條件敏感的變色薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種條件敏感的變色薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中有一種智能顏料及變色薄膜，其可與二氧化碳、氧氣或氨氣反應(yīng)而變色，可作為成分檢測(cè)試劑或防偽材料加以運(yùn)用。然而，當(dāng)其應(yīng)用于包裝材料中作為產(chǎn)品新鮮程度的指示裝置時(shí)存在問(wèn)題如下:
[0003]1、該變色薄膜具有一定的透氣性，且只有一個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)，氣體(如氧氣或二氧化碳)可從該變色薄膜的兩個(gè)側(cè)面滲入與該變色薄膜內(nèi)的智能顏料發(fā)生變色反應(yīng)。當(dāng)該變色薄膜作為產(chǎn)品新鮮程度的指示裝置的復(fù)合指示基材層時(shí)，因無(wú)法控制氣體的滲入或滲出，將會(huì)出現(xiàn)如下缺陷:該指示裝置任何時(shí)候都處于啟動(dòng)狀態(tài)，空氣中的氧氣、二氧化碳都可能與該智能顏料發(fā)生變色反應(yīng)，或者智能顏料空氣中的揮發(fā)性物質(zhì)可以從薄膜向外界向薄膜滲透溢出而引起變色，進(jìn)而導(dǎo)致該指示裝置失效；
[0004]2、該變色薄膜選用白色的無(wú)機(jī)材料作為無(wú)機(jī)基質(zhì)顆粒，因此，薄膜的顏色變化取決于條件敏感染料的顏色，而該條件敏感染料的初始顏色和變色后的終點(diǎn)顏色較淺，顏色變化不明顯；另外，由于可供選擇的條件敏感染料種類有限，且此類條件敏感染料指示劑顏色大都接近，因此，可供選擇的薄膜顏色較少，可能導(dǎo)致指示裝置顏色與產(chǎn)品風(fēng)格不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，使用范圍受限。
[0005]3、該變色薄膜的熱塑性聚合物成分具有抗拉伸性能差、易脆裂等特性，生產(chǎn)過(guò)程易拉伸變形，無(wú)法滿足生產(chǎn)工序精確對(duì)位的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種條件敏感的變色薄膜，旨在解決現(xiàn)有的變色薄膜具有雙向透氣性而容易導(dǎo)致指示裝置失效，和變色薄膜的顏色變化不明顯且可供選擇的顏色較少，以及變色薄膜抗拉伸性能差、易脆裂的技術(shù)問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種條件敏感的變色薄膜，所述變色薄膜包括氣密的基底層和設(shè)于所述基底層上的變色層，所述變色層包含熱塑性聚合物和化學(xué)指示劑，所述化學(xué)指示劑包含無(wú)機(jī)顏料和條件敏感指示材料，所述條件敏感指示材料用于與二氧化碳、氧氣或氨氣反應(yīng)而變色。
[0008]優(yōu)選地，所述條件敏感指示材料為二氧化碳敏感指示材料；所述二氧化碳敏感指示材料包括第一 PH值敏感染料，所述第一 PH值敏感染料為間甲酚紫、麝香草酚酞、鄰甲酚酞、溴百里酚藍(lán)、甲酚紅、十六烷基三甲基銨陽(yáng)離子、中性紅、酚紅、羅丹明、磺基羅丹明101和百里酚藍(lán)中的至少一種。
[0009]優(yōu)選地，所述二氧化碳敏感指示材料還包括相轉(zhuǎn)移催化劑，所述相轉(zhuǎn)移催化劑為季銨鹽、氫氧化鈉和碳酸氫鈉中的至少一種。
[0010]優(yōu)選地，所述條件敏感指示材料為氧氣敏感指示材料；所述氧氣敏感指示材料包括氧氣敏感活性染料、光觸媒材料和電子供體材料。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述氧氣敏感活性染料為噻嗪染料、惡嗪染料、口丫嗪染料和靛酚染料中的至少一種；所述光觸媒材料為納米二氧化鈦、納米鈦酸鎖、納米氧化錫、納米氧化鶴和納米氧化鋅中的至少一種；所述電子供體材料為乙二胺四乙酸二鈉、三乙醇胺、葡萄糖、果糖、聚乙烯醇、多元醇、三羥基己烷和檸檬酸中的至少一種。
[0012]優(yōu)選地，所述條件敏感指示材料為氨氣敏感指示材料；所述氨氣敏感指示材料包括第二 PH值敏感染料，所述第二 PH值敏感染料為溴酚藍(lán)、溴甲酚綠、溴甲酚紫、溴百里酚藍(lán)、麝香草酚藍(lán)和間甲酚紫中的至少一種。
[0013]優(yōu)選地，所述無(wú)機(jī)顏料為疏水性無(wú)機(jī)顏料顆粒，所述疏水性無(wú)機(jī)顏料顆粒為二氧化鈦、二氧化硅、氧化鋁、鎘紅、鎘黃、普魯士藍(lán)、鉻黃、碳黑和鋅白中的至少一種。
[0014]優(yōu)選地，所述無(wú)機(jī)顏料為親水性無(wú)機(jī)顏料顆粒，所述親水性無(wú)機(jī)顏料顆粒為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵紅和氧化鐵黃中的至少一種。
[0015]優(yōu)選地，所述基底層的材質(zhì)為高密度聚乙烯、聚氯乙烯或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯；所述熱塑性聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚碳酸酯、聚醚、聚酯、聚酰胺或聚甲醛。
[0016]此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種條件敏感的變色薄膜的制備方法，所述制備方法包括步驟如下:
[0017]將無(wú)機(jī)顏料、條件敏感指示材料和溶劑混合均勻后，蒸發(fā)溶劑制得化學(xué)指示劑；
[0018]將所述化學(xué)指示劑和熱塑性聚合物混合均勻后，熱壓制得變色層薄膜；
[0019]將所述變色層薄膜和基底層薄膜共同擠出，制得具有疊合的基底層和變色層的條件敏感的變色薄膜。
[0020]本發(fā)明條件敏感的變色薄膜包括基底層和變色層，該基底層具有良好的氣密性，使變色薄膜只能單向透氣，從而避免空氣從基底層側(cè)滲入變色層中而導(dǎo)致變色薄膜失效或者變色層中的揮發(fā)性物質(zhì)通過(guò)基底層滲出至外界而導(dǎo)致變色薄膜失效；該變色層包含無(wú)機(jī)顏料和條件敏感指示材料，該無(wú)機(jī)顏料與條件敏感指示材料結(jié)合，可以加深了薄膜的顏色，使薄膜獲得明顯的、多樣性的初始顏色和顯著的變色效果，滿足包裝多樣化的要求；該基底層和變色層的熱塑性聚合物結(jié)合，克服了現(xiàn)有變色薄膜抗拉伸性能差、易脆裂的缺陷。
[0021]本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0022]應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明提供一種條件敏感的變色薄膜，在一較佳實(shí)施例中，變色薄膜包括氣密的基底層和設(shè)于基底層上的變色層。變色層包含熱塑性聚合物和化學(xué)指示劑，化學(xué)指示劑包含無(wú)機(jī)顏料和條件敏感指示材料，條件敏感指示材料用于與二氧化碳、氧氣或氨氣反應(yīng)而變色。
[0024]該較佳實(shí)施例的條件敏感的變色薄膜可以與二氧化碳、氧氣或氨氣反應(yīng)而變色，進(jìn)而可以根據(jù)顏色變化來(lái)檢測(cè)氣體，用于檢測(cè)包裝材料中是否含有氧氣、二氧化碳或氨氣，從而判斷產(chǎn)品的新鮮程度；該變色薄膜的基底層具有良好的氣密性，使變色薄膜只能單向透氣，從而避免空氣從基底層側(cè)滲入變色層中而導(dǎo)致變色薄膜失效或者變色層中的揮發(fā)性物質(zhì)通過(guò)基底層滲出至外界而導(dǎo)致變色薄膜失效；該變色薄膜的變色層包含無(wú)機(jī)顏料和條件敏感指示材料，該無(wú)機(jī)顏料與條件敏感指示材料結(jié)合，可以加深了薄膜的顏色，使薄膜獲得明顯的、多樣性的初始顏色和顯著的變色效果，滿足包裝多樣化的要求；該基底層和變色層的熱塑性聚合物結(jié)合，克服了現(xiàn)有變色薄膜抗拉伸性能差、易脆裂的缺陷。
[0025]在一優(yōu)選實(shí)施例中，該基底層具有良好的透明性和氣密性，可阻止氣體分子從其中穿過(guò)，使變色薄膜具有單向透氣性?？蛇x的基底層的材質(zhì)為高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)。應(yīng)當(dāng)理解，其它具有透明、良好柔韌性和氣密性的材料都可作為本發(fā)明的基底層材料。顯然，該基底層具有良好的抗拉伸性能和抗脆裂性會(huì)K。
[0026]在一優(yōu)選實(shí)施例中，該熱塑性聚合物具有熱熔性，可通過(guò)加熱擠壓成膜或其它任何需要的形式，成膜后具有一定的透氣性?？蛇x的熱塑性聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚碳酸酯、聚醚、聚酯、聚酰胺或者聚甲醛。進(jìn)一步地，該熱塑性聚合物優(yōu)選為聚乙烯或聚環(huán)氧乙燒。
[0027]上述的條件敏感指示材料具有對(duì)氧氣、二氧化碳或氨氣敏感變色的特性，該條件敏感指示材料中變色的活性染料具有熱穩(wěn)定性，在60°C?160°C的熱壓過(guò)程中不分解、不揮發(fā)，條件敏感指示材料通過(guò)溶解分散或浸入到顆粒無(wú)機(jī)基質(zhì)內(nèi)。
[0028]在一優(yōu)選實(shí)施例中，該條件敏感指示材料為二氧化碳敏感指示材料。二氧化碳敏感指示材料包括第一 PH值敏感染料。可選的第一 PH值敏感染料為間甲酚紫、麝香草酚酞、鄰甲酚酞、溴百里酚藍(lán)、甲酚紅、十六烷基三甲基銨陽(yáng)離子、中性紅、酚紅、羅丹明、磺基羅丹明101和百里酚藍(lán)中的至少一種，其中，該十六烷基三甲基銨陽(yáng)離子可以由三甲基十六烷基溴化銨或三甲基十六烷基氯化銨產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)理解，其它對(duì)PH值敏感的染料也可作為本發(fā)明的PH值敏感染料。
[0029]在該優(yōu)選實(shí)施例中，進(jìn)一步地，二氧化碳敏感指示材料還包括相轉(zhuǎn)移催化劑，相轉(zhuǎn)移催化劑可溶于水，并對(duì)有機(jī)溶劑具有較強(qiáng)的親和力。其在配方中起兩方面作用:一方面，產(chǎn)生陽(yáng)離子與染料陰離子配對(duì)，促進(jìn)PH值敏感染料的溶解度；另一方面，相轉(zhuǎn)移催化劑易吸收二氧化碳，并與之反應(yīng)生成堿性物質(zhì)，使條件敏感指示材料的PH值升高，從而PH值敏感染料的顏色發(fā)生變化，提高了對(duì)二氧化碳變色的敏感度。顯然，轉(zhuǎn)移催化劑的含量大，指示材料的變色速度快，相轉(zhuǎn)移催化劑的含量小，指示材料的變色速度慢?？蛇x的相轉(zhuǎn)移催化劑為季銨鹽、氫氧化鈉和碳酸氫鈉中的至少一種。更進(jìn)一步地，該季銨鹽優(yōu)選為四丁基氫氧化銨或四乙基氫氧化銨。應(yīng)當(dāng)理解，具備上述兩種功能的物質(zhì)都可作為本發(fā)明的相轉(zhuǎn)移催化劑。
[0030]該優(yōu)選實(shí)施例的二氧化碳敏感指示材料的工作原理為:
[0031 ] 該二氧化碳敏感指示材料中的第一 PH值敏感染料對(duì)二氧化碳濃度變化具有敏感性，當(dāng)二氧化碳濃度升高時(shí)，二氧化碳滲入到指示材料中，引起PH值升高，指示材料的顏色發(fā)生變化，當(dāng)二氧化碳濃度降低時(shí)，指示材料中二氧化碳析出，引起PH值降低，指示材料的顏色發(fā)生逆向變化，由于該指示材料中的二氧化碳?xì)怏w的滲入和析出具有持續(xù)性，因此，該二氧化碳敏感指示材料可以作為一種計(jì)時(shí)材