CN102667602A - 压色器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压色器件，其中所述器件表现出由外部施加的力引发的可逆外观变化，并且当外力移除时在一段设定的弛豫时间后回复到其初始外观。在一个实施方案中，器件包含透明或半透明的覆盖层和磁性层，其中在覆盖层与磁性层之间是含有可磁性排列颜料的液体介质。

Description

压色器件
与相关申请的交叉引用
本申请在此要求2009年10月21日提交的标题相同的临时专利申请系列号61/253,533的权益，所述临时申请的公开内容在此以其全文引为参考。
发明简述
一种压色器件，其中器件表现出由外部施加的力引发的可逆外观变化，并且当外力移除时在一段设定的弛豫时间后回复到其初始外观。
在一个实施方案中，器件包含透明或半透明的覆盖层和磁性层，其中在覆盖层与磁性层之间是含有可磁性排列颜料的液体介质。
从随附的图及其描述，这些和其他目的和优点将变得显而易见。
附图简述
引入在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图对实施方案进行说明，并与上面给出的一般性描述以及下面给出的实施方案的详细描述一起，用于解释本公开的原理。
图1是实施例1中生产的压色器件的示意图(横截面图)。
图2是实施例1中生产的器件的压色响应图。
详细描述
压色器件的一个实施方案中，器件包含透明或半透明的覆盖层和磁性层，其中在覆盖层与磁性层之间是含有可磁性排列颜料的液体介质。在一个实施方案中，在液体介质与磁性层之间是衬背层。
可磁性排列颜料取决于它们的取向具有不同外观，并且具有磁感性。采取粒子或薄片形式的各种可磁性排列颜料，可以单独或组合使用。其实例包括不基于干涉的颜料，例如包含铁、镍、钴、其合金、不锈钢等材料的单片金属薄片。此外，也可以使用含有磁感性材料层的不基于干涉的颜料。此外，也可以使用基于干涉的颜料例如含有磁感性层的多层薄膜片。例如，可以使用含有磁感性层的多彩光亮薄片状珠光颜料，例如在美国出版物2008/0110372和2009/0255442(在此以其全文引为参考)中所描述的。此外，可以使用随着入射光角度或观察角度的变化而具有引人注目的颜色变化(色度和色调)的颜料。色移效应能够增加本发明的液体介质中产生的三维样效果。也可以将有机和/或无机颜料和染料与可磁性排列颜料掺混，以产生定制颜色或外观。在一个实施方案中，可磁性排列颜料可以包含顺磁性、抗磁性或永磁性材料的层。在一个实施方案中，可磁性排列颜料的实例包括氧化铁或氧化钛涂层的云母颜料。可磁性排列颜料的实例包括SunGEM
Figure BDA0000156043780000021
颜料产品编号290-7203、-7242、-7253、-7263、-7402和SunPRIZMA
Figure BDA0000156043780000022
颜料产品编号C90-7201、-7241、-7251、-7261、-7401。颜料的质量磁化率可以在约0.1×10-5m3/kg至约60×10-5m3/kg或约1.8×10-5m3/kg至约10×10-5m3/kg的范围内。
在一个实施方案中，可磁性排列颜料是非球形的，例如针、薄片或薄层或类似薄层。因此，当对可磁性排列颜料施加磁场时，它们倾向于采取其最长尺寸与场力线成一线的方向，并可能发生引起液体介质的外观变化的取向变化。
在一个实施方案中，液体介质中可磁性排列颜料的量，可能足以目测观察到液体介质在平衡状态下和施加外力后的外观差异。
可磁性排列颜料可以通过各种方法来制备。颜料薄片可以通过幅面(web)涂层方法来形成，其中通过常规沉积方法将多个层相继添加到幅面材料上，至少一个层含有磁感性材料。在另一种方法中，可以使用顺序包胶方法对可磁性排列颜料或粒子进行涂层。薄膜沉积方法的实例包括物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体增强的气相或物理沉积、溅射、电解沉积和形成薄磁感性层的其他类似方法。
器件的外观取决于可磁性排列颜料的取向。在一个实施方案中，液体介质足够粘稠，使得可磁性排列颜料在无外部施加的力时不重新定向。力的实例是机械压力或磁力。以与器件表面成法线或切线(剪切)方向施加压力，可能扰乱液体介质和可磁性排列颜料以改变器件的外观。通过施加的力，可以将可磁性排列颜料从平衡状态改变成紊乱状态。在移除压力后，磁性层将使颜料回复到其磁性对齐状态。不同器件对施加的力的量级及其施加的持续时间可能具有不同响应。在一个实施方案中，在满足一定的压力阈值之前器件可能不改变其外观。
在一个实施方案中，磁力可用于将可磁性排列颜料的取向回复到平衡位置。磁力可以由磁性层来产生。
在器件中使用的液体介质取决于所需应用。硅油例如聚二甲基硅氧烷，由于可以广粘度范围制备并且粘度随温度相对稳定，因此可能可用于器件。这允许在广温度范围内具有均匀的器件特性(弛豫时间等)。可用作液体介质的其他液体的实例包括烃类或矿物油、聚α-烯烃(PAO)、多元醇酯、二醇类和甘油类。液体介质可以是液体的混合物。
液体介质的厚度可以为约5至约100密尔，或约10至约50密尔厚。在器件的所有部分中，液体介质的厚度不必具有相同厚度。
液体介质的粘度影响扰乱平衡状态所需的压力和弛豫时间。一般来说，较高的粘度需要较高的施加外力来诱导液体介质的外观变化。此外，较高的粘度一般转变成较长的弛豫时间。因此，有可能定制粘度以便器件只在特定的外力范围下改变外观。在一个实施方案中，粘度可以在约50至约1,000,000P(泊)或约50,000至约200,000P的范围内。可以将液体介质密封以便压力在活化期间增加，或者可以不密封以便空气可以逸出。后一种实施方案能够使用较小的力活化。
弛豫时间(使可磁性排列颜料回复到其平衡位置所需的时间)还受到磁性层的磁强度、可磁性排列颜料的磁化率、和磁性层与颜料之间的距离的极大影响。较高的磁强度或磁化率导致较快的弛豫时间。然而，这两种因素对扰乱平衡状态所需的压力仅有非常小的影响。因此，通过仔细地操纵磁场的强度、磁性颜料的磁化率和液体介质的粘度，可以产生具有良好受控行为(扰乱平衡状态所需的压力和弛豫时间两者)的器件。弛豫时间可以为约1秒至15秒、约15秒至约30秒、约1分钟、约5分钟、约10分钟、约15分钟、约30分钟、约1小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约10小时、约12小时或约1天。弛豫时间可以是这些实例之间的任何时间或甚至超出这些实例。
使用以高磁化率为特征的颜料，可以在固化的涂层、油墨和塑料中获得三维图像。在这样的应用中，优选通过将未固化的油墨或涂料暴露于磁场使颜料对齐。这允许对可用于产生具有所需深度的三维图像的颜料取向进行受控操纵。在所需颜料取向建立后，将涂层固化以将图像在位固化。
在器件的一个实施方案中，将磁性对齐的机制使用在含有可磁性排列颜料的未固化液体介质中。将液体介质封闭在器件内，并且器件包含至少一个透明或半透明的面和磁性材料。
透明或半透明的面允许对器件内包含的液体介质进行目测检查。它可以包含广泛的各种有机材料，例如透光或半透光的聚合材料，或无机材料例如玻璃。实例包括聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、特氟龙FEP、PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸类树脂、聚苯乙烯和PETG(无定形共聚酯)。透明或半透明的面可以由聚合物的混合物制成。
透明或半透明的面可以只占整个器件的一小部分。主要目的是允许对液体介质进行目测检查，以观察在施加外力和随后移除外力后液体介质的外观变化。
一般来说，磁性材料是不透光的。因此可以将磁性材料定位在器件内，使得不完全阻碍液体介质的观察。磁性材料可以是挠性或刚性的，并可以具有任何常规组成。
磁性材料可以包含磁性粒子在天然或合成的树脂粘合剂中的分散体系。可以通过将磁性粒子分散在未固化或未硬化状态的树脂粘合剂中，然后将混合物成型成片状或磁性物品的其他适合形状，并将粘合剂固化或硬化，来制造磁性材料。例如，可以在高剪切混合器中将磁性粒子分散在未固化橡胶或塑化树脂中，然后通过适合形状的模具或喷嘴，通常在高温下挤出，来形成片材料。片可以挤出时的状态、即未固化状态使用，或者可以通过在混合物中掺入固化剂或硫化剂或通过冷却至室温附近来固化。当通过挤出、压延等来制备时，磁性层可以具有例如约0.25mm至约25.4mm、约0.3mm至约20mm、约0.38mm至约12.7mm的厚度，但取决于最终应用，也可以具有更大或更小的厚度。因此，也可以通过形成颗粒状磁性材料和树脂粘合剂在挥发性介质中的分散体系，来制备磁性层。然后将分散体系在挠性基材上涂层至所需厚度，使挥发性介质蒸发以留下包含分散在树脂粘合剂中的颗粒状磁性材料的层。在磁性材料在树脂粘合剂中的层形成之后，可以通过常规程序将层磁化，例如将层在多极磁化器上通过。磁性层可以包含以重量计约40％至约92％、约55％至约92％或约75％至约92％的磁性颗粒材料，以及约8％至约60％的粘合剂、约8％至约40％的粘合剂或约8％至约25％的粘合剂。
磁性材料可以是能够以足够量掺入到磁性涂层中并被永久性磁化至足够的磁强度，以获得与磁性吸引表面自粘附的磁性层的任何材料。适合的磁性材料包括在挠性或刚性磁性层中常规使用的任何可磁化磁性粒子。因此，可以使用具有高磁化强度和高矫顽磁性的磁性材料，例如锶和钡铁氧体，与铝、镍和钴基材的合金(ALNICO)，稀土磁性材料例如掺有钕、铁、硼等的稀土磁性材料。对于常用刚性磁性材料的性质，参见表1。
在一个实施方案中，磁性层可以包含电磁体。
Figure BDA0000156043780000071
磁性材料可以与液体介质邻接，或者可以由间隔层或衬背层隔开。磁性材料与液体介质之间的距离可用于操控磁场强度，因此可用于操控弛豫时间。
可以通过磁性层在液体介质内产生特定图案、图像或标识。在一个实施方案中，可以使用永磁体作为磁性层。可以将永磁体策略性放置，以将可磁性排列粒子或颜料吸引到特定位置，吸引成特定取向，或两者。可以通过雕刻磁性材料来形成图像，雕刻磁性材料可以在雕刻区域中改变磁体的磁强度。可以通过在磁性层与可磁性排列颜料之间使用可以阻断磁场的屏蔽材料来形成图像。可以使用固定磁体的组合，在液体介质处于其平衡状态时形成广泛的各种三维图案。这些图像、标识或图案被施加的外力所扰乱，但是当外力被移除时在给定的弛豫时间后重新形成。在一个实施方案中，磁性层包含永磁体和磁性涂层两者。
压色器件可用于广泛的各种应用。其实例包括被设计用于装饰或安保零件(feature)的应用。使用薄膜或套筒式收缩膜形式的压敏标识，对于下一代包装设计来说可能是理想的。此外，器件可用作外显的安保零件，以保护敏感文件或完工的商品免于不当的操控或伪造。
压色器件还可以用作可逆压力传感器。一个实例包括用于指示压力的突然变化的压敏薄膜。这可以用作例如在运动场地(例如网球场)或难以确定物体是否与边界相接触的场地上使用的边界直接指示器。另一个实例是使用这种器件指示挠性物体例如饮料容器内的轻微压力变化。
压色器件可以用作提醒物，例如当药物需要按定期日程安排但不是较频繁分发时。器件上的压力可以分发药物，同时扰乱磁性排列颜料。在预定时间后，磁性排列颜料回复到其平衡状态。当颜料不处于平衡状态时，表明药物已在预定时间内分发并且不应该再次分发，直到颜料回复到其平衡状态以后。
尽管已通过几个实施方案的描述对本公开进行了说明，并在同时相当详细地描述了说明性实施方案，但是申请人的意图不是将随附的权利要求书的范围限定或以任何方式限制于这些细节。对于本领域技术人员来说，可以容易地看出其他优点和修改方案。
实施例
实施例1基于磁性排列的压色器件
使用如图1中所示的包含一系列堆叠薄膜的模块设计，实现了基于磁性排列的压色器件的演示。制备始于切出两块25mm乘38mm的矩形磁性片(例如ProMAG
Figure BDA0000156043780000091
Adhes-A-MAGTM，12382)。在一块磁性矩形(不含胶粘剂的面)上放置一段长度的双面胶带(Shurtape DF 65)。通过附着有双面胶带的磁性矩形冲出直径约8mm的孔。将适合的间隔材料(例如PETE、聚乙烯、聚丙烯、纤维板或卡片纸)切割成尺寸约为12mm乘12mm的正方形。该磁性矩形不必需已经是磁性材料。
将正方形间隔材料置于完整的磁性片上并居中放置(可以多层堆叠的方式使用一种以上类型的间隔物片，以便获得所需厚度)。将带有孔的磁性片上的衬纸移除，并紧固到实心磁性片和间隔物上，使得间隔物形成孔的底面，孔的边缘通过胶粘性衬背密封(参见图1)。
将浅的孔(孔厚度＝磁性片的厚度)用由聚二甲基硅氧烷(ClearcoProducts Co.，100,000cSt)中的2wt％磁性颜料(例如SunGEMTM290-7203，SunChemical)构成的悬液装填。孔用约28mg悬液装填。然后除去双面胶带的衬背，并将一片透明的乙烯基片附贴到胶粘剂上作为覆盖层。仔细进行片的附贴，以防将任何显著量的空气捕获在孔内。
在约45分钟后，将包含在悬液内的可磁性排列的粒子沿着由磁性片建立的磁场线排列，产生轮廓分明的三维图像。
压色响应由在与含有悬液的浅孔成法线的方向上施加6秒钟10N/cm2的力来引发。在除去施加的外力后，图像立即完全扰乱，产生例如SunGEMTM 290-7203特征性的均匀银色珠光外观。
在约45分钟时间内，器件的可视部分从一致的银色珠光外观转变回由磁场线诱发的轮廓分明的三维图像(如图2中所示)。
获得如上述实施例中所述的外观变化所需的时间长度，可以随着在本发明的器件中使用的材料的类型和构造而显著变化。因此，实现外观变化的时间可以在数毫秒至数分钟的范围内，或者如果需要，甚至可以为数小时、数天、数月或数年。在另一个实施方案中，可以将器件构造成使得外观发生永久性变化，因为这可以用作安全性零件以显示不当操作的证据。还可以将器件构造成使其反映出在最初施加力之后流逝的时间的精确量。
压色器件可用于广泛的各种应用。实例包括应用于玩具、游戏、定时器、设备组件耐受性指示器、装饰、安全性或安保零件。使用薄膜或套筒式收缩膜形式的压敏器件，对于下一代包装设计来说可能是理想的。压色定时器也可用于消费产品和消费品包装。这种器件的使用可以掺入到药物或非处方药品的包装物，例如用于这种包装的瓶、管、罐和盖子中。其他药用器件包括用于胰岛素和其他药物的注射笔以及其他药物递送器件。此外，器件可用作外显的安保零件，以保护敏感文件或完工的商品免于不当的操控或伪造。其他潜在用途可以是用于装饰目的，例如铺地板、墙纸或瓷砖以及其他装饰表面。具体应用的实例包括胶带，例如用于标记篮球或网球场或其他运动比赛场地的运动胶带。其他实例是药用和消费品包装——封套、药瓶、盒、袋(IV和其他)、吸入器、给料器、泡罩包装、喷雾器、管道、囊，其中定时器可用于清楚地识别何时使用或取出药品或产品，或何时从表面除去清洁剂或调节剂或染料，或用于其他应用。
受益于上文中提出的本发明的教导的本领域技术人员，可以对其进行大量修改。这些修改应该被解释为涵盖在随附的权利要求书中提出的本发明的范围之内。

Claims (16)

1.一种器件，其包含透明或半透明的覆盖层和磁性层，其中在覆盖层与磁性层之间是含有可磁性排列颜料的液体介质。
2.权利要求1的器件，其中覆盖层是挠性的。
3.权利要求1的器件，其在液体介质与磁性层之间还包含衬背层。
4.权利要求3的器件，其中衬背是挠性的。
5.一种向权利要求1的器件施加压力的方法，其中压力破坏了颜料的取向。
6.权利要求5的方法，其中磁性层使可磁性排列颜料定向。
7.权利要求1的器件，其中磁性层是电磁体。
8.权利要求1的器件，其中磁性层是永磁体。
9.权利要求1的器件，其中颜料是珠光颜料。
10.权利要求8的器件，其中颜料包含氧化铁层。
11.权利要求1的器件，其中颜料的形状类似薄层。
12.一种用于确定从事件发生时起是否已流逝一定量时间的方法，所述方法包含使用权利要求5的方法，其中事件是向覆盖层施加压力，其中液体介质的粘度足以使颜料在磁性层的磁场中重新定向，其中从事件发生时起流逝的时间被测定到颜料已在磁性层的磁场中完全重新定向时为止。
13.权利要求12的方法，其中对液体介质的粘度、磁场的强度和颜料的磁化率进行选择，使得从事件发生时起经过的时间长于1分钟。
14.权利要求1的器件，其中液体介质选自硅酮、烃类或矿物油、聚α-烯烃、多元醇酯、甘油类和二醇类。
15.权利要求1的器件，其中颜料包含氧化铁。
16.权利要求1的器件，其中颜料的质量磁化率在约0.1×10-5m3/kg至约60×10-5m3/kg的范围内。
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