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

摘要

本发明涉及温度检测和指示技术，以及防伪指示技术，具体是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温度指示或多层次防伪指示方法。本发明的基于形状记忆聚合物的温度指示或多层次防伪指示标签，包括有热驱动形状记忆聚合物材料的基体，在基体上有一处或多处预变形；所述的预变形是在同一温度下经由一次或多次受力过程形成的；当具有多处预变形时，多处预变形的尺寸各不相同；当具有一处预变形时，预变形的几何尺寸沿预变形的延伸方向连续变化。本发明可以大幅度简化制备工艺，提高生产效率，降低制造成本；此外，在一个温度下形成尺寸连续变化的预变形可以提高标签对温度变化的敏感度。

说明书

技术领域

本发明涉及温度检测和指示技术，以及防伪指示技术，具体是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温度指示或多层次防伪指示方法。

背景技术

在许多生产、加工、运输和储存过程中，对温度，特别是最高温度，有严格的限制。例如，在生物医学领域中，很多药品的储存和运输、食品行业中冷冻食品的储存和运输、以及化工领域中恒温水浴、恒温油浴及化工原料的储存环境等都对温度有上限要求。就目前来讲，对每件/个产品的温度实时监测，经济上不可行，实用上也不是完全必要。例如，人体疫苗是特殊医药产品，在运输、存储方面有严格的“冷链”要求，即每支疫苗在生产、存储和发放的每一个环节都必须始终处于所限定的低温环境下，从而确保其品质。目前，冷链不完整（例如由于短时间停电而导致储存于冰箱中的疫苗在一定时间内超出所限定的温度）是人体疫苗变质的一个重要原因。这种由于冷链不完整而导致的疫苗失效很难轻易辨别。失效疫苗不但对使用者没有防疫的作用，有时反而成为一种伤害，甚至有致命威胁。实时监测每支疫苗的温度变化，虽然有意义，但从经济和技术的角度来看，可行性很低。同样的问题也存在于冷冻食品等其它需要恒温或限温环境的行业。一种简单、可靠、经济实用的方法，来检测单件产品是否曾超出限定的最高温度及具体超出多少具有极重大的实用价值。

目前所使用和报道的温度指示产品，大多是基于电子装置、机械结构装置以及化学溶液等技术。这些技术虽然可行，但应用领域有限、制作过程较为复杂且成本相对较高，很难用于单件产品。

另一方面，随着越来越多的传统防伪技术（如激光商标、条形码和图案等）为外界所掌握并复制，导致产品造假成为日益严重的社会问题。研究和开发新的防伪技术成为当前迫切的需要。

很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（恢复初始状态）的方式做出响应。目前，热驱动的形状恢复是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诱发形状恢复。聚合物因其形状记忆效应和廉价性成为大量制造廉价温度指示产品的较为理想的选择。另一方面，我们可以依据聚合物在形状恢复过程中所呈现的随温度升高而形貌逐渐发生变化的规律来对目标物品的真伪进行指示。

专利文献201210206952.X、201210480325.5和201210512085.2分别公开了利用形状记忆聚合物的形状记忆效应进行温度指示的温度指示标签和方法，以及进行防伪指示的多层次防伪指示标签和方法，其基本方法是在形状记忆聚合物的玻璃化转或熔融转变的起始温度以上的不同温度下形成多个具有不同恢复温度的预变形，从而形成能够指示环境温度的温度指示标签和方法，以及多层次防伪指示标签和方法。这些产品和方法虽然达到了温度指示和防伪的效果，在制作标签时所进行的多次预变形处理需要在不同温度下完成，其步骤较复杂，不利于制造效率的提高和成本的降低。

现有的实验已经证明，对于形状记忆聚合物来说，在某一特定温度下预变形后，其预变形的恢复程度与其预变形尺寸及之后加热到的具体温度有关。简单来说，具体体现在：对于某一具体形状记忆聚合物在同一温度下形成的多个具有不同变形量的预变形来说，变形量较小的预变形恢复形状所需的温度较低，而变形量较大的预变形恢复形状所需的温度较高。如何利用形状记忆聚合物的这一特性进行温度指示或多层次防伪指示，目前还没有技术涉及。

 

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种制造步骤简单、制造效率高、成本低的基于形状记忆聚合物的温度指示或多层次防伪指示标签，以及一种实施成本低、指示精度高的温度指示或多层次防伪指示方法。

本发明的基于形状记忆聚合物的温度指示或多层次防伪指示标签，包括有热驱动形状记忆聚合物材料的基体，在基体上有一处或多处预变形；所述的预变形是在同一温度下经由一次或多次受力过程形成的；当具有多处预变形时，多处预变形的尺寸各不相同；当具有一处预变形时，预变形的几何尺寸沿预变形的延伸方向连续变化。

当基体上具有多处预变形，其中至少一处预变形的几何尺寸沿该处预变形的延伸方向连续变化。

所述的预变形是凹痕、凸起或压平变形中的一种或多种组合。

本发明所述的基于形状记忆聚合物的温度指示方法及多层次防伪指示方法， 以热驱动形状记忆聚合物材料为基体，在同一温度下，基体经由一次或多次受力过程形成一处或多处预变形；当具有多处预变形时，多处预变形的尺寸各不相同；当具有一处预变形时，预变形的几何尺寸沿预变形的延伸方向连续变化。以此作为温度指示或防伪指示标签；之后，通过观察预变形恢复的状况，判断标签曾经达到的最高温度或通过逐步加热后标签形貌变化的规律来判断被指示物品的真伪。某一特定材料的预变形恢复状况与预变形尺寸及加热温度的对应关系，可以经由测试确定。

所述基体上形成的多处预变形中，至少有一处预变形的几何尺寸沿该处预变形的延伸方向连续变化。

本发明通过在一个特定温度下，对形状记忆聚合物实施预变形，制成温度指示标签及多层次防伪指示标签，可以大幅度简化制备工艺，提高生产效率，降低制造成本；此外，在一个温度下形成尺寸连续变化的预变形可以提高标签对温度变化的敏感度。 

附图说明

图1是本发明实施例一中预变形为三处独立压痕的温度标签的示意图；

图2是本发明实施例二中预变形为一处条形压痕槽的温度标签的示意图；

图3是本发明实施例三中预变形为三处独立凸起的防伪指示标签的示意图。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。本发明的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本发明技术方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。

实施例一：热驱动形状记忆聚合物温度指示标签的制备及指示方法。

以尺寸为10 mm × 3 mm × 1 mm的聚氨酯材料为基体，其玻璃化转变温度为30℃。于20℃下，在基体表面分别压出如图1（a）所示的变形尺寸不同的a、b、c三个压痕， 其所对应的形状恢复温度分别为25℃、30℃和35℃。

将标签置于目标物品的包装中或者直接粘贴于物品表面。

标签上如果出现如图1（b）所示的表面形貌，即表示压痕a发生了形状恢复，说明目标物品所经历的最高温度在25℃和30℃之间。

实施例二：热驱动形状记忆聚合物温度指示标签的制备及指示方法。

以尺寸为60 mm × 25 mm × 3 mm的苯乙烯聚合物为基体，其玻璃化转变温度为60℃。在55℃下压出如图2（a）所示的一个长形三角截面压痕槽，压痕槽深度沿其延伸方向连续变化。压痕槽的不同位置分别标记a、 b、 c、 d和 e，其所对应的恢复温度分别为58℃、 59℃、60℃、61℃和62℃五个温度。 

将标签置于目标物品的包装中或者直接粘贴于物品表面。

如果标签表面形貌如图2（b）所示，即表明a、b位置的压痕发生了形状恢复，由此可知标签之前所经历的最高温度在59℃和60℃之间。

实施例三：热驱动形状记忆聚合物多层次防伪指示标签的制备及指示方法。

以尺寸为10 mm × 3 mm × 1 mm的环氧聚合物材料为基体，其玻璃化转变温度为98℃。此基体在固化成型时其表面具有如图3（a）所示的三个尺寸不同的圆形凸起a、b、c。基体被加热到120℃后，将其表面凸起全部压平，形成如图3（b）所示的预变形。压平后，原来三个凸起a、b、c所对应的恢复温度依次为90℃、100℃和110℃。

将标签置于目标物品的包装中或者直接粘贴于物品表面。

需要验证物品的真伪时， 先用沸水将标签加热，标签表面显示如图3（c）所示的形貌；进一步用打火机加热，标签恢复原来的形貌， 如图3（a）所示。据此，可判断物品为真品。