变色聚合物材料制造技术

本发明专利技术提供一种变色聚合物材料。所述材料由包含连续相的热塑性组合物形成，所述连续相包含基体聚合物、着色剂、微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂，其中所述微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂以离散结构域的形式分散在所述连续相中。当在固态下受到变形应变时，在所述聚合物材料中形成多孔网络。所述聚合物材料在受到所述变形应变之前呈现第一颜色，并且在受到所述变形应变之后呈现第二颜色，所述第一颜色不同于所述第二颜色。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】变色聚合物材料相关申请案本申请要求2015年12月17日提交的美国临时申请序列号62/268,528的优先权，该临时申请全文以引用方式并入本文。
技术介绍
变色聚合物材料通常用于帮助为使用者提供产品状况的视觉提示。例如，防篡改密封件有时采用这样的材料，其在吸收因施加到容器上的压力或因敞开期间暴露于材料的环境大气条件而释放的化学物质时改变颜色。此类防篡改密封件的典型实例在美国专利号4,424,911、4511052和4,986,429中有所描述。这些类型的防篡改密封件所采用的变色机制通常依赖于与某些物质的化学反应。然而，不幸的是，使用此类化学物质会增加产品的制造成本，并且此类化学物质还会从材料泄漏到周围环境中。因此，目前需要用于各种不同类型的产品的改进的变色聚合物材料。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方案，公开了一种变色聚合物材料，其由包含连续相的热塑性组合物形成，该连续相包含基体聚合物、着色剂、微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂。微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂以离散结构域的形式分散在连续相中。当在固态下受到变形应变时，在聚合物材料中形成多孔网络。聚合物材料在受到变形应变之前呈现第一颜色，并且在受到变形应变之后呈现第二颜色。根据本专利技术的另一个实施方案，公开了一种用于引发聚合物材料中的变色的方法。聚合物材料由包含连续相的热塑性组合物形成，该连续相包含基体聚合物、着色剂、微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂，其中微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂以离散结构域的形式分散在连续相中。聚合物材料最初呈现第一颜色。该方法包括使聚合物材料在约0℃至约60℃的温度下受到变形应变以在聚合物材料中形成多孔网络。在受到变形应变之后，聚合物材料呈现与第一颜色不同的第二颜色。根据本专利技术的另一个实施方案，公开了一种用于引发聚合物材料中的变色的方法。聚合物材料由包含连续相的热塑性组合物形成，该连续相包含基体聚合物、着色剂、微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂，其中微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂以离散结构域的形式分散在连续相中。在聚合物材料内限定含有多个孔的多孔网络，并且聚合物材料呈现初始颜色。该方法包括处理材料以减小一个或多个孔的尺寸，其中处理后的聚合物材料在受到变形应变后呈现与初始颜色不同的颜色。本专利技术的其他特征和方面在下文更详细地讨论。附图说明针对本领域普通技术人员的本专利技术的完整且能够实现的公开内容(包括其最佳模式)在说明书的剩余部分中参照附图更具体地阐述，在附图中：图1-2是实施例1的膜在受到变形应变(例如牵伸)之前的SEM显微照片，其中膜垂直于图1中的机器方向并平行于图2中的机器方向进行切割；以及图3-4是实施例1的膜受到变形应变(牵伸)之后的SEM显微照片，其中膜平行于机器方向取向进行切割。在本说明书和附图中对附图标记的反复使用旨在代表本专利技术的相同或类似的特征或元件。具体实施方式现在将详细参照本专利技术的各种实施方案，其一个或多个实例在下文示出。每个实例都以解释本专利技术而不是限制本专利技术的方式提供。事实上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可以在本专利技术中做出各种修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分而说明或描述的特征，可以用于另一个实施方案以产生另一个实施方案。因此，本专利技术打算覆盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这样的修改和变化。一般而言，本专利技术涉及一种聚合物材料，其能够在使用期间经历变色以向使用者提供材料的某种属性的视觉提示。通过选择性控制材料的形成方式，可以实现单一、一体式聚合物材料的这一独特特性。也就是说，该聚合物材料由热塑性组合物形成，该热塑性组合物包含基体聚合物、微米包合物添加剂、纳米包合物添加剂和着色剂(例如，颜料)。对微米包合物和纳米包合物添加剂进行选择以使得它们具有与基体聚合物不同的弹性模量。以此方式，微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂可变得分别作为离散的微米级和纳米级相结构域分散在连续相中。因此，在其初始无应变的状态下，聚合物材料将通常具有与着色剂的颜色相对应的第一颜色。例如，当使用炭黑颗粒时，聚合物材料最初可能具有黑色。然而，本专利技术人已经发现，在某些条件下使聚合物材料受到变形应变可以改变其颜色。更具体地讲，由于材料的不相容性引起的应力集中，应变可导致在微米级离散相结构域附近形成强局部剪切区域和/或应力密集区域(例如，法向应力)。这些剪切和/或应力密集区域可导致在邻近微米级结构域的聚合物基体中的一些初始剥离。然而，值得注意的是，局部剪切和/或应力密集区域还可以在与微米级区域重叠的纳米级离散相结构域附近产生。这样的重叠的剪切和/或应力密集区域导致在聚合物基体中发生甚至进一步的剥离，从而在纳米级结构域和/或微米级结构域附近产生大量的孔。作为该剥离的结果，多孔网络因此可在聚合物材料内形成。多孔网络的形成可导致光散射并导致聚合物材料的颜色的“增白效应”。因此，应变后的聚合物材料的至少一部分(如果不是整个材料的话)通常将具有与第一颜色(即，材料处于其应变前状态的颜色)显著不同的第二颜色。第一颜色与第二颜色之间的相对对比度可以用灰度差值来表征，灰度差值可以使用任何已知的图像分析系统例如QuantimetQ600图像分析系统(LeicaMicrosystems)来确定。可以使用未冲洗的宝丽来(Polaroid)胶片来设置对照或“空白”白度。然后可以使用8位灰度量表(0-255)，并且程序允许通过将胶片用作标准来设置光级度。然后可以测量包含其他颜色的区域(例如背景或前景)的灰度值，接着进行活性炭墨水的相同测量。例程可以被编程以自动计算聚合物材料的灰度值。在聚合物材料的第一颜色(应变前)与第二颜色(应变后)之间的灰度值的差异可以为约50或更大，以及在一些实施方案中约100或更大，如在0-255的量表上测定，其中0代表“黑色”，255代表“白色”。例如，第一颜色可以是黑色，而第二颜色可以是白色或灰色。赋予从第一颜色到第二颜色的变色所需的变形应变的性质可以根据需要变化。例如，聚合物材料可被牵伸、物理操纵(例如扭曲、弯曲、撕裂、撞击等)等等。无论如何，材料通常在保持低于基体聚合物熔融温度的温度(“应变温度”)下以固态发生应变。例如，应变可在环境温度下发生。这尤其有助于确保聚合物链不被改变至使多孔网络变得不稳定的程度。例如，材料可以在约0℃至约60℃，在一些实施方案中约1℃至约50℃，以及在一些实施方案中约5℃至约40℃的温度下发生应变。应变温度也可低于具有最高玻璃化转变温度的组分(例如基体聚合物、微米包合物添加剂、纳米包合物添加剂等)的玻璃化转变温度。例如，应变温度可以比可基体聚合物、纳米包合物添加剂和/或微米包合物添加剂的玻璃化转变温度低至少约10℃，在一些实施方案中至少约20℃以及在一些实施方案中至少约30℃。因为变色可以在相对低的温度下发生，所以可以依赖该特征在聚合物材料的使用期间为人们提供视觉提示。在一个实施方案中，例如，聚合物材料可以用在防篡改密封件中。在这样的实施方案中，材料在受到变形应变之前最初可以具有着色剂的颜色(例如黑色)。然而，当使用者物理操纵密封件(例如扭曲、撕裂等)时，所产生的变形应变导致在聚合物材料中形成孔，这将改变材料的颜色并为使用者提供视觉提示，即密封本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变色聚合物材料，其中所述材料由包含连续相的热塑性组合物形成，所述连续相包含基体聚合物、着色剂、微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂，其中所述微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂以离散结构域的形式分散在所述连续相中，其中当在固态下受到变形应变时，在所述聚合物材料中形成多孔网络，并且其中所述聚合物材料在受到所述变形应变之前呈现第一颜色并且在受到所述变形应变之后呈现第二颜色，所述第一颜色不同于所述第二颜色。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.17 US 62/2685281.一种变色聚合物材料，其中所述材料由包含连续相的热塑性组合物形成，所述连续相包含基体聚合物、着色剂、微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂，其中所述微米包合物添加剂和纳米包合物添加剂以离散结构域的形式分散在所述连续相中，其中当在固态下受到变形应变时，在所述聚合物材料中形成多孔网络，并且其中所述聚合物材料在受到所述变形应变之前呈现第一颜色并且在受到所述变形应变之后呈现第二颜色，所述第一颜色不同于所述第二颜色。2.根据权利要求1所述的变色聚合物材料，其中所述第一颜色对应于所述着色剂的颜色。3.根据权利要求1所述的变色聚合物材料，其中所述第一颜色与所述第二颜色之间的灰度值的差为约50或更大，如在0-255的量表上测定，其中0代表黑色，255代表白色。4.根据权利要求1所述的变色聚合物材料，其中所述第一颜色是黑色，并且所述第二颜色是白色或灰色。5.根据权利要求1所述的变色聚合物材料，其中所述着色剂以所述组合物的约0.05重量％至约8重量％的量存在。6.根据权利要求1所述的变色聚合物材料，其中所述着色剂包括无机颜料、有机颜料、碳颜料或其组合。7.根据权利要求6所述的变色聚合物材料，其中所述着色剂包括炭黑颗粒。8.根据权利要求1所述的变色聚合物材料，其中所述着色剂被提供在含有载体树脂的母料中。9.根据权利要求1所述的变色聚合物材料，其中所述基体聚合物包括聚酯，例如聚乳酸，或聚烯烃。10.根据权利要求1所述的变色聚合物材料，其中所述微米包合物添加剂包括聚烯烃。11.根据权利要求1所述的变色聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·麦克尼尼，V·A·托波尔卡雷夫，N·T·肖勒，A·J·卡里洛欧杰达，B·M·汤普森，
申请(专利权)人：金伯利克拉克环球有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US