条件敏感的变色薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜技术领域，尤其涉及一种条件敏感的变色薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中有一种智能颜料及变色薄膜，其可与二氧化碳、氧气或氨气反应而变色，可作为成分检测试剂或防伪材料加以运用。然而，当其应用于包装材料中作为产品新鲜程度的指示装置时存在问题如下:
[0003]1、该变色薄膜具有一定的透气性，且只有一个层级结构，气体(如氧气或二氧化碳)可从该变色薄膜的两个侧面渗入与该变色薄膜内的智能颜料发生变色反应。当该变色薄膜作为产品新鲜程度的指示装置的复合指示基材层时，因无法控制气体的渗入或渗出，将会出现如下缺陷:该指示装置任何时候都处于启动状态，空气中的氧气、二氧化碳都可能与该智能颜料发生变色反应，或者智能颜料空气中的挥发性物质可以从薄膜向外界向薄膜渗透溢出而引起变色，进而导致该指示装置失效；
[0004]2、该变色薄膜选用白色的无机材料作为无机基质颗粒，因此，薄膜的颜色变化取决于条件敏感染料的颜色，而该条件敏感染料的初始颜色和变色后的终点颜色较浅，颜色变化不明显；另外，由于可供选择的条件敏感染料种类有限，且此类条件敏感染料指示剂颜色大都接近，因此，可供选择的薄膜颜色较少，可能导致指示装置颜色与产品风格不协调的问题，使用范围受限。
[0005]3、该变色薄膜的热塑性聚合物成分具有抗拉伸性能差、易脆裂等特性，生产过程易拉伸变形，无法满足生产工序精确对位的要求。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于提供一种条件敏感的变色薄膜，旨在解决现有的变色薄膜具有双向透气性而容易导致指示装置失效，和变色薄膜的颜色变化不明显且可供选择的颜色较少，以及变色薄膜抗拉伸性能差、易脆裂的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供一种条件敏感的变色薄膜，所述变色薄膜包括气密的基底层和设于所述基底层上的变色层，所述变色层包含热塑性聚合物和化学指示剂，所述化学指示剂包含无机颜料和条件敏感指示材料，所述条件敏感指示材料用于与二氧化碳、氧气或氨气反应而变色。
[0008]优选地，所述条件敏感指示材料为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值敏感染料为间甲酚紫、麝香草酚酞、邻甲酚酞、溴百里酚蓝、甲酚红、十六烷基三甲基铵阳离子、中性红、酚红、罗丹明、磺基罗丹明101和百里酚蓝中的至少一种。
[0009]优选地，所述二氧化碳敏感指示材料还包括相转移催化剂，所述相转移催化剂为季铵盐、氢氧化钠和碳酸氢钠中的至少一种。
[0010]优选地，所述条件敏感指示材料为氧气敏感指示材料；所述氧气敏感指示材料包括氧气敏感活性染料、光触媒材料和电子供体材料。
[0011 ] 优选地，所述氧气敏感活性染料为噻嗪染料、恶嗪染料、口丫嗪染料和靛酚染料中的至少一种；所述光触媒材料为纳米二氧化钛、纳米钛酸锁、纳米氧化锡、纳米氧化鹤和纳米氧化锌中的至少一种；所述电子供体材料为乙二胺四乙酸二钠、三乙醇胺、葡萄糖、果糖、聚乙烯醇、多元醇、三羟基己烷和柠檬酸中的至少一种。
[0012]优选地，所述条件敏感指示材料为氨气敏感指示材料；所述氨气敏感指示材料包括第二 PH值敏感染料，所述第二 PH值敏感染料为溴酚蓝、溴甲酚绿、溴甲酚紫、溴百里酚蓝、麝香草酚蓝和间甲酚紫中的至少一种。
[0013]优选地，所述无机颜料为疏水性无机颜料颗粒，所述疏水性无机颜料颗粒为二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、镉红、镉黄、普鲁士蓝、铬黄、碳黑和锌白中的至少一种。
[0014]优选地，所述无机颜料为亲水性无机颜料颗粒，所述亲水性无机颜料颗粒为二氧化硅、氧化铝、氧化铁红和氧化铁黄中的至少一种。
[0015]优选地，所述基底层的材质为高密度聚乙烯、聚氯乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚环氧乙烷、聚碳酸酯、聚醚、聚酯、聚酰胺或聚甲醛。
[0016]此外，为实现上述目的，本发明还提供一种条件敏感的变色薄膜的制备方法，所述制备方法包括步骤如下:
[0017]将无机颜料、条件敏感指示材料和溶剂混合均匀后，蒸发溶剂制得化学指示剂；
[0018]将所述化学指示剂和热塑性聚合物混合均匀后，热压制得变色层薄膜；
[0019]将所述变色层薄膜和基底层薄膜共同挤出，制得具有叠合的基底层和变色层的条件敏感的变色薄膜。
[0020]本发明条件敏感的变色薄膜包括基底层和变色层，该基底层具有良好的气密性，使变色薄膜只能单向透气，从而避免空气从基底层侧渗入变色层中而导致变色薄膜失效或者变色层中的挥发性物质通过基底层渗出至外界而导致变色薄膜失效；该变色层包含无机颜料和条件敏感指示材料，该无机颜料与条件敏感指示材料结合，可以加深了薄膜的颜色，使薄膜获得明显的、多样性的初始颜色和显著的变色效果，满足包装多样化的要求；该基底层和变色层的热塑性聚合物结合，克服了现有变色薄膜抗拉伸性能差、易脆裂的缺陷。
[0021]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。
【具体实施方式】
[0022]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023]本发明提供一种条件敏感的变色薄膜，在一较佳实施例中，变色薄膜包括气密的基底层和设于基底层上的变色层。变色层包含热塑性聚合物和化学指示剂，化学指示剂包含无机颜料和条件敏感指示材料，条件敏感指示材料用于与二氧化碳、氧气或氨气反应而变色。
[0024]该较佳实施例的条件敏感的变色薄膜可以与二氧化碳、氧气或氨气反应而变色，进而可以根据颜色变化来检测气体，用于检测包装材料中是否含有氧气、二氧化碳或氨气，从而判断产品的新鲜程度；该变色薄膜的基底层具有良好的气密性，使变色薄膜只能单向透气，从而避免空气从基底层侧渗入变色层中而导致变色薄膜失效或者变色层中的挥发性物质通过基底层渗出至外界而导致变色薄膜失效；该变色薄膜的变色层包含无机颜料和条件敏感指示材料，该无机颜料与条件敏感指示材料结合，可以加深了薄膜的颜色，使薄膜获得明显的、多样性的初始颜色和显著的变色效果，满足包装多样化的要求；该基底层和变色层的热塑性聚合物结合，克服了现有变色薄膜抗拉伸性能差、易脆裂的缺陷。
[0025]在一优选实施例中，该基底层具有良好的透明性和气密性，可阻止气体分子从其中穿过，使变色薄膜具有单向透气性。可选的基底层的材质为高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。应当理解，其它具有透明、良好柔韧性和气密性的材料都可作为本发明的基底层材料。显然，该基底层具有良好的抗拉伸性能和抗脆裂性會K。
[0026]在一优选实施例中，该热塑性聚合物具有热熔性，可通过加热挤压成膜或其它任何需要的形式，成膜后具有一定的透气性。可选的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚环氧乙烷、聚碳酸酯、聚醚、聚酯、聚酰胺或者聚甲醛。进一步地，该热塑性聚合物优选为聚乙烯或聚环氧乙烧。
[0027]上述的条件敏感指示材料具有对氧气、二氧化碳或氨气敏感变色的特性，该条件敏感指示材料中变色的活性染料具有热稳定性，在60°C?160°C的热压过程中不分解、不挥发，条件敏感指示材料通过溶解分散或浸入到颗粒无机基质内。
[0028]在一优选实施例中，该条件敏感指示材料为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。可选的第一 PH值敏感染料为间甲酚紫、麝香草酚酞、邻甲酚酞、溴百里酚蓝、甲酚红、十六烷基三甲基铵阳离子、中性红、酚红、罗丹明、磺基罗丹明101和百里酚蓝中的至少一种，其中，该十六烷基三甲基铵阳离子可以由三甲基十六烷基溴化铵或三甲基十六烷基氯化铵产生。应当理解，其它对PH值敏感的染料也可作为本发明的PH值敏感染料。
[0029]在该优选实施例中，进一步地，二氧化碳敏感指示材料还包括相转移催化剂，相转移催化剂可溶于水，并对有机溶剂具有较强的亲和力。其在配方中起两方面作用:一方面，产生阳离子与染料阴离子配对，促进PH值敏感染料的溶解度；另一方面，相转移催化剂易吸收二氧化碳，并与之反应生成碱性物质，使条件敏感指示材料的PH值升高，从而PH值敏感染料的颜色发生变化，提高了对二氧化碳变色的敏感度。显然，转移催化剂的含量大，指示材料的变色速度快，相转移催化剂的含量小，指示材料的变色速度慢。可选的相转移催化剂为季铵盐、氢氧化钠和碳酸氢钠中的至少一种。更进一步地，该季铵盐优选为四丁基氢氧化铵或四乙基氢氧化铵。应当理解，具备上述两种功能的物质都可作为本发明的相转移催化剂。
[0030]该优选实施例的二氧化碳敏感指示材料的工作原理为:
[0031 ] 该二氧化碳敏感指示材料中的第一 PH值敏感染料对二氧化碳浓度变化具有敏感性，当二氧化碳浓度升高时，二氧化碳渗入到指示材料中，引起PH值升高，指示材料的颜色发生变化，当二氧化碳浓度降低时，指示材料中二氧化碳析出，引起PH值降低，指示材料的颜色发生逆向变化，由于该指示材料中的二氧化碳气体的渗入和析出具有持续性，因此，该二氧化碳敏感指示材料可以作为一种计时材