CN105172283B - 多层薄膜及其制备方法与时间温度指示装置 - Google Patents

多层薄膜及其制备方法与时间温度指示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层薄膜及其制备方法与时间温度指示装置，其中，该多层薄膜包括至少两层夹层以及设于两层所述夹层之间的一层夹心层，所述夹层为高分子致密膜，所述夹心层包括聚合材料以及填充在所述聚合材料中的无机颜料颗粒，所述夹心层具有微孔，进而液体可通过所述微孔在所述夹心层中渗透。本发明多层薄膜的夹心层通过在聚合材料中填充无机颜料颗粒，其微孔特征明显且液体亲和力好。

Description

多层薄膜及其制备方法与时间温度指示装置
技术领域
本发明涉及薄膜技术领域，尤其涉及一种多层薄膜及其制备方法与时间温度指示装置。
背景技术
现有的多层薄膜包括两层夹层以及位于两层夹层中间的中间层，其中，该夹层为LLDPE(Linear Low Density Polyethylene，线型低密度聚乙烯)聚合物材料，中间层为HDPE(High Density Polyethylene，高密度聚乙烯)聚合物材料。该多层薄膜具有优异的防潮性能，适用于包装各种对湿度敏感的物质。
该多层薄膜可以应用于时间温度指示器中，该时间温度指示器的指示原理为时间温度指示器中的相变材料具有一凝固点，当环境温度高于凝固点时，相变材料处于液态，当环境温度低于凝固点时，该相变材料处于固态，进而通过观察相变材料的状态判断环境温度高于或低于凝固点，实现温度指示功能。该液态的相变材料可在该多层薄膜的中间层中渗透，进而通过观察相变材料在中间层中的渗透长度判断时间长度，实现时间指示功能。然而，该中间层采用的HDPE聚合物材料未经拉伸，其微孔特征不明显，液体亲和力差，相变材料的渗透效果差，甚至不渗透，无法满足时间温度指示器的计时要求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多层薄膜，旨在提高多层薄膜的中间层的微孔特征及其液体亲和力。
为实现上述目的，本发明提供的多层薄膜包括至少两层夹层以及设于两层所述夹层之间的一层夹心层，所述夹层为高分子致密膜，所述夹心层包括聚合材料以及填充在所述聚合材料中的无机颜料颗粒，所述夹心层具有微孔，进而液体可通过所述微孔在所述夹心层中渗透。
优选地，至少一层夹层的熔点为80℃～200℃，且具有所述熔点的夹层设于所述多层薄膜的外表面。
优选地，所述无机颜料颗粒为亲水性无机颜料或者疏水性无机颜料。
优选地，所述无机颜料颗粒为二氧化硅、氧化铝、镉红、镉黄、普鲁士蓝、铬黄、碳黑、锌白和二氧化钛中的至少一种。
优选地，所述夹心层还包括可与酸或碱发生变色反应的PH敏感染料。
优选地，所述PH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化合物、中性红、酚红、罗丹明、磺基罗丹明、百里酚蓝、溴酚蓝、溴甲酚绿、溴甲酚紫、溴百里酚蓝、桃红蓝、麝香草酚蓝或者间甲酚紫。
优选地，所述夹心层通过拉伸成型。
本发明还提供一种多层薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将无机颜料颗粒和聚合材料粉末混合均匀，得到混合粉末；
热压所述混合粉末制得薄膜，并拉伸所述薄膜得到夹心层，所述夹心层具有微孔，液体可通过所述微孔在所述夹心层中渗透；
提供高分子致密薄膜作为夹层，在所述夹心层的两侧分别设置至少一层所述夹层。
本发明还提供一种多层薄膜的制备方法，包括步骤如下：
采用溶剂溶解PH敏感染料并加入无机颜料颗粒，蒸发除去所述溶剂，得到所述无机颜料颗粒和PH敏感染料凝结形成的固体；
研磨所述固体得到第一混合粉末，将所述第一混合粉末和聚合材料粉末混合均匀，得到第二混合粉末；
热压所述第二混合粉末制得薄膜，并拉伸所述薄膜得到夹心层，所述夹心层具有微孔，液体可通过所述微孔在所述夹心层中渗透；
提供高分子致密薄膜作为夹层，在所述夹心层的两侧分别设置至少一层所述夹层。
本发明还提供一种时间温度指示装置，包括如上所述的多层薄膜。
本发明多层薄膜的夹心层采用无机颜料颗粒填充聚合材料，该无机颜料颗粒可以起到致孔剂的作用，从而使夹心层的微孔特征明显；同时，无机颜料颗粒改善聚合材料对液体的亲和力，使液体在夹心层中的渗透效果更好；无机颜料颗粒赋予夹心层稳定的初始颜色，该初始颜色可以与液体的颜色叠色形成第三颜色，满足不同客户对不同颜色的要求；另外，夹层为致密膜，其气液隔绝性能好；进一步地，至少一层夹层的熔点为80℃～200℃，且具有该熔点的夹层设于多层薄膜的外表面，由于该夹层的熔点较低，进而可以与其他层间结构在高温下融合，而实现稳固粘结，从而避免了采用丙烯酸树脂胶粘剂将多层薄膜粘结在其他层间结构上时，在夹心层中渗透的液体可以将胶粘剂溶解导致多层薄膜与其他层间结构分层，而造成具有该多层薄膜的时间温度指示装置失效。
附图说明
图1为本发明多层薄膜的制备方法一实施例的流程图；
图2为本发明多层薄膜的制备方法另一实施例的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例就本发明的技术方案做进一步的说明。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。
本发明提供一种多层薄膜，在一实施例中，该多层薄膜包括至少两层夹层以及设于两层夹层之间的一层夹心层，该夹层为高分子致密膜，该夹心层包括聚合材料以及填充在聚合材料中的无机颜料颗粒。通过该无机颜料颗粒的填充，该夹心层具有微孔，进而液体可通过微孔在夹心层中渗透。
本实施例的夹心层采用无机颜料颗粒填充聚合材料，该无机颜料颗粒可以起到致孔剂的作用，从而使夹心层的微孔特征明显；同时，无机颜料颗粒改善聚合材料对液体的亲和力，使液体在夹心层中的渗透效果更好；无机颜料颗粒赋予夹心层稳定的初始颜色，该初始颜色可以与液体的颜色叠色形成第三颜色，满足不同客户对不同颜色的要求；另外，夹层为致密膜，其气液隔绝性能好。
在该实施例中，进一步地，该多层薄膜优选为三个层级结构的薄膜，即一层夹心层设置在两层夹层之间。然而该多层薄膜的层级结构并不限于三层，其夹层的数量可以根据实际需求进行设置。该多层薄膜可以通过共挤出方式或复合方式成型。
在该实施例中，该夹层为高分子致密膜，即夹层无明显微孔特征或微孔足够小，可阻止液体渗入夹心层。进一步地，该夹层可为聚氯乙烯(PVC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。应当理解，其他具有透明、良好柔韧性和防渗性能的材料都可作为本发明的夹层材料。
更进一步地，至少一层夹层具有相对较低的熔点，该熔点为80℃～200℃，具有该熔点的夹层设于多层薄膜的外表面，由于该夹层的熔点较低，进而可以与其他层间结构在高温下融合，实现稳固粘结，从而避免了采用丙烯酸树脂胶粘剂将多层薄膜粘结在其他层间结构上时，在夹心层中渗透的液体可以将胶粘剂溶解导致三层薄膜与其他层间结构分层，而造成具有该多层薄膜的时间温度指示装置失效。优选地，该具有较低熔点的夹层还可以为聚乙烯或聚丙烯，例如，双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)。
在该实施例中，该夹心层具有明显的微孔特征，对液体具有良好的亲和力，液体可以通过微孔在其中渗透。进一步地，该夹心层经拉伸成型，其微孔特征更加明显。该微孔的孔径在50nm～5um之间，孔径大小可以通过控制夹心层的拉伸程度来实现。
在该实施例中，聚合材料为聚烯烃、聚环氧烷烃或缩合聚合物。进一步地，该聚烯烃为聚乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯。该聚环氧烷烃为聚环氧乙烷。该缩合聚合物为聚酯、聚甲醛或聚醚，其中，该聚酯为聚碳酸酯或聚酰胺。
在该实施例中，无机颜料颗粒具有热稳定性，进一步地，在极性上，该无机颜料颗粒可分为疏水性无机颜料和亲水性无机颜料。在具体种类上，该无机颜料颗粒为二氧化硅、氧化铝、镉红、镉黄、普鲁士蓝、铬黄、碳黑、锌白和二氧化钛中的至少一种。应当理解，其它具有热稳定性的无机颜料颗粒也可作为本发明的无机颜料颗粒。
在该实施例中，进一步地，该夹心层还包括可与酸或碱发生变色反应的PH敏感染料。该PH敏感染料具有热稳定性，其在本发明中起三方面的作用，一是作为致孔剂在薄膜拉伸时形成微孔特征增强的夹心层；二是其为夹心层提供稳定的初始颜色；三是与呈酸性或碱性的液体发生变色反应，丰富夹心层的颜色。
更进一步地，该PH敏感染料为间甲酚紫(MCP)、麝香草酚酞、邻甲酚酞、溴百里酚蓝(BTB)、甲酚红、十六烷基三甲基铵阳离子(CTA)化合物、中性红(NR)、酚红(PR)、罗丹明(R6G)磺基罗丹明101、百里酚蓝。溴酚蓝(BPB)、溴甲酚绿(BCG)、溴甲酚紫(BCP)、溴百里酚蓝(BTB)、桃红蓝(PB)、麝香草酚蓝(TB)或间甲酚紫(MCP)。
该PH敏感染料还可是噻嗪染料、恶嗪染料、吖嗪染料、靛酚染料或靛蓝染料。该噻嗪染料可以是亚甲基蓝、劳氏紫或甲苯胺蓝。该恶嗪染料可以是刃天青、藏红O或天青石蓝。该吖嗪染料可以是甲酚紫或天青A。该靛酚染料可以是二氯靛酚。该靛蓝染料可以是靛蓝或靛青胭脂红。
应当理解地，其它对PH敏感的变色材料也可作为本发明的PH敏感染料。
本发明还提供一种多层薄膜的制备方法，参照图1，在一实施例中，该多层薄膜的制备方法包括：
步骤10、将无机颜料颗粒和聚合材料粉末混合均匀，得到混合粉末。其中，该无机颜料颗粒和聚合材料粉末优选采用研磨的方式混合至颜色均一。
步骤12、热压混合粉末制得薄膜，并拉伸薄膜得到夹心层，夹心层具有微孔，液体可通过微孔在夹心层中渗透。其中，热压优选为采用热板在5吨的压力下将混合粉末在熔融状态下热压5分钟，在冷却到一定程度后，才对薄膜进行拉伸。
步骤14、提供高分子致密薄膜作为夹层，在夹心层的两侧分别设置至少一层夹层。其中，在本实施例中，优选通过共挤出方式或复合方式得到多层薄膜。
在本实施例中，进一步地，至少一层夹层具有相对较低的熔点，该熔点为80℃～200℃，具有该熔点的夹层设于多层薄膜的外表面，由于该夹层的熔点较低，进而可以与其他层间结构在高温下融合，实现稳固粘结，从而避免了采用丙烯酸树脂胶粘剂将多层薄膜粘结在其他层间结构上时，在夹心层中渗透的液体可以将胶粘剂溶解导致三层薄膜与其他层间结构分层，而造成具有该多层薄膜的时间温度指示装置失效。优选地，该具有较低熔点的夹层为聚乙烯或聚丙烯，例如，双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)。
参照图2，图2为本发明多层薄膜的制备方法的另一实施例的流程图，在该另一实施例中，该多层薄膜的制备方法包括：
步骤20、采用溶剂溶解PH敏感染料并加入无机颜料颗粒，蒸发除去溶剂，得到无机颜料颗粒和PH敏感染料凝结形成的固体。其中，该溶剂的蒸发是在蒸发器中进行的。
步骤22、研磨固体得到第一混合粉末，将第一混合粉末和聚合材料粉末混合均匀，得到第二混合粉末。
步骤24、热压第二混合粉末制得薄膜，并拉伸薄膜得到夹心层，夹心层具有微孔，液体可通过微孔在夹心层中渗透。其中，热压优选为采用热板在5吨的压力下将混合粉末在熔融状态下热压5分钟，在冷却到一定程度后，才对薄膜进行拉伸。
步骤26、提供高分子致密薄膜作为夹层，在夹心层的两侧分别设置至少一层夹层。其中，在本实施例中，优选通过共挤出方式或复合方式得到多层薄膜。
在本实施例中，进一步地，至少一层夹层具有相对较低的熔点，该熔点为80℃～200℃，具有该熔点的夹层设于多层薄膜的外表面，由于该夹层的熔点较低，进而可以与其他层间结构在高温下融合，实现稳固粘结，从而避免了采用丙烯酸树脂胶粘剂将多层薄膜粘结在其他层间结构上时，在夹心层中渗透的液体可以将胶粘剂溶解导致三层薄膜与其他层间结构分层，而造成具有该多层薄膜的时间温度指示装置失效。优选地，该具有较低熔点的夹层为聚乙烯或聚丙烯，例如，双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)。
本发明还提供一种时间温度指示装置，在一实施例中，该时间温度指示装置包括上述的多层薄膜，该多层薄膜的具体结构参照上述实施例，由于本实施例的时间温度指示装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
在本实施例中，进一步地，该多层薄膜的至少一层夹层具有相对较低的熔点，该熔点为80℃～200℃，具有该熔点的夹层设于多层薄膜的外表面，由于该夹层的熔点较低，进而可以与其他层间结构在高温下融合，实现稳固粘结，从而避免了采用丙烯酸树脂胶粘剂将多层薄膜粘结在其他层间结构上时，在夹心层中渗透的液体可以将胶粘剂溶解导致三层薄膜与其他层间结构分层，而造成具有该多层薄膜的时间温度指示装置失效。优选地，该具有较低熔点的夹层为聚乙烯或聚丙烯，例如，双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)。
现通过如下列举的实施例1至实施例4对本发明多层薄膜及其制备方法做进一步说明。
实施例1
S1、提供无机颜料颗粒；
选取纳米级疏水二氧化硅粉末作为无机颜料颗粒，二氧化硅具有低成本、安全、易处理的特征。
S2、制备夹心层；
将0.4g疏水纳米二氧化硅粉末加入到2.0～4.0g低密度聚乙烯粉末材料中，将上述两种粉末研磨至颜色均一，然后使用热板在5吨的压力下将研磨得到的粉末在115℃热压5分钟，冷却到一定程度后，双向拉伸薄膜，制备得到厚度为0.1mm的低密度聚乙烯微孔薄膜。
S3、制备多层薄膜；
分别选取厚度为15um的PET薄膜和BOPP薄膜作为夹层，按PET薄膜/低密度聚乙烯微孔薄膜/BOPP薄膜的顺序，通过共挤出方式或复合方式，制备得到厚度为0.13mm的白色三层薄膜。由于该BOPP薄膜的熔点一般为170℃～180℃，进而该多层薄膜的夹层可通过高温熔融的形式密封稳固地粘结在其他层间结构上以制得时间温度指示装置，可以避免采用丙烯酸树脂胶粘剂将多层薄膜粘结在其他层间结构上时，在夹心层中渗透的液体可以将胶粘剂溶解导致三层薄膜与其他层间结构分层，而造成具有该多层薄膜的时间温度指示装置失效。
实施例2
S1、提供无机颜料颗粒；
选取纳米级疏水普鲁士蓝颜料作为无机颜料颗粒。
S2、制备夹心层；
为与疏水无机颜料颗粒相匹配，选取具有疏水特征的聚乙烯作为本实施例的夹心层材料；
将0.2g疏水普鲁士蓝颜料颗粒加入到2.0～4.0g中密度聚乙烯粉末材料中，将上述两种粉末研磨至颜色均一，然后使用热板在5吨的压力下将研磨得到的粉末在115℃热压5分钟，冷却到一定程度后，双向拉伸薄膜，制备得到厚度为0.15mm的蓝色中密度聚乙烯微孔薄膜。
S3、制备多层薄膜；
分别选取厚度为15um的PVC薄膜和LDPE薄膜作为夹层，按PVC薄膜/中密度聚乙烯微孔薄膜/LDPE薄膜的顺序，通过共挤出方式或复合方式，制备得到的厚度为0.18mm的蓝色三层薄膜。本实施例的LDPE薄膜的熔点一般为108～126℃，其同样可以实现实施例1中的BOPP薄膜的技术效果。
实施例3
S1、提供无机颜料颗粒；
选取亲水氧化铝作为无机颜料颗粒。
S2、制备夹心层；
为与亲水无机颜料颗粒相匹配，选取具有亲水特征的聚环氧乙烷作为本实施例的夹心层材料；
将0.4g亲水氧化铝颜料颗粒加入到2.0～4.0g的聚环氧乙烷粉末(该聚环氧乙烷粉末为经200目的过滤网过滤得到)材料中，将上述两种粉末研磨至颜色均一，然后使用热板在5吨的压力下将研磨得到的粉末在65℃热压5分钟，冷却到一定程度后，双向拉伸薄膜，制备得到厚度为0.10mm的白色聚环氧乙烷微孔薄膜。
S3、制备多层薄膜；
选取厚度为15um的BOPP薄膜作为夹层，按BOPP薄膜/聚环氧乙烷微孔薄膜/BOPP薄膜的顺序，通过共挤出方式或复合方式，制备得到厚度为0.13mm的白色三层薄膜。本实施例的BOPP薄膜同样可以实现实施例1中的BOPP薄膜的技术效果。
实施例4
S1、制备混合粉末；
选取疏水氧化铝粉末作为无机颜料颗粒，选取亚甲基蓝粉末作为PH敏感染料，将0.04g亚甲基蓝粉末加入50ml的乙醇溶剂中溶解，然后加入2.0g疏水氧化铝粉末中，将混合物充分搅拌，并放入蒸发器中去除乙醇溶剂，研磨得到蓝色的混合粉末。
S2、制备夹心层；
将上述0.4g混合粉末加入到2.0～4.0g的高密度聚乙烯粉末材料中，将该混合粉末和高密度聚乙烯粉末研磨至颜色均一，然后使用热板在5吨的压力下将研磨得到的粉末在115℃热压5分钟，冷却到一定程度后，双向拉伸薄膜，获得厚度为0.10mm的蓝色高密度聚乙烯微孔薄膜。
S3、制备多层薄膜；
选取厚度为15μ的LDPE薄膜作为夹层，按LDPE薄膜/高密度聚乙烯微孔薄膜/LDPE薄膜的顺序，通过共挤出方式或复合方式，得到厚度为0.13mm的蓝色三层薄膜。本实施例的LDPE薄膜同样可以实现实施例1中的BOPP薄膜的技术效果。
应当说明的是，本发明的各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域的技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多层薄膜，包括至少两层夹层以及设于两层所述夹层之间的一层夹心层，其特征在于，所述夹层为高分子致密膜，所述夹心层包括聚合材料以及填充在所述聚合材料中的无机颜料颗粒，所述夹心层具有微孔，进而液体可通过所述微孔在所述夹心层中渗透，至少一层夹层的熔点的范围为80℃～200℃。
2.如权利要求1所述的多层薄膜，其特征在于，至少一层夹层的熔点为80℃～200℃，且具有所述熔点的夹层设于所述多层薄膜的外表面。
3.如权利要求1所述的多层薄膜，其特征在于，所述无机颜料颗粒为亲水性无机颜料或者疏水性无机颜料。
4.如权利要求1所述的多层薄膜，其特征在于，所述无机颜料颗粒为二氧化硅、氧化铝、镉红、镉黄、普鲁士蓝、铬黄、碳黑、锌白和二氧化钛中的至少一种。
5.如权利要求1所述的多层薄膜，其特征在于，所述夹心层还包括可与酸或碱发生变色反应的PH敏感染料。
6.如权利要求5所述的多层薄膜，其特征在于，所述PH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化合物、中性红、酚红、罗丹明、磺基罗丹明、百里酚蓝、溴酚蓝、溴甲酚绿、溴甲酚紫、溴百里酚蓝、桃红蓝、麝香草酚蓝或者间甲酚紫。
7.如权利要求1所述的多层薄膜，其特征在于，所述夹心层通过拉伸成型。
8.一种多层薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将无机颜料颗粒和聚合材料粉末混合均匀，得到混合粉末；
热压所述混合粉末制得薄膜，并拉伸所述薄膜得到夹心层，所述夹心层具有微孔，液体可通过所述微孔在所述夹心层中渗透；
提供高分子致密薄膜作为夹层，在所述夹心层的两侧分别设置至少一层所述夹层，至少一层夹层的熔点的范围为80℃～200℃。
9.一种多层薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用溶剂溶解PH敏感染料并加入无机颜料颗粒，蒸发除去所述溶剂，得到所述无机颜料颗粒和PH敏感染料凝结形成的固体；
研磨所述固体得到第一混合粉末，将所述第一混合粉末和聚合材料粉末混合均匀，得到第二混合粉末；
热压所述第二混合粉末制得薄膜，并拉伸所述薄膜得到夹心层，所述夹心层具有微孔，液体可通过所述微孔在所述夹心层中渗透；
提供高分子致密薄膜作为夹层，在所述夹心层的两侧分别设置至少一层所述夹层，至少一层夹层的熔点的范围为80℃～200℃。
10.一种时间温度指示装置，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的多层薄膜。
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