一种湿敏变色涂料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种湿敏变色涂料及其制备方法和应用 (Humidity-sensitive color-changing coating and preparation method and application thereof ) 是由 李贞� 李宏宁 杨超 邓俊杰 谷杭莲 于 2020-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种湿敏变色涂料,由以下质量份的原料组成：聚乙烯醇：8～10份、甲基纤维素：1～2份、甘油0.2～0.5份、增色剂：3～5份、显色剂：1～3份、蒸馏水：100份。本发明制备的湿敏变色涂料在湿度偏低,湿度适中,湿度偏高的环境中可呈现出明显的颜色变化,反应现象可逆,变色现象明显；在使用时可随意塑形,制成变色膜或变色块；根据不同应用环境确定使用状态,能适应多种使用需求。(The invention discloses a humidity-sensitive color-changing coating which is prepared from the following raw materials in parts by mass: polyvinyl alcohol: 8-10 parts of methyl cellulose: 1-2 parts of glycerol, 0.2-0.5 part of color enhancer: 3-5 parts of color developing agent: 1-3 parts of distilled water: 100 parts. The humidity-sensitive color-changing coating prepared by the invention can show obvious color change in the environment with low humidity, moderate humidity and high humidity, the reaction phenomenon is reversible, and the color change phenomenon is obvious; when in use, the color-changing film or the color-changing block can be made by optionally shaping; the use state is determined according to different application environments, and the method can adapt to various use requirements.)
技术领域
本发明涉及湿敏变色材料领域，更具体地，涉及一种湿敏变色涂料及其制备方法和应用。
背景技术
随着生活水平的提高和工业等产业领域的发展，人们在生产和生活过程中有了更加细微或精致的要求，对于环境湿度的要求也从顺其自然提升至能时刻观察检测甚至是改变的水平。环境湿度作为影响环境质量的重要一环，同时影响着产品的生产和保存，比如食品、电子元器件等产品在生产过程中以及保存时都需要严格把控环境湿度，是否存在一种湿敏性材料能够在不损伤产品或包装的前提下反映出产品所处环境的湿度变得越来越重要。
目前常用的湿敏白色材料主要为湿敏变色硅胶颗粒、湿度指示卡和湿敏变色油墨；其中湿敏变色硅胶颗粒利用硅胶内部的多微孔结构吸附空气中的水分子，使得硅胶内的钴离子等金属离子发生络合反应而变色，多见于食品和药品包装中，以小包装的形式置于食品和药品的包装内。湿敏变色硅胶颗粒中所使用的主要变色物质氯化钴在2004年时已被欧盟确定为二级致癌物质，不利于人体健康，颗粒状的硅胶易被幼儿误食，造成意外，同时测试精度低，在使用时大多是用来确定环境中的湿度是否超标，不能确定具体湿度范围。
湿度指示卡将吸湿后可变色的铜离子等金属离子以纸为载体保存起来，纸上不同的圆形区域对应一个湿度范围，指示卡吸湿后根据环境中湿度的高低，卡片上相应区域会发生颜色变化，指示出环境中的湿度。湿度指示卡较多地应用于集装箱等较大的环境内，不适用于食品包装等较小的环境内，卡片的使用形式过于单一，在使用过程中存在移动、滑落等情况，可能存在遗失等问题，且卡片自身材料为纸，遇液态水后会变形，强度下降，影响回收和多次使用。
湿敏变色油墨为在合适的常规涂料或油墨中加入酸碱缓冲物质以调节涂料或油墨的pH，使它的pH变为一种极易发生变化的不稳定状态，同时加入对pH变化敏感的显色物质，该物质在不同的pH下显示出不同的颜色，油墨或涂料吸水后pH便发生变化，显色物质也发生变色，市面上已有的湿敏变色油墨变色区间为环境湿度5％-65％或40％-80％，以印刷或涂抹的方式使用。使用方式限制了它的应用范围，油墨在印刷时要考虑与承印物的适应性和印刷方式等多种因素，这使得它并不适用于所有的环境，有较大的局限性，在实际使用的过程中更多的是作为防伪涂料而不是一种湿度监测工具。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种湿敏变色涂料，以聚乙烯醇作为主要吸水基材，吸湿后，不仅本身形态对产品影响小，还能有效吸收水分子并准确反映实际环境湿度下的水分子含量。
本发明的另一目的在于提供上述湿敏变色涂料的制备方法。
本发明还有一目的在于提供上述湿敏变色涂料在制备湿敏变色膜方面的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种湿敏变色涂料，由以下质量份的原料组成：聚乙烯醇：8～10份、甲基纤维素：1～2份、甘油0.2～0.5份、增色剂：3～5份、显色剂：1～3份、蒸馏水：100份。
优选地，所述湿敏变色涂料由以下质量份的原料组成：聚乙烯醇：10份、甲基纤维素：1.3份、甘油0.25份、增色剂：3.3份、显色剂：2份、蒸馏水：100份。
进一步地，所述聚乙烯醇型号为1799。
进一步地，所述显色剂为氯化铜，所述增色剂为氯化钾。
一种上述湿敏变色涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按比例称取各原材料；
S2.将聚乙烯醇加入蒸馏水中持续搅拌，待其溶胀后进行水浴加热，得PVA溶液；
S3.向PVA溶液中加入甲基纤维素和甘油，搅拌至完全溶解后静置；
S4向静置后的溶液中加入增色剂和显色剂，搅拌均匀，得湿敏变色涂料。
进一步地，步骤S2中所述溶胀时间为30～45min。
进一步地，步骤S2中所述水浴加热的温度为80～100℃，时间为0.5～1h。
进一步地，所述搅拌速度为600～800r/min。
一种上述湿敏变色涂料在制备湿敏变色膜方面的应用。
进一步地，所述应用为将湿敏变色涂料通过流延法制备湿敏变色膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明制备的湿敏变色涂料在相对湿度为10％-50％时呈现绿色，相对湿度为50％-80％为蓝绿色，相对湿度为80％-95％时为淡蓝色；通过明显的颜色变化可反应环境中的湿度情况，测量精度高，且变色反应可逆。
本发明的吸水基材中含有聚乙烯醇、甲基纤维素和甘油，制备的材料为胶状物，在未干燥前呈流质状，可随意塑形，根据不同应用环境确定使用状态；既可以通过流延法制备成湿敏变色膜，又可以作为涂料，直接涂在承载物上，不再使用时可以揭掉。
本发明制备的湿敏变色涂料本身具有粘性，干燥后便固定在涂刷处，不会发生移动，在不拆封的情况下便可以反映产品内湿度情况，且不占用包装内空间。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
本实施例提供一种湿敏变色涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按比例称取以下质量份数的原材料：聚乙烯醇：10份、甲基纤维素：1.3份、甘油0.25份、增色剂：3.3份、显色剂：2份、蒸馏水：100份；
S2.将聚乙烯醇加入蒸馏水中以750r/min的速度持续搅拌，溶胀30min后置于90℃的水浴锅中，1h后停止搅拌并从水浴锅中取出烧杯，得PVA溶液；
S3.向PVA溶液中加入甲基纤维素和甘油，750r/min转速下搅拌10min至完全溶解，溶液中出现大量气泡；
S4.将溶液静置，待气泡自然消失后加入氯化钾和氯化铜，搅拌均匀后得湿敏变色涂料，倒入不透光的储存容器内密封保存。
实施例2
本实施例提供一种湿敏变色涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按比例称取以下质量份数的原材料：聚乙烯醇：8份、甲基纤维素：1份、甘油0.4份、增色剂：5份、显色剂：3份、蒸馏水：100份；
S2.将聚乙烯醇加入蒸馏水中以600r/min的速度持续搅拌，溶胀45min后置于100℃的水浴锅中，0.5h后停止搅拌并从水浴锅中取出烧杯，得PVA溶液；
S3.向PVA溶液中加入甲基纤维素和甘油，700r/min转速下搅拌10min至完全溶解，溶液中出现大量气泡；
S4.将溶液静置，待气泡自然消失后加入氯化钾和氯化铜，搅拌均匀后得湿敏变色涂料，倒入不透光的储存容器内密封保存。
实施例3
本实施例提供一种湿敏变色涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按比例称取以下质量份数的原材料：聚乙烯醇：9份、甲基纤维素：2份、甘油0.2份、增色剂：5份、显色剂：1份、蒸馏水：100份；
S2.将聚乙烯醇加入蒸馏水中以700r/min的速度持续搅拌，溶胀40min后置于80℃的水浴锅中，1h后停止搅拌并从水浴锅中取出烧杯，得PVA溶液；
S3.向PVA溶液中加入甲基纤维素和甘油，600r/min转速下搅拌10min至完全溶解，溶液中出现大量气泡；
S4.将溶液静置，待气泡自然消失后加入氯化钾和氯化铜，搅拌均匀后得湿敏变色涂料，倒入不透光的储存容器内密封保存。
应用例1
本应用例提供一种湿敏变色膜，使用实施例1中的湿敏变色涂料经流延法成膜制备而成，将湿敏变色膜置于湿度为65％的室内，呈淡绿色；随后将湿敏变色膜转移至湿度为90％的恒湿箱内，薄膜颜色变为蓝色；从恒湿箱取出置于室内后，薄膜变为淡绿色。
应用例2
本应用例将实施例2制备的湿敏变色涂料直接涂覆在蔬菜大棚内部，大棚薄膜为透明薄膜，在外面就可以直接观察到湿敏变色涂料的变色情况。在棚内湿度为70％时湿敏变色涂料为蓝绿色，棚内湿度下降到50％时本发明变为绿色，说明此时大棚内要加湿，棚内湿度上升到90％时湿敏变色涂料变为蓝色，同时棚内开始出现哈气，说明此时大棚需要通风，当棚内湿度降回70％时，湿敏变色涂料变回蓝绿色，此时可以结束通风。
应用例3
本应用例将实施例2制备的湿敏变色涂料经干燥后制成块状的湿敏变色块，将湿敏变色块分别置于湿度为50％、60％、90％的玻璃柜中，湿敏变色块分别呈深绿色，深绿色变为蓝绿色，淡蓝色。
本发明制备的湿敏变色涂料可根据不同应用环境确定使用状态，制备成片状块状或直接使用流质状；既可成膜又可作为涂料直接涂在承载物上，同时使用完若要废弃时直接揭掉即可，不影响产品使用。本发明的反应现象可逆，变色现象明显，能适应多种使用需求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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