智能颜料和塑料制造技术

化学指示剂包含颗粒无机基质，以及至少一种活性染料或墨，所述至少一种活性染料或墨被涂布在所述颗粒无机基质上和/或被浸入至所述颗粒无机基质内。将至少一种活性染料或墨涂布在所述颗粒无机基质上和/或浸入至所述颗粒无机基质内提高了所述至少一种活性染料或墨的存储稳定性和/或热稳定性，所述至少一种活性染料或墨通常包含相对不稳定的化合物。这允许将本发明专利技术的指示剂结合至热塑性聚合物材料中并进行常规加工，同时保持新指示剂的效力和稳定性。该指示剂为检测分析物如氨气、二氧化碳和氧气提供了简单、可靠且成本节省的检测手段，并且可以适用于应用如食品包装和医疗应用中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及化学指示剂，所述化学指示剂包含颗粒无机基质；以及至少一种活性染料或墨，所述至少一种活性染料或墨被涂布在所述颗粒无机基质上或者被浸入至所述颗粒无机基质内。本专利技术还涉及制备这种化学指示剂的方法，所述方法包括为颗粒无机基质提供至少一种活性染料或墨。本专利技术还涉及一种聚合物复合材料，所述聚合物复合材料包含至少一种聚合物，及一种或多种这种化学指示剂。本专利技术还涉及制备这种聚合物复合材料的方法，所述方法包括对至少一种聚合物提供一种或多种这种化学指示剂。 本专利技术还涉及这种聚合物复合材料在食品包装和/或医学例如呼吸医学中的用途。
技术介绍
比色指示剂是用于检测化学物质在特定介质中存在的已知手段。这种类型的指示剂包括，例如，pH指示剂，当其中放入有所述pH指示剂的介质的pH变化时，pH指示剂展现颜色变化。这种指示剂依赖于活性染料或墨的光学特性。这些染料可以以至少两种不同的化学状态存在，其中每种形式的染料吸收特定波长范围内的光。当将以第一种形式存在的这种活性染料暴露于给定物质时，它经由可逆化学反应与该物质反应，由此变成第二种形式的染料。因为第二种形式的染料吸收不同波长的光，该化学反应提供观察者可见的颜色变化。因此，比色指示剂的使用潜在地为检测某些特定化学物质的存在的问题提供了有吸引力的解决方案。这种物质包括气体，如二氧化碳、氨气和氧气，这些气体在食品包装等方面具有特殊意义。对二氧化碳的检测总是具有重要性，这归因于当保持过高浓度时二氧化碳对健康的负作用。在医学上，二氧化碳是一种关键的、基本的分析物，在医院患者的血液中对其进行常规监测。二氧化碳分析是专门致力于监测呼吸中二氧化碳水平的医学领域。二氧化碳的存在不仅提供重要的有价值医学信息，而且经由二氧化碳分析，二氧化碳在呼气中的瞬时变化通常还被用于提供诊断信息。在麻醉学中，保证将运送气体至肺部的管子正确放置在气管中而不是食道中的一种方法是监测二氧化碳的水平(在呼气中通常为4-5% )。在食品工业中，气调包装(MAP)的应用由来已久。MAP包装涉及用无氧气体(通常为二氧化碳)吹洗食品并密封，以备分发给批发和/或零售商。MAP包装的目的是防止需氧腐坏微生物生长，并且通常使食物的保险时间延长为3-4倍。检测MAP包装食物中的二氧化碳水平对表明食物的新鲜是必要的。氨气(NH3)是具有刺激性特殊气味的腐蚀性有害气体。它被广泛地直接或间接地用于制备爆炸物、肥料、药物、家用清洁用品，以及作为工业冷却剂。氨气和其他挥发性胺还使变质的鱼具有“腐坏”味道和气味，因为当鱼肉腐烂时产生这些。因此，不仅在工业中需要监测氨气水平以对泄露及废水排出进行监测，在食品包装中，尤其是对于鱼类包装也需要监测氨气水平。在鱼被捕获并杀死后，微生物在皮肤和鳞片上形成。这些被称为特殊腐败菌(SSO)，其由存在于鱼中的氨基酸产生氨气和挥发性胺类，包括三甲胺(TMA)和二甲胺(DMA)0这些微生物降解产物被统称为总挥发性碱性氮化合物(TVB-N)。如果可能，通过测量TVB-N可以测量鱼的新鲜程度。大多数食物腐败的主要原因是氧气，因为其存在使得无数需氧食物腐败微生物生长并繁荣。氧气还通过酶催化反应使很多食物变质，如在水果和蔬菜的褐变中，破换抗坏血酸并氧化各种香味物质。包括脂质氧化在内的很多氧化食物变质反应不需要酶就可以发生。文献中已经报道了能够检测特定分析物存在的多种比色指示剂。在这样的指示剂中采用的活性染料通常具有较差的热稳定性和/或保存期限，因此使其难以以成品商业化并应用。例如，已经报道了将比色CO2检测器应用于呼吸医学。这样的商业设备的实 例包括，例如，Pedi-Cap (Nellcor, Pleasanton, CA)和 Mini StatCO2 (Mercury Medical,Clearwater, FL)。然而,一旦从其密封的包装中取出，这些指示剂在标准大气下的平均寿命非常短，Pedi-Cap通常为约2小时，而Mini StatCO2约为24小时。在二氧化碳的情况中，以下发现使得溶剂型固体、干二氧化碳传感器成为可能相转移剂PTA能够将阴离子形式的比色pH指示剂从高度极性的质子介质萃取至较低极性的聚合物/增塑剂环境中。与染料相结合的水也也经由PTA被递送至疏水聚合物。在这种塑料薄CO2膜传感器中，在染料和二氧化碳之间建立的平衡可以通过以下反应表示 (X'{Q+D-.xH20} + C02(g) ^ {Q+HC03-.(x-1)H20.HD} (1) 颜色A颜色B其中a '是与工艺相关的平衡常数。尽管CO2作为分析物具有重要性且在CO2指示剂方面存在显著利益，但是几乎没有基于颜色的CO2指示剂被商业化。造成此的原因之一是这种指示剂随时间的稳定性较差。尤其是由于所用相转移剂较差的热稳定性以及倾向于与其他酸性气体如NO2和SO2可逆地反应，在环境空气条件下，大多数的保存期限短于六个月。因此，在现有技术中需要开发新的化学指示剂，并且尤其是比色指示剂，以提供展现改善的存储和热稳定性的简单、可靠且成本节省的检测手段。此外，在现有技术中需要开发结合有这种指示剂的新聚合物型复合材料，所述复合材料可以经由已知的聚合物加工技术制备并加工，同时保持新指示剂的效力和稳定性。专利技术概述根据本专利技术的一个方面，提供一种化学指示剂，所述化学指示剂包含颗粒无机基质和至少一种活性染料或墨，所述至少一种活性染料或墨被涂布在所述颗粒无机基质上和/或被浸入至所述颗粒无机基质内。通过这样的设置，可以提高所述至少一种活性染料或墨的存储稳定性和/或热稳定性。应明白颗粒无机基质被定义为通常由不溶物质制成且以颗粒形式提供的基质。这通常包括例如无机填料和/或无机颜料，其可以是白色的、透明的或有色的。应明白在本专利技术的语境中不可溶物质被定义为不溶于基于水的或有机的溶剂中的物质，在所述基于水的或有机的溶剂中意欲在被涂布在颗粒无机基质上和/或被浸入至颗粒无机基质内之前，溶解所述至少一种活性染料或墨。因此，应明白的是，本专利技术不涉及例如，涂布在宏观无机基质如用作例如饮料罐的金属片材上的墨。应明白活性染料或墨被定义为能够以至少两种不同化学状态存在的染料，其中染料的每种形式吸收特定波长范围内的光。当这种染料暴露至给定物质时，它们可以可逆地或不可逆地由第一化学状态反应为第二化学状态，从而导致可见的颜色变化。有利地，该化学指示剂可以具有高的热稳定性，例如至少约80°C，优选至少110。。。 有利地，该化学指示剂可以在黑暗但其他方面都算是环境条件的条件下具有长的存储稳定性，例如至少一周，优选至少一个月，更优选至少六个月，最优选至少十二个月。优选地，该指示剂可以是比色型指示剂或发光型指示剂。便利地，该颗粒无机基质可以是粉末形式。典型地，颗粒无机基质可以是无机颜料，例如二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化镁、氧化钙或沸石，尤其是二氧化硅。在一个实施方案中，颗粒无机基质可以是疏水的，例如疏水二氧化硅或疏水氧化招。应明白术语疏水是指固有地疏水，或者被疏水化即被改性的基质，例如被表面改性从而使基质疏水，例如通过将疏水化学基团结合到基质的表面。在另一个实施方案中，颗粒无机基质可以是亲水的，例如亲水的二氧化硅或亲水的氧化铝。应明白术语亲水是指固有地亲水，或者被亲水化即被改性的基质，例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·米尔斯，保尔林·格罗斯汉斯，格林厄姆·斯金纳，
申请(专利权)人：斯特拉斯克莱德大学，
类型：发明
国别省市：