CN112991906A - 一种基于莫尔效应的温度标签、制备方法及其温度指示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于莫尔效应的温度标签、制备方法及其温度指示方法，所述温度标签，包括一个基体和一个透明薄膜；基体由热致形状记忆聚合物制成，表面印刷有图案；在所述印有图案的基体表面实施预变形处理，从而使其原本平整表面形成凹凸起伏的预变形或使原本凹凸起伏的表面成为平整表面的预变形，所述预变形在温度上升到特定温度或温度区间后消失或逐步消失；所述透明薄膜上印刷有图案，并覆盖在印有图案且经预变形处理的基体表面上；所述透明薄膜上的图案与基体上的图案能够产生莫尔效应。基于莫尔效应的视觉效果来强化基体表面预变形在不同温度下形状恢复时对应的图案变化，从而对环境温度进行指示，能指示多个温度、温度指示精度高。

Description

一种基于莫尔效应的温度标签、制备方法及其温度指示方法

背景技术

在许多领域中都需要全程记录产品经历的最高环境温度，判断物品所处环境温度是否超出允许范围，实现温度全过程可追溯。例如在疫苗冷链物流中，由于冷链不完整导致疫苗在一定时间内超出所限定的保存温度，导致疫苗失效。这种由于冷链不完整而导致的疫苗失效很难被辨别出来，失效疫苗对使用者不但没有保护的作用，有时反而成为一种伤害，甚至有致命威胁。同样的问题也存在于矿产业的铜的电气精炼、热处理、机械部件温度监控等高温环境中。

许多聚合物材料具有显著的形状记忆效应，能够感知环境的变化，并以形貌变化的方式做出响应。目前，热致驱动是形状记忆聚合物最为普遍的一种驱动方式，其原理是利用聚合物对于温度的敏感特性来激发形状恢复。莫尔效应是一种视觉感知，当两个相似的、重复的、网格状的线条、圆圈或点在视线中重叠，不完全对齐时，就会出现明暗线条的图案。通过这种图案，肉眼可以更加明显地观察到预变形图案的变化。

目前，利用聚合物的形状记忆效应进行温度指示的技术已有大量的相关技术，但都存在一定的不足。例如，中国专利CN201420053372.6、CN201320038240.1、CN201310045236.2、CN201310064675.8、CN201310045265.9、CN201210430273.0、CN201210206952.X、CN201380006316.5和中国专利申请CN201910386161.1虽然这些技术达到了温度指示的目的，但都存在着工艺复杂、肉眼观察不明显、指示温度范围小、同一个预变形不能指示多个温度、温度指示精度低等问题。

专利CN201210206952.X公开了一种温度指示方法及温度指示标签及温度指示标签的制造方法，该方法是采用热致形状记忆聚合物材料制作温度指示标签。通过加热、冷却完成预变形处理，并将预变形后的温度标签直接放在需要温度指示的环境中，通过观察形状是否恢复进行温度指示。该方法只能判断环境温度是否达到或超过特定温度，在指示多个温度时需要在不同位置施加多个预变形，工艺复杂且温度指示只精确到1℃。

专利CN201310045265.9公开了一种变色防伪或温度指示标签及变色防伪或温度指示方法，该方法通过在一个热致形状记忆聚合物材料基体表面进行预变形，在预变形表面有一层能够因为应力或应变而变色或改变透明度的薄膜，根据观察薄膜的颜色或透明度的变化进行温度指示。但在使用过程中容易受到挤压、碰撞等外力因素的影响使标签失效，颜色与透明度变化不明显，不能准确判断温度变化且温度指示精度低。

专利CN201310045236.2公开了一种基于形状记忆聚合物的温度指示或多层次防伪指示标签及其温度指示或多层次防伪指示方法，该方法在同一温度下，对热驱动形状记忆聚合物材料，进行一处连续变化的预变形或多处尺寸各不相同的预变形，通过预变形在不同温度下的形状恢复状态来进行温度或防伪指示，对材料的预变形处理虽然在一定程度上提高了温度指示的精度，但对温度指示结果的观察方式上仍采用直接观察的方式，因此存在结果读取不直观、不准确等问题。除此，该专利技术方案中不同温度对应的形状恢复形貌较为简单，复制难度低，因此存在温度指示结果可被修改及重复使用的问题。

专利CN201420053372.6公开了一种基于视觉图像变化的防伪或温度标签，该方法将形状记忆聚合物施加的预变形表面预制为排列的多个透镜或平面，通过预变形形成或形状恢复过程中形成或消失的透镜结构，观察图案变化进行温度指示。但是增加透镜结构使得制备工艺更加复杂，且表面容易受到挤压变形使标签失效，对不同温度的指示仍然利用在不同温度下实施预变形来实现。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，为了解决当前温度标签存在的肉眼观察不明显、指示温度范围小、同一个预变形不能指示多个温度、温度指示精度低等问题，本发明提供了一种结构简单、制备方便的基于莫尔效应的温度标签、制备方法及其温度指示方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于莫尔效应的温度标签，其特征在于：包括一个基体和一个透明薄膜；所述基体由热致形状记忆聚合物制成，在基体表面印刷有图案；在所述印有图案的基体表面实施预变形处理，从而使其原本平整表面形成凹凸起伏的预变形或使原本凹凸起伏的表面成为平整表面的预变形，所述预变形在温度上升到特定温度或温度区间后消失或逐步消失；所述原有凹凸形貌或预变形后形成的形貌其尺寸是毫米、微米或者纳米级；所述透明薄膜上印刷有图案，并覆盖在印有图案且经预变形处理的基体表面上；所述透明薄膜上的图案与基体上的图案能够产生莫尔效应。

进一步地，所述基体和/或薄膜表面印刷的图案是周期性排列的条纹、圆点、格子、弧线中的一种或多种组合。

进一步地，所述形状记忆聚合物具有多个转变温度的聚合物。

进一步地，所述基体的形状为圆球、圆柱、块体、板材、薄膜中的一种或多种。

进一步地，所述基体表面的预变形为基体表面的凸起、凹痕、褶皱、压平中的一种或多种。

进一步地，所述预变形为多个预变形，每个预变形具有特定的形状恢复温度或温度区间。

进一步地，所述基体上印刷的图案，可以通过将图案印刷在织物上而后再将其粘贴到基板上来实现。

所述的基于莫尔效应的温度标签的制备方法，其特征在于：以热致形状记忆聚合物材料为基体，在其表面印刷特定图案，再在印刷有图案的表面上形成至少一处能够经加热恢复形状的预变形；之后在预变形的表面覆盖上一个印有图案的透明薄膜，基体上的图案与透明薄膜上的图案能够产生莫尔效应；获得基于莫尔效应的温度指示标签。

所述的基于莫尔效应的温度标签的指示方法，其特征在于：

所述温度标签基体上的预变形在环境温度变化时产生相应的形貌变化，并在莫尔效应的作用下清晰显示，根据预先的加热恢复实验确定不同形貌对应的温度或温度区间，制作标准比照卡；

将所述温度指示标签与被测物相关联，经温度变化之后，根据所述温度指示标签表面基于莫尔效应所显示的图案变化，参照标准比照卡，判断相关联的被测物所经历的最高温度。

本发明提供的一种基于莫尔效应的温度标签、制备方法及其温度指示方法。相对于现有技术，本发明以热致形状记忆聚合物材料为基体，在其表面印刷特定图案，在印刷有图案的表面上形成至少一处能够经加热恢复形状的预变形。之后在预变形的表面覆盖上一个印有图案的透明薄膜，经温度变化之后，根据标签表面基于莫尔效应所显示的图案变化，参照标准比照卡，判断被测物所经历的最高温度。

本发明与现有技术相比，有如下优点：

1. 本发明提供的温度标签及其制备方法，在基体和覆盖的透明薄膜表面均有印刷的莫尔条纹，两层重叠的莫尔条纹，形成透光与不透光相间排列的莫尔图案，从而可更加清晰地观察基体上预变形图案发生的变化，使温度指示的结果更为直观便利。

2. 本发明提供的温度标签及其制备方法，基于莫尔效应的视觉效果，在基体表面预变形恢复所引起的图案变化时，可以更加准确判断预变形恢复程度，从而读取指示温度时更加精确，即提高了温度指示的准确性。

3. 本发明提供的温度标签及其制备方法，基于莫尔效应的视觉效果来强化基体表面预变形在不同温度下形状恢复时对应的图案变化，从而对环境温度进行指示。其通过莫尔效应所强化的形状恢复图案难以复制，因此，本发明所提供的温度指示标签具有其温度指示结果很难被修改，也不易被重复使用，其温度指示结果的真实性更有保障。

4. 本发明提供的温度标签及其制备方法，基于莫尔效应的视觉效果，选择具有不同转变温度的形状记忆聚合物，通过在不同温度下施加由边缘到中间逐渐加深的预变形，可以在保证测温精度的同时实现不同的测温范围的温度指示。

5.本发明提供的温度标签温度指示方法，把经温度变化之后的标签表面基于莫尔效应所显示的图案变化与标准比照卡对照，判断出被测物所经历的最高温度，进一步提高测温精度。

6.本发明通过在特定温度下对形状记忆聚合物实施预变形，根据莫尔图案读取并指示温度，制作温度指示标签，其结构简单、制备方便、制造成本低。

附图说明

图1是本发明基于莫尔效应的温度标签的结构和制备过程示意图。

图2是本发明实施例一的温度标签的温度指示过程示意图。

图3是本发明实施例二的温度标签的温度指示过程示意图。

图4是本发明实施例三的温度标签的温度指示过程示意图。

图5是本发明实施例四的温度标签的温度指示过程示意图。

图6是本发明实施例七的温度标签的温度指示过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的基于莫尔效应的温度标签的其制备方法为：以热致形状记忆聚合物材料为基体，在其表面印刷特定图案，再在印刷有图案的表面上形成至少一处能够经加热恢复形状的预变形；之后在预变形的表面覆盖上一个印有图案的透明薄膜，基体上的图案与透明薄膜上的图案能够产生莫尔效应；获得基于莫尔效应的温度指示标签。

实施例一：

以30mm × 30mm × 1mm硅橡胶形状记忆聚合物薄膜基体，其玻璃化转变温度为-40℃。硅橡胶形状记忆聚合物基体正面印刷有一组周期性波浪状条纹；将硅橡胶形状记忆聚合物加热至-20℃后在其表面施加凹痕预变形，凹痕预变形为圆形轮廓且深度沿径向由外至内逐渐增大；在一个透明薄膜上印刷相同的周期性波浪状条纹，将透明薄膜粘贴到基体正面使两组条纹夹角为2°，制成如图2（a）所示的基于莫尔效应的温度指示标签，温度指示区间为[-34℃,-28℃] ，精度为2℃。标签从-34℃逐渐受热发生形状恢复过程中，其在不同温度下对应的预变形基于莫尔效应所显示的图案如图2(b)、图2(c)、图2(d)所示。

实施例二：

以30mm × 30mm × 0.5mm丁苯橡胶形状记忆聚合物基体，其玻璃化转变温度为-30℃。丁苯橡胶形状记忆聚合物基体成型固化后的初始形状为表面有椭圆形凹痕的片材（凹痕预变形深度沿径向由外至内逐渐减小），将其加热至-5℃后进行预变形处理，使其表面变平整，进而在其预变形后的平整表面上印刷周期性波浪状条纹；在一个透明薄膜上印刷相同的周期性波浪状条纹，并将透明薄膜粘贴到基体正面使两组条纹夹角为1°，制成如图3（a）所示的基于莫尔效应的温度指示标签，温度指示区间为[-25℃,-22℃] ，精度为1℃。温度标签从-25℃逐渐受热至-22℃过程中发生形状恢复过程中，其在不同温度下对应的预变形基于莫尔效应所显示的图案如图3(b)、图3(c)、图3(d)所示。

实施例三：

以40mm × 40mm × 0.5mm三元乙丙橡胶形状记忆聚合物薄膜基体，其玻璃化转变温度为-35℃。三元乙丙橡胶形状记忆聚合物基体正面印刷有一组周期性线形条纹；将三元乙丙橡胶形状记忆聚合物加热至-5℃后在其表面施加凹痕预变形，凹痕预变形为圆形轮廓且深度沿径向由外至内逐渐增大；在一个透明薄膜上印刷相同的线形条纹，将透明薄膜粘贴到基体正面使两组条纹夹角为3°，制成如图4（a）所示的基于莫尔效应的温度指示标签，温度指示区间为[-20℃,-16℃] ，精度为0.2℃。标签从-20℃逐渐受热发生形状恢复过程中，其在不同温度下对应的预变形将基于莫尔效应所显示不同的图案。标签从-20℃逐渐加热恢复，记录不同温度下圆形凹痕径向的尺寸，制作标准比照卡。将标签贴在待测物表面，观察读取标签表面图案尺寸，如图4（b）所示莫尔形貌表明此物品经历的最高温为-18.6℃，图4（c）所示莫尔形貌表明此物品经历的最高温为-16℃或超过-16℃。

实施例四：

以40mm × 40mm × 0.5mm聚氨酯形状记忆聚合物薄膜基体，其玻璃化转变温度为-10℃。聚氨酯形状记忆聚合物基体表面印刷有一组周期性排列的黑色格状条纹；将聚氨酯形状记忆聚合物加热至20℃后在其表面施加凹痕预变形，凹痕预变形为圆形轮廓且深度沿径向由外至内逐渐增大；在一个透明薄膜上印刷相同的格状的蓝色条纹，将透明薄膜粘贴到基体正面使两组条纹夹角为2°，制成如图5（a）所示的基于莫尔效应的温度指示标签，温度指示区间为[4℃,8℃] ，精度为0.2℃。标签从4℃逐渐受热发生形状恢复过程中，其在不同温度下对应的预变形将基于莫尔效应所显示不同的图案。将标签从-20℃逐渐加热恢复，记录不同温度下圆形凹痕径向的尺寸，制作标准比照卡。将标签贴在待测物表面，观察读取标签表面图案尺寸，如图5（b）所示莫尔形貌表明此物品经历的最高温为5.6℃，图5（c）所示莫尔形貌表明此物品经历的最高温为8℃或已超过8℃。

实施例五：

以40mm × 40mm × 0.5mm硅橡胶形状记忆聚合物薄膜基体，其玻璃化转变温度为-10℃。聚氨酯形状记忆聚合物基体表面印刷有一组周期性排列的黑色格状条纹；将聚氨酯形状记忆聚合物加热至10℃后在其表面施加凹痕预变形，凹痕预变形为圆形轮廓且深度沿径向由外至内逐渐增大；在一个透明薄膜上印刷相同的格状的蓝色条纹，将透明薄膜粘贴到基体正面使两组条纹夹角为2°，制备成如图5（a）所示结构的基于莫尔效应的温度指示标签，温度指示区间为[-10℃,0℃] ，精度为0.5℃。标签从-10℃逐渐受热发生形状恢复过程中，其在不同温度下对应的预变形将基于莫尔效应所显示不同的图案。将标签从-10℃逐渐加热恢复，记录不同温度下圆形凹痕径向的尺寸，制作标准比照卡。将标签贴在待测物表面，观察读取标签表面莫尔图案变化来判定环境在其温度测试区间内经历的最高温度。

实施例六：

以30mm × 30mm × 0.5mm乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）形状记忆聚合物为基体，其玻璃化转变温度为10℃。其基体正面印刷有一组条形周期性条纹，背面平整，将基体加热到25℃后施加圆形凹痕预变形，凹痕深度在径向由外至内逐渐增大；在一个透明薄膜上印刷相同的条形周期性条纹，将透明薄膜粘贴到基体正面使两组条纹夹角为20°，制成温度指示标签，参见图4，温度指示区间为[20℃, 30℃] ，精度为1℃。将标签从20℃逐渐加热恢复，记录不同温度下圆形凹痕的尺寸，制作标准比照卡。将标签贴在待测物表面，观察读取标签表面莫尔图案变化来判定环境在其温度测试区间内经历的最高温度。

实施例七：

以60mm × 30mm × 1mm的聚四氟乙烯（PTFE）热致形状记忆聚合物为基体，其玻璃化转变温度为120℃、熔融温度为325℃。其基体表面印刷有一组周期性线形条纹，将基体加热到320℃后，施加如图6（a）中右侧所示的深度相同的圆形凹痕预变形；在冷却降温过程中，当温度降至150℃时施加如图6（a）中左侧所示的深度相同的圆形凹痕预变形；在一个透明薄膜上印刷相同的周期性线形条纹，将透明薄膜粘贴到基体正面使两组弧线夹角为3°，形成莫尔图案，制成温度标签。此莫尔效应温度标签存在两个温度指示区间，温度指示区间分别为[114℃, 122℃]、[300℃, 308℃] ，精度为2℃。将标签分别从114℃逐渐加热到122℃，记录不同温度下的凹痕径向尺寸变化时对应的莫尔效应形貌特征，制作低温区间的标准比照卡；将标签分别从300℃逐渐加热到308℃，记录不同温度下的凹痕径向尺寸变化时对应的莫尔效应形貌特征，制作高温区间的标准比照卡；将标签贴在待测物表面，通过观察读取标签表面莫尔形貌对应的温度刻度，可判断标签环境所经历的最高温度，如图6（b）所示莫尔形貌所指示的温度为118℃。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于莫尔效应的温度标签，其特征是：包括一个基体和一个透明薄膜；所述基体由热致形状记忆聚合物制成，在基体表面印刷有图案；在所述印有图案的基体表面实施预变形处理，从而使其原本平整表面形成凹凸起伏的预变形或使原本凹凸起伏的表面成为平整表面的预变形，所述预变形在温度上升到特定温度或温度区间后消失或逐步消失；所述原有凹凸形貌或预变形后形成的形貌其尺寸可以是毫米、微米或者纳米级；所述透明薄膜上印刷有图案，并覆盖在印有图案且经预变形处理的基体表面上；所述透明薄膜上的图案与基体上的图案能够产生莫尔效应。

2.根据权利要求1所述的基于莫尔效应的温度标签，其特征是：所述基体和/或薄膜表面印刷的图案是周期性排列的条纹、圆点、格子、弧线中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的基于莫尔效应的温度标签，其特征是：所述形状记忆聚合物具有多个转变温度的聚合物。

4.根据权利要求1所述的基于莫尔效应的温度标签，其特征是：所述基体的形状为圆球、圆柱、块体、板材、薄膜中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于莫尔效应的温度标签，其特征是：所述基体表面的预变形为基体表面的凸起、凹痕、褶皱、压平中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的基于莫尔效应的温度标签，其特征是：所述预变形为多个预变形，每个预变形具有特定的形状恢复温度或温度区间。

7.根据权利要求1所述的基于莫尔效应的温度标签，其特征是：所述基体上印刷的图案，通过将图案印刷在织物上而后再将其粘贴到基板上来实现。

8.权利要求1所述的基于莫尔效应的温度标签的制备方法，其特征在于：以热致形状记忆聚合物材料为基体，在其表面印刷特定图案，再在印刷有图案的表面上形成至少一处能够经加热恢复形状的预变形；之后在预变形的表面覆盖上一个印有图案的透明薄膜，基体上的图案与透明薄膜上的图案能够产生莫尔效应；获得基于莫尔效应的温度指示标签。

9.权利要求1所述的基于莫尔效应的温度标签的指示方法，其特征在于：

所述温度标签基体上的预变形在环境温度变化时产生相应的形貌变化，并在莫尔效应的作用下清晰显示，根据预先的加热恢复实验确定不同形貌对应的温度或温度区间，制作标准比照卡；

将所述温度指示标签与被测物相关联，经温度变化之后，根据所述温度指示标签表面基于莫尔效应所显示的图案变化，参照标准比照卡，判断相关联的被测物所经历的最高温度。

Images