不融化的自愈合凝胶冰杯

技术领域

本发明涉及一种冰杯，特别是涉及一种不融化的自愈合凝胶冰杯。

背景技术

随着人们生活质量提高，对餐饮用品的需求也日渐多样化，对于冰制餐具，既要求有冰雪的视感触感，又要求有良好的使用体验。目前市场上冰杯主要有两种：第一种是将纯净水注入模具后，冷冻，脱模而成的。第二种杯身由两层塑料、金属或陶瓷组成，夹层中存放液体，放入冰箱冷冻后，夹层液体凝固，用于冷却杯中内容物。其中第一种冰杯由真冰制成，在室温下容易融化失型，而且真冰的脆性很高，韧性较差，导致该冰杯容易摔碎；同时由于真冰摔碎后无法修复，且冰杯融化后会失去作为容器的功能，所以使用寿命极短，无法实现重复利用。第二种冰杯由于杯身材料所限，透光度不可调，亦无法进行自愈合。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种不融化的自愈合凝胶冰杯。

一种不融化的自愈合凝胶冰杯，其特征在于，所述冰杯采用自愈合水凝胶材料，经模具成型制得。

进一步的，所述自愈合水凝胶材料为由聚乙烯醇(PVA)或聚丙烯酰胺(PAAm)-聚乙烯醇(PVA)双网络凝胶材料所制得的自愈合水凝胶材料。

进一步的，所述自愈合水凝胶材料为聚乙烯醇(PVA)物理交联水凝胶，所述自愈合凝胶冰杯制备工艺包括如下步骤：

将1～10gPVA粉末溶于去离子水中，配置成质量分数为1％～10％的PVA水溶液,将PVA水溶液注入模具，于-20～-10℃冷冻12～16h，室温放置12～16h的条件下，冻融循环3次得到PVA物理交联水凝胶冰杯，在冰箱中冷冻12h后脱模使用。

进一步的，所述自愈合水凝胶材料为聚丙烯酰胺(PAAm)-聚乙烯醇(PVA)双网络水凝胶，所述第一网络为含有动态二硫键的聚丙烯酰胺(PAAm)网络，第二网络为氢键交联的聚乙烯醇(PVA)网络，所述自愈合凝胶冰杯制备工艺包括如下步骤：

S1自愈合凝胶前驱体溶液制备：

1)将1-10g PVA溶于100ml去离子水中，配置成质量分数为1％～10％的PVA水溶液，将PVA水溶液加热至98℃搅拌1～6h，直至完全溶解，最终呈均一、透明溶液，；

2)放凉后加入8～40g丙烯酰胺(AAm)单体，保证其最终质量分数为8％～40％，0.2mol/L的自由基热引发剂过硫酸铵(APS)水溶液0.5～2ml，含有动态双硫键的N,N'-双(丙稀酰)胱胺交联剂水溶液(质量分数为0.1～0.4％)5～10ml和催化剂四甲基乙二胺(TEMED)5～20μl；

S2将所述自愈合凝胶前驱体溶液倒入冰杯模具中，放入温度为30～65℃的真空烘箱，固化3～12h，脱模得到含有动态二硫键的聚丙烯酰胺(PAAm)为第一网络凝胶材料；

S3将所述含有动态二硫键的聚丙烯酰胺(PAAm)置于冰箱中，于-10～-20℃冷冻6～12h，室温解冻6～12h的条件下，冻融循环2～4次，得到氢键交联的聚乙烯醇(PVA)为第二网络凝胶材料；

S4将所述氢键交联的聚乙烯醇(PVA)浸泡在去离子水中，每6h更换一次去离子水，重复3～5次，除去未反应完的单体丙烯酰胺(AAm)、交联剂和自由基热引发剂；

S5将步骤S4得到的凝胶材料在-10～-20℃下冷冻24h，即得自愈合凝胶冰杯。

进一步的，所述自愈合凝胶冰杯中加入食用色素或食用荧光粉。

进一步的，所述自愈合凝胶冰杯中加入凝固温度调节剂和透光度调节剂。

进一步的，所所述凝固温度和透光度调节剂为丙三醇，氯化钠或氯化钙中的一种或多种。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.凝胶冰杯采用水凝胶预聚体溶液作为基体材料，得到了能够锁住水分子的高分子网络，令冰杯保持固态形状，且凝胶冰杯不融化，使冰杯从一次性产品变成了可重复利用产品，大大降低了生产成本。

2.通过调整水凝胶预聚体溶液的配比，使得凝胶冰杯内部晶体呈现一种固液混合态，凝胶冰杯具有超韧性，不易摔碎，延长了冰杯的使用寿命。

3.采用自愈合水凝胶预聚体溶液作为基体材料，使得冰杯具备裂痕自修复的功能，大大节约了冰杯的原材料。

4.根据需要在预聚体溶液中加入凝固温度调节剂或透光度调节剂，可以使得冰杯在不同温度下呈现不同透明度，增加了趣味性和观赏性。

附图说明

图1和图2是两种不同形状的不融化的自愈合凝胶冰杯。

图3和图4是两种不同透光度的自愈合凝胶冰杯。

图5是自愈合水凝胶材料的超韧性示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然是示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

一种不融化的自愈合凝胶冰杯，利用自愈合水凝胶材料，经模具成型制得，如图1和图2所示。自愈合水凝胶材料为由聚乙烯醇(PVA)、或聚丙烯酰胺(PAAm)-聚乙烯醇(PVA)双网络凝胶材料所制得的自愈合水凝胶材料中的一种。

为了增加凝胶冰杯的多样性，可选择性加入食用色素(例如藻蓝素、甜菜红等)和食用荧光粉(例如土耳其蓝荧光粉等)。为了增加趣味性，可以根据需要在预聚体溶液中适当的加入凝固温度和透光度调节剂(如丙三醇、氯化钠、氯化钙等)，可以使得冰杯在不同温度下呈现不同透明度，如图3和图4所示。

实施例1

一种不融化的自愈合凝胶冰杯，利用自愈合水凝胶材料，经模具一步成型制得，其中自愈合水凝胶材料由聚乙烯醇(PVA)制得，制备工艺包括如下步骤：

S1根据所需形状选择合适的浇铸模具；

S2称取5gPVA粉末溶于100ml去离子水中，配置成质量分数为5％的PVA水溶液，将PVA水溶液注入模具；

S3在-20℃冷冻12h，室温放置12h的条件下，冻融循环3次得到PVA物理交联水凝胶冰杯；

S4将其冷冻12h后脱模使用。

实施例2

一种不融化的自愈合凝胶冰杯，利用自愈合水凝胶材料，经模具一步成型制得，其中自愈合水凝胶材料采用聚丙烯酰胺(PAAm)-聚乙烯醇(PVA)双网络凝胶，具有自愈合性能，第一网络为含有动态二硫键的聚丙烯酰胺(PAAm)网络，第二网络为氢键交联的聚乙烯醇(PVA)网络，动态二硫键和氢键提供自愈合性能，制备工艺包括如下步骤：

S1根据所需形状选择合适的浇铸模具；

S2自愈合凝胶前驱体溶液制备：

1)称取5gPVA、溶于100ml去离子水中，得到PVA质量分数为5％的水溶液，将PVA水溶液加热至98℃并搅拌6h，直至完全溶解，最终呈均一、透明溶液，放凉后备用；

2)在上述PVA水溶液中加入20g丙烯酰胺(AAm)单体，最终质量分数为20％，0.2mol/L自由基热引发剂过硫酸铵(APS)水溶液2ml，含有动态双硫键的N,N'-双(丙稀酰)胱胺交联剂(质量分数为2％)水溶液10ml，催化剂四甲基乙二胺(TEMED)20μl；

S3将所得前驱体溶液倒入冰杯模具中，放入温度为65℃的真空烘箱，固化3h后从模具中取出，得到含有动态二硫键的聚丙烯酰胺(PAAm)第一网络凝胶材料；

S4将所得第一网络凝胶材料置于冰箱中，-20℃冷冻6h，再室温解冻6h，如此冻融循环4次，得到氢键交联的聚乙烯醇(PVA)第二网络凝胶材料；

S5将所得第二网络凝胶材料浸泡在去离子水中，每6h更换一次去离子水，重复5次，除去未反应完的单体、交联剂和自由基热引发剂；

S6在-20℃，冷冻24h左右，即得自愈合凝胶冰杯。

针对实施例2的自愈合凝胶冰杯材料和真实冰杯所用材料，进行压缩试验对比：

1)量取650ml蒸馏水，在-20℃冰箱中冷冻24h，并制成直径10cm，高度8cm的圆柱体，得到真实冰杯所用压缩样件；

2)采用实施例3中的自愈合凝胶冰杯材料制成直径10cm，高度8cm的凝胶冰杯压缩样件；

3)使用WDW系列(台式)微机控制电子式万能试验机以6mm/min的速率分别压缩真实冰杯所用材料压缩样件和自愈合凝胶冰杯所用材料压缩样件；

4)如图5所示，真实冰杯所用材料在压缩试验中很快发生破碎，而自愈合凝胶冰杯则展现了极强的韧性，可以承受极大的压力和变形而不发生破坏。

应理解，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示意性的而不是限制性的。此外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用，如，一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另外，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。