Автореферат (Разработка способа нанесения термохромных композиций на полимерные упаковочные материалы), страница 3

а б

Рисунок 10 - Спектры отражения слоев пиридиниевой соли 3,3’-ди-(γ-сульфопропил)- 4,5,4’,5’-дибензо-9-этил-тиатриметинцианинбетаина до (а) и после (б) нагревания, где 1 – подложка, 2 – полимерная пленка,

3 – исходный ПЭТФ, после нанесения, 4 – исходный ПЭТФ, неделя хранения на свету, 5 – модифицированный ПЭТФ, после нанесения,

6 – модифицированный ПЭТФ, неделя хранения на свету

Технологические рекомендации к процессу изготовления термоиндикаторов полиграфическим способом

Результаты проведенных исследований послужили исходными данными для разработки эскизного проекта технологического процесса изготовления современной упаковки с использованием термохромных элементов, позволяющих информировать потребителей о температурной предыстории упакованного продукта.

Полученные экспериментальные результаты позволяют также сформулировать требования к технологическим процессам изготовления термоиндикаторов с целью установления подлинности изделия.

Исследования, проведенные с использованием композиции на основе трибутиламмониевой соли 3,3’-ди--сульфопропил-9-этил-5-метил-5’-фенилтиакарбоцианинбетаина, позволяют сформулировать технические требования к технологическому процессу изготовления упаковки с индикаторами для контроля сохранности замораживаемой упакованной продукции, а с использованием пиридиниевой соли 3,3’-ди-(γ-сульфопропил)- 4,5,4’,5’-дибензо-9-этил-тиатриметинцианинбетаина - к технологическому процессу изготовления упаковки в целях защиты продукции от подделки или для декоративного оформления упаковки.

Основным элементом технологического процесса является стадия нанесения композиции на полимерный упаковочный материал. На основании экспериментальных результатов, предлагается использовать флексографский полиграфический процесс, а также процесс на основе технологии «spin coating». В данном случае процесс spin coating можно рассматривать в качестве перспективного метода, который найдет применение в качестве полиграфического с расширением производства smart-упаковки.

Таким образом, технологический процесс производства упаковочного материала с термохромными свойствами, с использованием флексографского способа нанесения термохромной композиции в линию с упаковочным модулем для упаковки из ПЭТФ и ПП рекомендуется организовать следующим образом:

При этом основные технологические параметры процесса должны быть следующими:

- Предварительная обработка поверхности полимерных пленок из ПЭТФ и ПП высокочастотным коронным разрядом при силе тока короны 50 мА и 90 мА, соответственно. Частота коронного разряда должна составлять 15-20 кГц, величина зазора от края коронирующего электрода до поверхности образца 0,5-0,7 мм;

- Концентрация красителей в композиции не менее 5×10^-3М;

- Предварительная УЗ-обработка термохромных композиций;

- Скорость нанесения флексографским способом уточняется в процессе отработки технологии на стадии ее внедрения (экспериментальные результаты получены на пробопечатном устройстве при скорости 40-90 м/мин).

- Условия окружающей среды при нанесении термохромного датчика: 18 ºС ≤Т≥ 25 ºС при относительной влажности 20% ≤ RH≥ 40 %

- Покрытие термочувствительного слоя защитным слоем лака на основе ацетон-растворимого пленкообразующего или частичная металлизация поверхности с использованием маски

Использование в технологии изготовления термохромных индикаторов процесса нанесения методом spin coating позволяет рекомендовать следующую технологическую схему:

Отличительной технологической особенностью этой схемы является использование узла нанесения композиции типа spin coating на самокляющийся полимерный материал, защищенный от повторного использования. При этом рекомендуется скорость вращения диска с полимерной пленкой - 900 об/мин.

В ы в о д ы

1. Обнаружены необратимые термохромные свойства слоев, нанесенных на полимерные пленки из ПЭТФ и ПП содержащих пиридиновую соль 3,3-ди-γ-сульфопропил-9-этил-4,5,4’,5’- дибензотиакарбоцианин-бетаина и 1,1’-диэтил-2,2’-цианид иодида и трибутиламмониевой соли 3,3’-ди--сульфопропил-9-этил-5-метил-5’-фенилтиакарбоцианинбетаина.

1. Установлено, что слои, содержащие пиридиновую соль 3,3-ди-γ-сульфопропил-9-этил-4,5,4’,5’-дибензотиакарбоцианинбетаина при нагревании до 70 ^оС необратимо изменяют цвет с голубого на контрастный фиолетовый.

1. Установлено, что слои, содержащие 1,1’-диэтил-2,2’-цианид иодид при нагревании до 70 ^оС необратимо изменяют цвет с фиолетового на желтый.

1. Обнаружен двойной обратимый квазитермохромный эффект с потерей цветности после 4-5 циклов в слоях, содержащих трибутиламмониевую соль 3,3’-ди--сульфопропил-9-этил-5-метил-5’-фенилтиакарбоцианин-бетаина при их охлаждении до температуры -20 -21 ºС и последующем нагревании до температуры свыше 0 ºС обнаружен.

1. Предположено, что термохромизм пиридиниевой соли 3,3-ди-γ-сульфопропил-9-этил-4,5,4’,5’-дибензо-тиакарбоцианинбетаина и 1,1’-диэтил-2,2’-цианид иодида основан на индуцируемых действием температуры структурных переходах слоев красителей, связанных с разрушением J-агрегированного состояния и частичной деструкции красителей.

1. Предположено, что квазитермохромные свойства трибутиламмониевой соли 3,3’-ди--сульфопропил-9-этил-5-метил-5’-фенилтиакарбоцианин-бетаина основаны на перекристаллизации за счет частичного растворения поверхностных слоев красителя влагой адсорбированной на поверхности красителя при его охлаждении.

1. Обнаружена взаимосвязь процесса J-агрегирования термохромных композиций на основе полиметиновых красителей на поверхности модифицированных коронным разрядом полимерных пленок с интенсивностью активации

1. На основании проведенных исследований предложены технологические схемы и параметры изготовления термохромных индикаторов и упаковки с термохромным элементом, использующие флексографский и spin coating методы нанесения термохромных композиций.

Публикации по теме диссертационной работы

Публикации в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Нагорнова, И.В. Разработка термохромного элемента интеллектуальной упаковки из полимерных пленок / И.В. Нагорнова, Е.Б. Баблюк // Проблемы полиграфии и издательского дела. Известия высших учебных заведений: науч.- тех. журнал. – М.: МГУП, 2012. – №1 – С. 26-37.

Другие публикации

2. Нагорнова, И.В. Особенности использования термохромных систем в полиграфических красках / И.В. Нагорнова, Е.Б. Баблюк, Б.И. Шапиро // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности : матер. 9-й междунар. науч.- практ. конф., Санкт - Петербург, Россия / под.ред. А.П. Кудинова. - СПБ: Изд-во Политех. ун-та, 2010. – т.3. – С.89-90

3. Нагорнова, И.В. Термохромные свойства J-агрегированных красителей // Друкарство молоде : тези доповiдей 11 мiжнарод. науково-тех. конф. студ. i аспiрантiв, Киiв, Украiна - Киiв: Изд-во НТУУ, 2011. – к.1. – С. 177-178.

4. Варепо Л.Г. Критерии выбора вида материала для упаковки пищевых продуктов / Л.Г. Варепо, И.В. Нагорнова // Военная техника, вооружение и технологии двойного употребления : матер. III-й междунар. технологич. конгресса, Омск, Россия : в 2ч. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – ч.1. – С. 253-255.

5. Нагорнова, И.В. Оценка микрогеометрии поверхности материалов для получения печатной продукции / Л.Г. Варепо, И.В. Нагорнова // Качество, стандартизация, контроль: теория и практика : матер. 10-й междунар. науч.- практ. конф., г. Ялта. – Киев: АТМ Украины, 2010. – С. 102 – 105.