Введение к работе
Актуальность исследования.
Практический интерес к термохромным системам обусловлен многогранностью их использования в различных областях производства. Приоритетными направлениями в настоящее время являются защита от фальсификации полиграфической продукции (в том числе, ценных бумаг) посредством изготовления меток, наносимых или введенных в состав материала-основы и/или формирование скрытых изображений, а также защита от подделки продукции фармацевтической и пищевой промышленности. При этом, наиболее важное значение имеет контроль качества упакованной продукции для отслеживания корректности температурного режима на всем протяжении логистической цепочки (т.е. в процессе упаковки, транспортирования и хранения продукта).
Указанные выше функции являются составными элементами построения так называемых интеллектуальных (smart)- упаковок, конечной целью разработки и использования которых является обеспечение безопасности и защиты населения от фальсифицированной продукции.
Основой промышленно выпускаемых за рубежом температурно-временных индикаторов интеллектуальных упаковок являются многокомпонентные микрокапсулированные композиции. В связи с технологической сложностью изготовления микрокапсулированных индикаторов офсетным или флексографским способами, ввиду того что размер капсул (5-6 мкм) превышает толщину красочного слоя (до 2 мкм), а также отсутствия отечественных аналогов, актуальны поиск и исследование новых типов термочувствительных соединений. Постановка такой работы позволяет разработать способ нанесения и организовать технологически и экономически выгодное производство упаковки.
В настоящее время продолжаются исследования по созданию термохромных композиций (ТК). Среди термочувствительных соединений отдельно можно выделить полиметиновые (цианиновые) красители. Полиметиновые красители широко использовались в качестве спектральных сенсибилизаторов фотографических эмульсий. В настоящее время они находят применение как нелинейные оптические материалы, флуоресцентные материалы в биологических системах, органические оптические полупроводники и т.д.
Использование термохромного эффекта полиметиновых красителей позволит создать менее сложные по составу композиции, применение которых не будет связано с микрокапсулированием. Решение этой проблемы будет способствовать расширению применения полиграфических технологий в производстве smart-упаковки.
Исходными данными для разработки такой технологии должны стать исследования термохромизма полиметиновых красителей. К сожалению, термохромизм этого типа красителей изучен в настоящее время недостаточно. Особое внимание в процессе исследований должно быть уделено процессу подготовки гидрофобной поверхности полимерных материалов перед нанесением растворов красителей. Наличие результатов о взаимодействии поверхности упаковочных материалов с ТК позволит разработать управляемый технологический процесс изготовления smart-упаковки с термохромным эффектом.
Цель диссертационной работы.
Основная цель работы состоит в разработке рецептуры термохромных композиций на основе полиметиновых красителей и способа их нанесения на полимерные упаковочные материалы.
Основной задачей работы является разработка научно обоснованных исходных данных для проектирования и организации производства упаковочных материалов с термохромными элементами.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
-
разработать рецептуры термохромных композиций на основе полиметиновых красителей, обеспечивающих контрастный цветовой переход при изменении температуры;
-
исследовать особенности формирования термохромных композиций на поверхности полимерных упаковочных материалов, изменение оптических и термохромных свойств и морфологии поверхности термохромных слоев в зависимости от рецептуры композиций;
-
разработать способы нанесения термохромной композиции на полимерные упаковочные материалы;
-
исследовать оптические и термохромные свойства, морфологию и химическую структуру поверхности термохромных слоев в зависимости от технологии предварительной обработки поверхности полимерных упаковочных материалов;
-
исследовать фотохимическую стабильность, а также сохраняемость термохромных свойств во времени;
-
разработать принципиальную схему технологического процесса нанесения терминдикатора на полимерные пленки из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и полипропилена (ПП).
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Обнаружены необратимые термохромные свойства слоев пиридиниевой соли 3,3’-ди-(-сульфопропил)- 4,5,4’,5’-дибензо-9-этил-тиатриметинцианинбетаина и 1,1’-диэтил-2,2’-цианид иодида и двойной обратимый квазитермохромный эффект трибутиламмони-евой соли 3,3’-ди-g-сульфопропил-9-этил-5-метил-5’-фенилтиакарбо-цианин-бетаина на полимерных пленках из ПЭТФ и ПП.
-
Обнаружена взаимосвязь процесса J-агрегирования термохромных композиций на основе полиметиновых красителей на поверхности модифицированных высокочастотным коронным разрядом полимерных пленок с интенсивностью активации;
Практическая ценность.
Результаты представленной работы могут быть использованы при разработке полиграфических технологических процессов изготовления временно-температурных индикаторов и защитных элементов smart-упаковок из полимерных пленок.
Преимуществами разработанных термохромных композиций являются доступность компонентов, технологичность приготовления и стабильность свойств растворов в течение длительного периода времени.
Разработанные процессы отличаются технологичностью и не требуют изготовления многокомпонентных микрокапсулированных систем, как это предусмотрено в существующих до настоящего времени технологиях производства подобных индикаторов.
Апробация работы. Положения диссертационной работы докладывались: на 9 международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010); ежегодно в период с 2008 по 2011 г на заседаниях и семинарах кафедры Инновационных технологий и управления МГУП имени Ивана Федорова.
Личный вклад автора в исследования, вошедшие в диссертацию, заключался в постановке задач, планировании и проведении кспериментов, разработке и освоении методик исследований, частично в обсуждении экспериментальных результатов и разработке технологических рекомендаций.
Публикации. По тематике работы опубликованы 5 научных статьей и тезисов докладов на международных научно-технических конференциях, из них 1 публикация в издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка. Основной текст диссертации содержит 148 страниц, включая 8 таблиц и 71 рисунок.
