基於離子液體溶劑的可逆熱致變色溶液體系及其應用的製作方法

2023-07-19 16:10:36 1

專利名稱：基於離子液體溶劑的可逆熱致變色溶液體系及其應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於材料製備領域，具體涉及一種新型熱致變色材料體系。
背景技術：
隨著社會的進步和工業的發展，能源消耗的迅速增長已成為影響社會和諧發展和經濟平穩運行的全球性重大問題。太陽能被認為是一種新興的可再生能源。因此，太陽能的有效利用成為當前解決能源可持續發展的首要任務。然而，大部分太陽光直接照射物體表面的溫度通常處於100°c以下，因此，發展可以儲存或者利用這種低溫環境熱量的新型材 料體系具有重要意義。熱致變色材料是指溫度變化時會發生顏色變化的化合物、混合物或以它們為變色指示劑做成的熱致變色產品。當前絕大多數熱致變色溶液體系採用水或者有機溶劑作為溶劑。由於水或者有機溶劑在可逆的熱循環作用下會發生蒸發或者分解，因此， 勢必影響到熱致變色溶液體系的可逆穩定性。

發明內容
本發明提供了一種基於離子液體溶劑的可逆熱致變色溶液體系，尤其是在 20-150°C範圍內具有優良的可逆熱致變色效應。一種可逆熱致變色溶液體系，包括溶劑和溶質，所述的溶劑為氯化膽鹼基離子液體，所述的溶質可以為氯化鐵、氯化銅、氯化鈷或氯化鎢中至少一種與氯化鎳的組合物，也可以為氯化鎳，還可以為氯化鐵。所述的氯化膽鹼基離子液體為摩爾比為1 2的氯化膽鹼與乙二醇的混合液或者摩爾比為12的氯化膽鹼與丙二醇的混合液。所述的氯化膽鹼基離子液體可按現有技術方法製備，在英國Leicester大學的 Abbott 等[A. P. Abbott, D. Boothby, G. Capper, D. L. Davies and R. K. Rasheed, J. Am. Chem. Soc.，2004，126，9142-9147]中有詳細的記載。具體可以採用以下方法製備將氯化膽鹼與乙二醇或者將氯化膽鹼與丙二醇按照摩爾比1 2在75°C下攪拌混合，即得到氯化膽鹼基離子液體。所採用的化學品均為常規化學品，其中氯化膽鹼的分子式為 C5H14ClNO,產品 Cas 代碼為 67-48-1。所述的溶質的濃度為其在所述的氯化膽鹼基離子液體中的飽和濃度以下的任一濃度值。所述的溶質，既可以選用金屬氯化物，也可以選用金屬氯化物的結晶水合物。 艮口，可能的溶質為NiCl2、FeCl3、CuCl2, CoCl2, NiCl2 · 6H20、FeCl3 · 4H20、FeCl3 · 6H20、 CuCl2 · 2H20、或 CoCl2 · 2H20。本發明還提供了所述的可逆熱致變色溶液體系的應用，尤其是在高分子聚合物中的應用。一種可逆熱致變色溶液體系在高分子聚合物中的應用，包括將所述的可逆熱致變色溶液體系與聚偏氟乙烯(PVDF)共混，得到具有熱致變色效應的PVDF複合材料。本發明中 ，利用氯化膽鹼基離子液體作為溶劑，由於其由特定有機陽離子和陰離子構成、在室溫或接近室溫下呈液態的熔鹽體系、具有一系列獨特的物理化學性能，與水和有機溶劑相比，具有反應效率高、蒸汽壓極低和熱穩定性高的優勢，並且，其合成簡單、廉價、純度高、方便應用，是一種「綠色」溶劑，作為熱致變色溶液的溶劑，可以有效提高熱致變色溶液的熱穩定性。同時，利用過渡族金屬離子絡合物(氯化鐵、氯化銅、氯化鈷、氯化鎢、氯化鎳)作為溶質，其在氯化膽鹼基離子液體溶劑中均具有熱致變色效應，將二者配伍構成的熱致變色溶液體系的熱致變色靈敏度高，溫度由低到高變化時，該溶液體系由淺色透明態向深色不透明態轉變；同時，當溫度由高到低變化時，該溶液體系的顏色發生逆向變化，可逆變色持久，變色溫度區間主要集中在20-150°C，適合於規模化生產。本發明的優點在於本發明的基於離子液體溶劑的可逆熱致變色溶液體系製備簡單，無蒸汽壓，綠色環保，顏色可調且熱致變色靈敏度高，可逆變色持久，變色溫度區間主要集中在20-150°C， 適合於規模化生產。溫度由低到高變化時，本發明的溶液體系由淺色透明態向深色不透明態轉變；同時，當溫度由高到低變化時，本發明的溶液體系的顏色發生逆向變化。本發明的熱致變色溶液適用於變色玻璃窗、油墨和有機高分子體系。


圖1是實施例2中採取氯化鎳與氯化鐵組合溶質和氯化膽鹼基離子液體溶劑構成的溶液體系的熱致變色效應的吸收光譜。
具體實施例方式下面結合實施例來詳細說明本發明，但本發明並不僅限於此。實施例1 將氯化膽鹼(從阿拉丁試劑(上海)有限公司購得)與乙二醇按照摩爾比1 2 在75°C下攪拌混合，得到氯化膽鹼基離子液體。將5克NiCl2 · 6H20溶解於40ml氯化膽鹼基離子液體中，獲得具有熱致變色的溶液。此溶液在室溫下(25-30°C )呈現透明的青綠色， 當溫度升高到80°C時，溶液的顏色變為深綠色，當溫度升高到120°C時，溶液的顏色變為深藍色，溫度降低，又恢復到室溫顏色。實施例2 將氯化膽鹼(從阿拉丁試劑(上海)有限公司購得)與乙二醇按照摩爾比1 2 在75°C下攪拌混合，得到氯化膽鹼基離子液體。將5克NiCl2 · 6H20溶解於40ml氯化膽鹼基離子液體中，然後繼續溶解0. 01克FeCl3,即獲得具有熱致變色的溶液。此溶液在室溫下 (25-30°C )呈現透明的黃色，當溫度升高到70°C時，溶液的顏色變為綠色。圖1是上述熱致變色溶液在不同溫度下的可見光吸收光譜，由此可見隨著溫度的升高，溶液在600-800nm 波段的吸收特徵峰變得顯著，並發生較明顯藍移，表現為溶液的顏色逐漸向綠色發生轉變。 溫度降低，又恢復到室溫顏色。實施例3 將氯化膽鹼(從阿拉丁試劑(上海)有限公司購得)與乙二醇按照摩爾比1 2在75°C下攪拌混合，得到氯化膽鹼基離子液體。將5克NiCl2溶解於40ml氯化膽鹼基離子液體中，然後繼續溶解0. 001克CoCl2 · 2H20,即獲得具有熱致變色的溶液。此溶液在室溫下(25-30°C)呈現透明的橙紅色，當溫度升高到70°C時，溶液的顏色變為深紫色。溫度降低，又恢復到室溫顏色。實施例4 將氯化膽鹼(從阿拉丁試劑(上海)有限公司購得)與丙二醇按照摩爾比1 2 在75°C下攪拌混合，得到氯化膽鹼基離子液體。將5克NiCl2溶解於40ml氯化膽鹼基離子液體中，即獲得具有熱致變色的溶液。此溶液在室溫下(25-30°C )呈現透明的淺綠色，當溫度升高到90°C時，溶液的顏色變為深藍色。溫度降低，又恢復到室溫顏色。實施例5 將氯化膽鹼(從阿拉丁試劑(上海)有限公司購得)與乙二醇按照摩爾比1 2 在75°C下攪拌混合，得到氯化膽鹼基離子液體。將5克NiCl2 · 6H20溶解於40ml氯化膽鹼基離子液體中，獲得具有熱致變色的溶液。取此熱致變色溶液Iml與1克PVDFUOml 二甲基甲醯胺(DMF)共混，然後乾燥，即得到具有熱致變色效應的PVDF複合材料。此材料室溫下為白色，高溫下(40-70°C)呈現藍色，並且熱致變色效應可逆。實施例6 將氯化膽鹼(從阿拉丁試劑(上海)有限公司購得)與乙二醇按照摩爾比1 2 在75°C下攪拌混合，得到氯化膽鹼基離子液體。將3克FeCl3溶解於40ml氯化膽鹼基離子液體中，獲得具有熱致變色的溶液。此溶液在室溫下(25-30°C )呈現透明的淺黃色，當溫度升高到110°C時，溶液的顏色變為酒紅色。溫度降低，又恢復到室溫顏色。
權利要求
1.一種可逆熱致變色溶液體系，包括溶劑和溶質，其特徵在於，所述的溶劑為氯化膽鹼基離子液體，所述的溶質為氯化鐵、氯化銅、氯化鈷或氯化鎢中至少一種與氯化鎳的組合物、氯化鎳、或者氯化鐵。
2.如權利要求1所述的可逆熱致變色溶液體系，其特徵在於，所述的氯化膽鹼基離子液體為摩爾比為12的氯化膽鹼與乙二醇的混合液或者摩爾比為12的氯化膽鹼與丙二醇的混合液。
3.如權利要求1或2所述的可逆熱致變色溶液體系在高分子聚合物中的應用，其特徵在於，包括將所述的可逆熱致變色溶液體系與聚偏氟乙烯共混，得到具有熱致變色效應的聚偏氟乙烯複合材料。
全文摘要
本發明提供一種基於離子液體溶劑的可逆熱致變色溶液體系及其應用。該可逆熱致變色溶液體系中，溶劑為氯化膽鹼基離子液體，溶質為氯化鐵、氯化銅、氯化鈷或氯化鎢中至少一種與氯化鎳的組合物、氯化鎳或者氯化鐵。本發明的可逆熱致變色溶液體系製備簡單，無蒸汽壓，綠色環保，顏色可調且熱致變色靈敏度高，可逆變色持久，變色溫度區間主要集中在20-150℃，適合於規模化生產。本發明的熱致變色溶液可應用在高分子聚合物中，即將所述的可逆熱致變色溶液體系與聚偏氟乙烯共混，得到具有熱致變色效應的PVDF複合材料。
文檔編號C08L27/16GK102321466SQ20111015262
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者塗江平, 谷長棟 申請人:浙江大學