一种磁性凝胶冰雪材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种磁性凝胶冰雪材料，制备步骤包括：利用丙烯酰胺类聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂和发泡剂得到丙烯酰胺类凝胶冰雪前驱体溶液；利用海藻酸钠、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、成胶剂和发泡剂得到海藻酸钠类凝胶冰雪前驱体溶液；将丙烯酰胺类凝胶冰雪前驱体溶液、海藻酸钠类凝胶冰雪前驱体溶液和磁性原料进行搅拌和真空脱泡处理得到磁性凝胶冰雪前驱体溶液，之后进行加热或紫外光照射，使其完全固化得到磁性凝胶冰雪材料。本发明将磁性物质均匀地分散在凝胶冰雪中，使凝胶冰雪具有磁性，实现凝胶冰雪的磁性响应，同时，该磁性凝胶冰雪具有不析水失水、成型性好、易加工的特点。

权利要求

1.一种磁性凝胶冰雪材料，其特征在于，其制备原料为：凝胶冰雪原料、磁性原料和水，各原料的质量百分比为5 50:0.1 500:100；所述凝胶冰雪原料为丙烯酰胺类凝胶冰雪和海~ ~

藻酸钠类凝胶冰雪，两者质量百分比为100:0 100；所述磁性原料为非晶合金软磁粉末或者~

薄带或者块材、软磁铁氧体粉末或者薄带或者块材、永磁铁氧体粉末或者薄带或者块材、稀土永磁粉末或者薄带或者块材、硅钢薄带和磁性高分子微球中的一种或多种；

所述丙烯酰胺类凝胶冰雪的制备原料包括丙烯酰胺类聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂以及发泡剂，各原料的质量百分比为5 25:0.02 0.1:0.01 0.2:0.001 0.02:0.1 30；所~ ~ ~ ~ ~

述海藻酸钠类凝胶冰雪的制备原料包括海藻酸钠、增溶剂、可溶性二价金属离子盐或可溶性三价金属离子盐、交联速度调节剂、增塑剂、成胶剂以及发泡剂，各原料的质量百分比为

1.0:2.5 6.5:0.02 0.5:0.001 0.5:0 0.2:0 0.2:0.05 0.3；

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所述磁性凝胶冰雪材料制备过程包括以下步骤：步骤1：将丙烯酰胺类聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂和发泡剂按照质量百分比溶于水中，充分搅拌至完全溶解后得到丙烯酰胺类凝胶冰雪前驱体溶液；

步骤2：将海藻酸钠、增溶剂、可溶性二价金属离子盐或可溶性三价金属离子盐、交联速度调节剂、增塑剂、成胶剂和发泡剂按照质量百分比溶于水中，充分搅拌至完全溶解得到海藻酸钠类凝胶冰雪前驱体溶液；

步骤3：将步骤1中得到的丙烯酰胺类凝胶冰雪前驱体溶液、步骤2中得到的海藻酸钠类凝胶冰雪前驱体溶液和磁性原料充分搅拌至均匀后作真空脱泡处理得到磁性凝胶冰雪前驱体溶液；

步骤4：将步骤3中得到的磁性凝胶冰雪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，之后进行加热或紫外光照射，使磁性凝胶冰雪前驱体溶液完全固化得到磁性凝胶冰雪材料。

2.根据权利要求1所述的磁性凝胶冰雪材料，其特征在于，所述丙烯酰胺类凝胶冰雪的制备原料中，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；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；所述引发剂为热引发剂或光引发剂，所述热引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种或多种，所述光引发剂选自2‑酮戊二酸和2‑羟基‑4‑（2‑羟乙氧基）‑2‑甲基苯丙酮中的一种或两种；所述催化剂为四甲基乙二胺；所述发泡剂选自十二烷基硫酸钠、动植物蛋白类发泡剂、松香皂类发泡剂和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的磁性凝胶冰雪材料，其特征在于，所述海藻酸钠类凝胶冰雪的制备原料中，所述增溶剂选自绵白糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖和乳糖中的一种或多种；

所述可溶性二价金属离子盐选自钙盐、镁盐和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和铁盐中的一种；所述交联速度调节剂为焦磷酸四钠；所述增塑剂选自玉米淀粉、木薯淀粉、小麦粉和硅藻土中的一种或多种；所述成胶剂选自黄原胶、果胶和卡拉胶中的一种或多种；所述发泡剂选自十二烷基硫酸钠、动植物蛋白类发泡剂、松香皂类发泡剂和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的磁性凝胶冰雪材料，其特征在于，所述钙盐为硫酸钙、氯化钙、溴化钙、碘化钙、硝酸钙、甲酸钙和醋酸钙中的一种或多种。

5.根据权利要求1‑4之一所述的磁性凝胶冰雪材料，其特征在于，所述水选自去离子水、自来水、雨水、雪水中和纯净水的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的磁性凝胶冰雪材料，其特征在于，步骤4中，加热温度为40 70~

℃，加热时间为1.0 3.0h；紫外光照射波长365 nm，照射时间为0.5 2.0 h。

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说明书

一种磁性凝胶冰雪材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于新材料制备与加工领域，特别涉及一种磁性凝胶冰雪材料 及其制备方法。

背景技术

[0002] 冰的晶莹剔透、雪的洁白温润赋予了冰雪产业独特的魅力。然而，冰 雪面临着环境温度升高融化成水的问题，这会导致冰雪产品失去原有的结 构造型，无法长期保存。同
时，冰雪缺乏光、热、电、磁等功能特性，进 而难以制作成更有科技含量的产品，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，进而影响了我
国冰雪产 业的发展。

发明内容

[0003] 为此，本发明创新地将磁性物质均匀地分散在凝胶冰雪中，使凝胶冰 雪具有磁性，实现凝胶冰雪的磁性响应，同时，该磁性凝胶冰雪具有不析 水失水、成型性好、易加工
的特点。本发明中所述的“凝胶冰雪”由亲水 性的高分子互相连接形成三维网络，水分子填
充在网络构成的空隙中，并 与高分子通过物理键或者化学键发生铰链“锁住”水分子。这种
凝胶冰雪凝 固时，逐渐变硬，呈现出冰的剔透性和雪的洁白性；升温后，不会融化、 不析水
失水，依然保持原有的造型和冰的剔透性。

[0004] 本发明提供了一种磁性凝胶冰雪材料，其制备原料为：凝胶冰雪原料、 磁性原料和水，各原料的质量百分比为5～50:0.1～500:100；所述凝胶冰雪原 料为丙烯酰胺类凝胶
冰雪和海藻酸钠类凝胶冰雪，两者质量百分比为 100:0～100；所述磁性原料为非晶合金软
磁粉末或者薄带或者块材、软磁铁 氧体粉末或者薄带或者块材、永磁铁氧体粉末或者薄带
或者块材、稀土永 磁粉末或者薄带后者块材、硅钢薄带和磁性高分子微球中的一种或多
种；

[0005] 所述丙烯酰胺类凝胶冰雪的制备原料包括丙烯酰胺类聚合单体、交联 剂、引发剂、催化剂以及发泡剂，各原料的质量百分比为 5～25:0.02～0.1:0.01～0.2:0.001～
0.02:0.1～30；所述海藻酸钠类凝胶冰雪的制备 原料包括海藻酸钠、增溶剂、可溶性二价
金属离子盐或可溶性三价金属离 子盐、交联速度调节剂、增塑剂、成胶剂以及发泡剂，各原
料的质量百分 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。

[0006] 优选地，所述丙烯酰胺类凝胶冰雪的制备原料中，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；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；所述引发
剂为热引发 剂或光引发剂，所述热引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一 种
或多种，所述光引发剂选自2‑酮戊二酸和2‑羟基‑4‑(2‑羟乙氧基)‑2‑甲 基苯丙酮中的一
种或两种；所述催化剂为四甲基乙二胺；所述发泡剂选自 十二烷基硫酸钠、动植物蛋白类
发泡剂、松香皂类发泡剂和脂肪醇聚氧乙 烯醚硫酸钠中的一种或多种。

[0007] 优选地，所述海藻酸钠类凝胶冰雪的制备原料中，所述增溶剂选自绵 白糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖和乳糖中的一种或多种；所述可溶性 二价金属离子盐选自钙盐、镁
盐和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和铁盐中的一种；所述
交联速度调节剂为焦磷酸四 钠；所述增塑剂选自玉米淀粉、木薯淀粉、小麦粉和硅藻土中
的一种或多 种；所述成胶剂选自黄原胶、果胶和卡拉胶中的一种或多种；所述发泡剂 选自
十二烷基硫酸钠、动植物蛋白类发泡剂、松香皂类发泡剂和脂肪醇聚 氧乙烯醚硫酸钠中的
一种或多种。

[0008] 优选地，所述钙盐为硫酸钙、氯化钙、溴化钙、碘化钙、硝酸钙、甲 酸钙和醋酸钙中的一种或多种。

[0009] 优选地，所述水选自去离子水、自来水、雨水、雪水中和纯净水的一 种或多种。

[0010] 本发明还提供了一种上述磁性凝胶冰雪材料的制备方法，包括以下步 骤：

[0011] 步骤1：将丙烯酰胺类聚合单体、交联剂、引发剂、催化剂和发泡剂按 照质量百分比溶于水中，充分搅拌至完全溶解后得到丙烯酰胺类凝胶冰雪 前驱体溶液；

[0012] 步骤2：将海藻酸钠、增溶剂、可溶性二价金属离子盐或可溶性三价金 属离子盐、交联速度调节剂、增塑剂、成胶剂和发泡剂按照质量百分比溶 于水中，充分搅拌至完全溶
解得到海藻酸钠类凝胶冰雪前驱体溶液；

[0013] 步骤3：将步骤1中得到的丙烯酰胺类凝胶冰雪前驱体溶液、步骤2 中得到的海藻酸钠类凝胶冰雪前驱体溶液和磁性原料充分搅拌至均匀后作 真空脱泡处理得到磁性凝胶
冰雪前驱体溶液；

[0014] 步骤4：将步骤3中得到的磁性凝胶冰雪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，之后进行加热或紫外 光照射，使磁性凝胶冰雪
前驱体溶液完全固化得到磁性凝胶冰雪材料。

[0015] 优选地，步骤4中，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。

[0016] 本发明的有益效果：

[0017] 1)本发明所制备的磁性凝胶冰雪材料具有软磁或者硬磁特性，能够实 现磁响应；

[0018] 2)本发明可以通过调节磁性原料比例，来控制所制备的磁性凝胶冰雪 材料的功能特性；

[0019] 3)本发明所制备的磁性凝胶冰雪材料不仅具有冰雪的视感和触感，而 且高温不融化且不析水失水；

[0020] 4)本发明所制备的磁性凝胶冰雪材料是一类可加工的功能冰雪材料， 其能够用作装饰品、修饰品、纪念品，实现与科技、文化、历史的深度融 合。

具体实施方式

[0021] 下面结合实施例进一步描述本发明，应该理解，以下所述实施例旨在便 于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

[0022] 实施例1

[0023] 一种磁性凝胶冰雪材料的制备方法，具体如下：

[0024] 1)制备原料：

[0025] 凝胶冰雪原料、磁性原料和水的质量分别为35g，100g，100g；

[0026] 凝胶冰雪原料选择丙烯酰胺类凝胶冰雪和海藻酸钠类凝胶冰雪，两者质 量分别为30g，5g；其中，丙烯酰胺类凝胶冰雪组成原料为：丙烯酰胺、N， N‑亚甲基双丙烯酰胺、过
硫酸钾、四甲基乙二胺和十二烷基硫酸钠，其质量 分别为25g，0.05g，0.06g，0.01g，4.88g；
海藻酸钠类凝胶冰雪组成原料为： 海藻酸钠、绵白糖、硫酸钙、焦磷酸四钠、玉米淀粉、黄原
胶和松香皂类发 泡剂，其质量分别为1g，3.5g，0.1g，0.1g，0.1g，0.1g，0.1g；

[0027] 磁性原料为软磁非晶合金粉末和软磁铁氧体粉末，两者质量分别为50g， 50g；

[0028] 水选自自来水100g。

[0029] 2)制备过程

[0030] 步骤1：将丙烯酰胺、N，N‑亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾、四甲基乙二 胺和十二烷基硫酸钠按照质量百分配比溶于自来水中，充分搅拌至完全溶解 后得丙烯酰胺类凝胶冰
雪前驱体溶液；

[0031] 步骤2：将海藻酸钠、绵白糖、硫酸钙、焦磷酸四钠、玉米淀粉、黄原 胶、松香皂类发泡剂按照质量百分配比溶于自来水中，充分搅拌至完全溶解 得海藻酸钠类凝胶冰雪前驱
体溶液；

[0032] 步骤3：将得到的丙烯酰胺类凝胶冰雪前驱体溶液、海藻酸钠类凝胶冰 雪前驱体溶液和磁性原料充分搅拌至均匀后作真空脱泡处理的磁性凝胶冰 雪前驱体溶液；

[0033] 步骤4：将得到的磁性凝胶冰雪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，之后进行紫外照射，紫外光波 长365nm，照射时间为
2.0h，最后得到磁性凝胶材料。

[0034] 实施例2

[0035] 一种磁性凝胶冰雪材料的制备方法，具体如下：

[0036] 1)制备原料：

[0037] 凝胶冰雪原料、磁性原料和水的质量分别为30g，100g，100g；

[0038] 凝胶冰雪原料选择丙烯酰胺类凝胶冰雪，质量为30g；其中，丙烯酰胺、 N，N‑亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钠、四甲基乙二胺和十二烷基硫酸钠，其 质量分别为25g，0.1g，
0.1g，0.01g，4.79g；

[0039] 磁性原料为软磁非晶合金粉末和软磁铁氧体粉末，两者质量分别为50g， 50g；

[0040] 水选自自来水100g。

[0041] 2)制备过程

[0042] 步骤1：将丙烯酰胺、N，N‑亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钠、四甲基乙二 胺和十二烷基硫酸钠按照给定质量溶于自来水中，充分搅拌至完全溶解后得 丙烯酰胺类凝胶冰雪前
驱体溶液；

[0043] 步骤2：将得到的丙烯酰胺类凝胶冰雪前驱体溶液和磁性原料充分搅拌 至均匀后作真空脱泡处理的磁性凝胶冰雪前驱体溶液；

[0044] 步骤3：将得到的磁性凝胶冰雪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，之后进行紫外照射，紫外光波 长365nm，照射时间为
2.0h，最后得到磁性凝胶材料。

[0045] 综上，本发明在凝胶冰雪基础上，通过混入磁性物质，使凝胶冰雪具有 磁性功能，实现凝胶冰雪的磁性响应。本发明设计开发的磁性凝胶冰雪能够 用于装饰品、纪念品、机
器人等科技和文化产品的设计制作，对于推动我国 冰雪产业的快速发展具有重要意义。

[0046] 对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下， 还可以对本发明的实施例作出若干变型和改进，这些都属于本发明的保护 范围。