选择与制备工艺的调控，优化了纳米填料的湿敏变色灵敏性，通过填料的湿敏变色，实现对高分子材料内部含水量的原位、可逆、可视自感知与自检测，同时对韧性较差的热固性及热塑性材料，如pmma、环氧树脂等起到了增韧的作用。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料，包括发色材料、亲水包覆材料、表面活性剂、交联剂，亲水包覆材料用于包覆于发色材料，各组分的质量百分比如下：

4、发色材料：0.1～90％；

5、亲水包覆材料：0.1～99.7％；

6、交联剂：0.1～80％；

7、表面活性剂：0.1～90％。

8、进一步方案为，所述发色材料为氯化钴、硫酸铜、溴化镍、碘化镍中的一种或多种。

9、进一步方案为，所述亲水包覆材料为聚乙二醇、聚乙烯醇、淀粉、改性淀粉等材料中的一种或多种。

10、进一步方案为，所述表面活性剂为司盘80，司盘83，聚乙二醇(30)二聚羟基硬脂酸酯中的一种或多种。

11、进一步方案为，所述交联剂为二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)，改性mdi，甲苯二异氰酸酯，以及多亚甲基多苯基多异氰酸中的一种或多种。

12、进一步方案为，所述纳米填料通过喷涂、刮涂、发泡、注塑、捏合、密炼、双螺杆挤出的工艺方式添加到高分子材料中。

13、进一步方案为，添加到不同高分子材料中，通过颜色变化，对高分子内部的受潮程度进行自检。

14、进一步方案为，对热固性或热塑性高分子材料具有增韧效果。

15、本发明另一方面还提供了一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料的制备方法，，包括以下步骤：

16、步骤1，将发色材料、亲水包覆材料溶解于水中，得到水相；

17、步骤2，将表面活性剂溶解于有机溶剂中，得到油相；

18、步骤3，将水相与油相混合后，对混合体系进行高剪切处理，得到水包油纳米乳液；

19、步骤4，将交联剂溶解于有机溶剂中，得到交联剂溶液；

20、步骤5，将交联剂溶液缓慢滴加到经过高剪切获得的水包油纳米乳液中，经过聚合反应，得到内部包覆发色材料的湿敏增韧纳米填料。

21、进一步方案为，高剪切处理通过超声破碎仪、高速搅拌或微射流高压均质机等设备获得。

22、进一步方案为，所述有机溶剂为环己烷、正己烷、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或多种。

23、本发明再一方面还提供了一种包含湿敏增韧纳米粒子的pmma涂层的制备方法，包括以下步骤：

24、将反应得到的湿敏纳米填料离心，重新分散于有机溶剂中，同时将pmma溶解于有机溶剂中，与纳米填料的分散液混合，得到含有湿敏增韧纳米粒子的pmma涂料；将涂料刮涂于聚四氟乙烯基底，烘干，获得包含湿敏增韧纳米填料的pmma涂层。

25、本发明的有益效果在于：

26、本发明的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料及其制备方法，通过将湿敏变色材料包覆在由亲水聚合物组成的纳米胶囊中，实现其纳米封装，经过纳米封装的湿敏变色材料既可以作为湿敏材料单独使用，也可以作为纳米填料，添加到高分子材料中，通过自身颜色变化对不同高分子材料的受潮程度进行原位、可逆、可视的自感知与自检测，并且同时起到提高高分子材料韧性的效果。

27、本发明首次实现对湿敏显色材料与亲水材料的纳米级高效复合，从而获得具有湿敏变色功能的纳米填料，将其添加到高分子材料中后，可以赋予高分子材料湿敏变色的功能，为原位、实时、可逆的检测高分子材料含水量提供了技术途径。

28、本发明的填料对高分子材料具有增韧的效果。

29、本发明的湿敏纳米填料的工艺适应性高，可以通过喷涂、刮涂、发泡、注塑、捏合、密炼、双螺杆挤出等工艺方式添加到不同高分子材料中。

技术特征：

1.一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料，其特征在于，包括发色材料、亲水包覆材料、表面活性剂、交联剂，亲水包覆材料用于包覆于发色材料，各组分的质量百分比如下：

2.如权利要求1所述的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料，其特征在于，所述发色材料为氯化钴、硫酸铜、溴化镍、碘化镍中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料，其特征在于，所述亲水包覆材料为聚乙二醇、聚乙烯醇、淀粉、改性淀粉等材料中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料，其特征在于，所述表面活性剂为司盘80，司盘83，聚乙二醇(30)二聚羟基硬脂酸酯中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料，其特征在于，所述交联剂为二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)，改性mdi，甲苯二异氰酸酯，以及多亚甲基多苯基多异氰酸中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料，其特征在于，所述纳米填料通过喷涂、刮涂、发泡、注塑、捏合、密炼、双螺杆挤出的工艺方式添加到高分子材料中。

7.如权利要求1所述的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料，其特征在于，添加到不同高分子材料中，通过颜色变化，对高分子内部的受潮程度进行自检。

8.如权利要求1所述的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料，其特征在于，对热固性或热塑性高分子材料具有增韧效果。

9.一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料的制备方法，其特征在于，高剪切处理通过超声破碎仪、高速搅拌或微射流高压均质机等设备获得。

11.如权利要求9所述的一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为环己烷、正己烷、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或多种。

12.一种包含湿敏增韧纳米粒子的pmma涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种具有湿敏变色与增韧效果的纳米填料及其制备方法，通过将湿敏变色材料包覆在由亲水聚合物组成的纳米胶囊中，实现其纳米封装，经过纳米封装的湿敏变色材料既可以作为湿敏材料单独使用，也可以作为纳米填料，添加到高分子材料中，通过自身颜色变化对不同高分子材料的受潮程度进行原位、可逆、可视的自感知与自检测，并且同时起到提高高分子材料韧性的效果。本发明首次实现对湿敏显色材料与亲水材料的纳米级高效复合，从而获得具有湿敏变色功能的纳米填料，将其添加到高分子材料中后，可以赋予高分子材料湿敏变色的功能，为原位、实时、可逆的检测高分子材料含水量提供了技术途径。

技术研发人员：康彪,王琴,郑强
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院化工材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16