CN110271133B - 一种可变色的弹力球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可变色的弹力球的制备方法，属于聚氨酯改性技术领域，可解决现有的弹力球的颜色不能变化以及不利于环境保护的问题，所涉及弹力球是在普通聚氨酯弹力球中添加力致可变色染料而制得。由于变色染料与聚氨酯分子的相互作用，在弹力球受力或回弹时，内部聚氨酯分子的运动会使变色染料的结构在内部弹性应力下发生变化，进而引发球体变色，在弹性形变恢复，应力释放后，染料结构恢复原样，颜色也随即恢复。该弹力球不需要诸如电池、热等任何外界能量刺激，即可实现变色特性，较普通弹力球具有更好的娱乐性。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯改性技术领域，具体涉及一种可变色的弹力球的制备方法。
背景技术
弹力球由于其高弹特性，相关产品开发已有几十年的历史，具有很好的娱乐性，深受广大消费者特别是儿童群里的喜欢。为了增加其娱乐性，目前有多种多样的弹力球相关产品出现。中国专利CN 108619740 A公开了一种儿童玩耍用玩具弹力球，通过合理的结构设计，该弹力球除弹性特征外，还有播放音乐和彩灯功能。类似的多功能弹力球产品在市场上也不鲜见。作为一种儿童玩具，在功能设计上应以激发儿童想象力，启发创造思维为目的。颜色是感官最为敏感的因素，在弹力球中加入色彩可以很大程度上增加其娱乐性。市场上很多赋予弹力球色彩的设计，但在设计和功能上存在很多缺陷。如中国专利CN108619740 A公开的弹力球具有色彩功能，但这类型弹力球从结构上非常复杂，在玩耍使用过程中容易损坏；另外，其色彩功能需要电池维持，电池消耗完即失去色彩功能，进而使玩耍者失去兴趣而被遗弃，使用寿命短，不具有环保性。也有通过添加各种填料实现色彩功能，但其颜色不能变化。由此，实现永久的、可变的色彩功能，对于增加弹力球的娱乐性，提高使用寿命都具有积极意义，也有利于环境保护。
发明内容
本发明针对现有的弹力球的颜色不能变化以及不利于环境保护的问题，通过添加力致可变色染料，利用弹力球在弹性形变过程中产生的分子内应力，即可实现变色的一种可变色的弹力球，该变色过程不需要任何外界能量的刺激，功能性质稳定，使用寿命长，有利于激发儿童的好奇心和创造力，具有更好的娱乐性。
本发明采用如下技术方案：
一种可变色的弹力球的制备方法，包括如下步骤：
第一步，将力致可变色染料与制弹力球用的聚氨酯乳液在25-35℃条件下搅拌混合均匀，得到混合物原料；
第二步，将第一步所得混合物原料置于模具中发泡定型，得到成型后的产品，发泡温度为35-45℃，时间为10-15min；
第三步，将第二步成型后的产品进行机械磨光形成球形体，在表面涂覆聚氨酯亮油，得到可变色的弹力球。
第一步中所述力致可变色染料与聚氨酯乳液的混合比例为0.2-5μmol：1g。
第一步中所述力致可变色染料为可与聚氨酯类原料分子形成如氢键、共价键等较强分子间相互作用力的任意一种力致可变色染料。
弹力球在周期性弹性形变条件下，弹力球的颜色发生变化。
由于力致可变色染料与聚氨酯分子的相互作用，在弹力球受力或回弹时，内部聚氨酯分子的运动会使变色染料的结构在内部弹性应力下发生变化，进而引发球体变色，在弹性形变恢复，应力释放后，染料结构恢复原样，颜色也随即恢复。
本发明的有益效果如下：
1. 本发明首次将力致可变色染料应用于弹力球中。
2. 通过本发明的方法制备的弹力球利用弹性形变过程中产生的应力实现变色，不需要诸如电池、热等任何外界能量刺激。
3. 通过本发明的方法制备的弹力球比现有具有类似功能的产品结构简单，使用寿命长，环保，具有娱乐性。
附图说明
图1为本发明实施例1的力致可变色染料的结构式；
图2为本发明实施例2的力致可变色染料的结构式。
具体实施方式
本发明实施例初步选用罗丹明力敏染料衍生物分子作为力敏添加材料，实现了可变色弹力球的变化。
实施例1
（1）在30℃条件下，将0.45 mmol力致可变色染料1与150 g聚氨酯乳液在500 r/min搅拌条件下充分混合；
（2）将步骤（1）所得混合物原料置于模具中，在40℃条件下进行发泡定型，12 min，得到弹力球毛胚；
（3）将步骤（2）所得成型后的毛胚进行机械磨光，形成球形体，然后在表面涂覆聚氨酯亮油即得直径为30 mm可变色弹力球产品。
染料分子1由于其超共轭结构，在不受力的条件下，酰胺键处的氮与临近的碳形成碳氮键合，形成五元闭环结构，基于整体分子的电子态结构，分子对光无吸收，呈现无色；在聚合物应力传递的在受力条件下，染料分子1的超共轭结构被破坏，电子的分布发生改变，碳氮键合弱化并断裂，导致五元环解离，同样引起整体分子的电子态结构的改变，分子在500 – 550纳米段范围内出现较强吸收，由此显现红色。
基于所添加的染料分子1的力致变色特性，该弹力球静置时显现无色，在弹性形变过程中显红色，静置后恢复到无色。
实施例2
（1）在35℃条件下，将0.28 mmol力致可变色染料2与100 g聚氨酯乳液在600 r/min搅拌条件下充分混合；
（2）将步骤（1）所得混合物原料置于模具中，在42℃条件下进行发泡定型，15 min，得到弹力球毛胚；
（3）将步骤（2）所得成型后的毛胚进行机械磨光，形成球形体，然后在表面涂覆聚氨酯亮油即得直径为18 mm可变色弹力球产品。
染料分子2由于其超共轭结构，在不受力的条件下，酰胺键处的氮与临近的碳形成碳氮键合，形成五元闭环结构，基于整体分子的电子态结构，分子对480 – 540 纳米波长段范围内的光具有较强吸收，由此呈现淡黄色；在聚合物应力传递的在受力条件下，染料分子2的超共轭结构被破坏，电子的分布发生改变，碳氮键合弱化并断裂，导致五元环解离，同样引起整体分子的电子态结构的改变，分子在500 – 550纳米波长段范围内出现较强吸收，由此显现红色。
基于所添加的染料分子2的力致变色特性，该弹力球静置时显现淡黄色，在弹性形变过程中显红色，静置后恢复到淡黄色。
实施例3
本实施例在实施例2的基础上对力敏染料的添加浓度进行的探索，优选添加浓度为1μmol：1g，其它步骤与实施例2相同。
结果表明，本实施例所得弹力球具有更好的力致变色效果和回复效果，具体描述如下：
染料分子的浓度越高，其分子间团聚的几率越大，由此也会对其结构及单分子的电子特性产生影响。实施例3中染料添加浓度低，在弹力球中的分散性好，保证了其应力向单分子的传递，力致变色效率高；应力撤去后，随着弹力球材料弹性形变的恢复，单分子结构也随之恢复，弹力球也就回归原来颜色。
Claims (3)
1.一种可变色的弹力球的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，将力致可变色染料与制弹力球用的聚氨酯乳液在25-35℃条件下搅拌混合均匀，得到混合物原料；
第二步，将第一步所得混合物原料置于模具中发泡定型，得到成型后的产品，发泡温度为35-45℃，时间为10-15min；
第三步，将第二步成型后的产品进行机械磨光形成球形体，在表面涂覆聚氨酯亮油，得到可变色的弹力球。
2.根据权利要求1所述的一种可变色的弹力球的制备方法，其特征在于：第一步中所述力致可变色染料与聚氨酯乳液的混合比例为0.2-5μmol：1g。
3.根据权利要求1所述的一种可变色的弹力球的制备方法，其特征在于：第一步中所述力致可变色染料为可与聚氨酯类原料分子形成分子间相互作用力的任意一种力致可变色染料。
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