Патент на изобретение №2331068

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДИКАТОРА НА ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СРОКА ХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к пищевой и фармацевтической промышленности, в частности к способу изготовления индикатора на полимерной пленке для контроля срока хранения пищевых продуктов и фармацевтических препаратов по времени обесцвечивания электрохромного слоя, и может быть использовано с целью контроля качества пищевых и фармацевтических продуктов. Способ осуществляют на полимерной пленке путем нанесения на ее поверхность оптически прозрачного электропроводящего слоя, нанесения поверх этого слоя оптически прозрачного слоя электрохромного триоксида вольфрама, окрашивания триоксида вольфрама в синий цвет в жидком электролите под действием электрического поля, нанесения слоя диэлектрика, в качестве которого применяют полимерные пленки, которые по своим физическим свойствам определяют время обесцвечивания, с последующим ламинированием собранной пленочной конструкции. Достигается возможность получения индикаторов с высокой плотностью окраски, достаточной для контроля срока хранения пищевой и фармацевтической продукции. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам получения метастабильных электрохромных слоев, которые склонны стареть во времени и тем самым обесцвечиваться в течение определенного промежутка времени и могут использоваться как индикаторы контроля срока хранения пищевых продуктов и фармацевтических препаратов.

В настоящее время известны индикаторы, определяющие кислотно-основные свойства за счет химических реакций индикатора и окружающей среды (Г.Дж.Кассиди, К.А.Кун. «Окислительно-восстановительные полимеры (редокс-полимеры)», 1967, Химия, Лен. отд., с.237), селективные сенсоры на определенные соединения в газовой и жидкой средах («Сенсор 2000», Тезисы докладов всероссийской конференции, СПб, с.25, 39, 203), термохромные и фотохромные системы (Lampert C.M. «Chromogenic smart materials», Materials Today, 2004, March, p.28-35, X.Бетхер, И.Эпперляйн, А.В.Ельцов. «Современные системы регистрации информации. Основные принципы, процессы, материалы», Изд. Синтез, СПб, 1992, 328 с., Chopra, Naveen, et al. Protection of transient documents using a photochromic protective layer. US №20060269878 A1, 30. 11.2006).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ приготовления индикатора для определения аскорбиновой кислоты (которая может рассматриваться как пищевой продукт и фармацевтический препарат), включающий нанесение комплексного соединения меди на носитель (кремнезем) при заданном их соотношении (SU 1824554 A1, 30.06.1993). Известный индикатор не пригоден для контроля срока хранения других пищевых продуктов и фармацевтических препаратов.

Задачей предлагаемого технического решения является создание технологии изготовления пленочных индикаторов контроля времени хранения пищевой и фармацевтической продукции.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления индикатора для контроля срока хранения пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, осуществляемом на полимерной пленке и включающем нанесение на ее поверхность оптически прозрачного электропроводящего слоя, нанесение поверх этого слоя оптически прозрачного слоя электрохромного триоксида вольфрама, окрашивание триоксида вольфрама в синий цвет в жидком электролите под действием электрического поля, нанесение слоя диэлектрика, в качестве которого применяют полимерные пленки, которые по своим физическим свойствам определяют время обесцвечивания, с последующим ламинированием собранной пленочной конструкции, в качестве слоя диэлектрика применяют карбоцепные и гетероцепные полимерные пленки, а время обесцвечивания достигает от 3 до 15 суток и более.

Заявляемый способ позволяет получить индикаторы с высокой плотностью окраски, достаточной для контроля срока хранения пищевой и фармацевтической продукции.

Предлагаемый принцип индикации контроля срока хранения пищевых продуктов и фармацевтических препаратов основан на применении электрохромных материалов, например триоксида вольфрама, который под действием электрического поля в растворе электролита окрашивается в синий цвет. Окраска возникает в результате образования так называемой вольфрамовой бронзы за счет электрохимической реакции

WO₃(обесцвеченный) + ne^–+nM⁺=M_nWO₃(синий),

где М⁺ – ион металла (Li⁺, Na⁺, Ag⁺) или протон (H⁺).

Синий цвет обусловлен широкой полосой поглощения и отражения в красной и ИК-областях спектра, соответствующей переходу электронов с внешней оболочки W⁵⁺ на внешнюю оболочку W⁺⁶.

Следует отметить, что пленки, нанесенные разными методами, окрашиваются в один и тот же синий цвет.

Окрашивание полимерной пленки с проводящим на ее поверхности слоем и поверх него слоем триоксида вольфрама проводят в электрохимической ванне при разности потенциалов 0,5-5 В при условии, что проводящая пленка, соприкасающаяся со слоем WO₃, имеет отрицательный потенциал (катодно поляризуется). В этом случае в слой WO₃ с катода инжектируются электроны, а из электролита инжектируются катионы. При размыкании цепи цвет пленки сохраняется определенный отрезок времени, величина которого зависит от концентрационного потенциала между слоем WO₃ и его внешней поверхностью.

Интенсивность светопропускания окрашенной пленки при ее старении возрастает от 7-10% до 76-78% в обесцвеченном состоянии.

Существенное отличие предлагаемого способа получения заключается в применении электрохромных материалов в виде наноструктурных образований, диспергированных в жидких средах, в воде или органических растворителях. Применение наноматериалов позволяет отказаться от дорогих вакуумных технологий. В предлагаемой технологии нанесение электрохромных слоев проводится методами полива или пульверизации, что существенно снижает их стоимость.

Предлагаемое техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленно применимо.

Примеры осуществления заявляемого способа.

Пример 1

Мишень из твердого раствора оксида индия и диоксида олова помещают в магнетрон типа МРС высокой частоты мощностью 1 кВт и напыляют ее на поверхность полимерной пленки из полиэтилентерефталата с образованием оптически прозрачного электропроводящего слоя с удельным поверхностным сопротивлением 20-25 Ом/(см²).

20 г карбида вольфрама растворяют в 125 мл 15 мас.% перекиси водорода. Избыток перекиси водорода разрушают сеткой с платиновой чернью. Затем раствор выпаривают при температуре 40-60°С до стекловидного состояния. Образовавшийся осадок триоксида вольфрама растворяют в этиловом спирте с концентрацией 10-15 мас.%. Раствор заливают в ванну и методом погружения пленки из полиэтилентерефталата с электропроводящим слоем с последующим ее извлечением с постоянной скоростью формируют пленки триоксида вольфрама толщиной 200-400 нм. Сушку электрохромного слоя проводят при температуре 80-90°С. Таким образом, электрохромный слой триоксида вольфрама наносят поверх оптически прозрачного электропроводящего слоя.

Окрашивание пленки осуществляют в электрохимической ванне, содержащей водный раствор LiCl, при разности потенциалов 0,5-1 В с интенсивностью светопропускания 7-10%. Затем проводят сушку окрашенного электрохромного слоя. После этого наносят методом полива полимерный диэлектрик, в том числе из класса управляемых диэлектриков с повышенной диэлектрической проницаемостью, величина которой определяет их физические свойства и время обесцвечивания, в качестве которого берут пленку из карбоцепного полимера, полипропилена.

Ламинирование изготовленной конструкции индикаторов проводили методом холодного ламинирования с применением в качестве ламината пленка из полиэтилентерефталата.

Испытание изготовленного пленочного индикатора показало, что срок его обесцвечивания составляет 3 суток.

Пример 2

Изготовление пленочного индикатора осуществляли аналогично примеру 1, но электропроводящий слой наносили на пленку из полипропилена, окрашивание проводили в электрохимической ванне, содержащей спиртовой раствор LiCl, в качестве диэлектрика использовали карбоцепный полимер – поливинилхлорид, а ламинировали методом горячего ламинирования с применением в качестве ламината полипропилена. Испытание пленочного индикатора показало, что срок его обесцвечивания составляет 5 суток.

Пример 3

Изготовление пленочного индикатора осуществляли аналогично примеру 1, но электропроводящий слой наносили на пленку из полипропилена, окрашивание проводили в электрохимической ванне, содержащей спиртовой раствор LiCl, в качестве диэлектрика использовали карбоцепный полимер – сополимер поливинилового спирта и циануровой кислоты, а ламинировали методом горячего ламинирования с применением в качестве ламината полипропилена. Испытание пленочного индикатора показало, что срок его обесцвечивания составляет 9 суток.

Пример 4

Изготовление пленочного индикатора осуществляли аналогично примеру 1, но электропроводящий слой наносили на пленку из полипропилена, окрашивание проводили в электрохимической ванне, содержащей спиртовой раствор LiClO₄, в качестве диэлектрика использовали гетероцепный полимер – полиамид, а ламинировали методом горячего ламинирования с применением в качестве ламината полиэтилентерефталата. Испытание пленочного индикатора показало, что срок его обесцвечивания составляет 15 суток и более.

Пример 5

Изготовление пленочного индикатора осуществляли аналогично примеру 1, но электропроводящий слой наносили на пленку из полипропилена, окрашивание проводили в электрохимической ванне, содержащей спиртовой раствор LiClO₄, в качестве диэлектрика использовали гетероцепный полимер – полиимид, а ламинировали методом горячего ламинирования с применением в качестве ламината полиэтилентерефталата. Испытание пленочного индикатора показало, что срок его обесцвечивания составляет 10 суток.

Пример 6

Изготовление пленочного индикатора осуществляли аналогично примеру 1, но электропроводящий слой наносили на пленку из полипропилена, окрашивание проводили в электрохимической ванне, содержащей спиртовой раствор LiClO₄, в качестве диэлектрика использовали гетероцепный полимер – кремнеорганический (силикон), а ламинировали методом холодного ламинирования с применением в качестве ламината полиэтилентерефталата. Испытание пленочного индикатора показало, что срок его обесцвечивания составляет 15 суток и более.

Формула изобретения

1. Способ изготовления индикатора для контроля срока хранения пищевых продуктов и фармацевтических препаратов, осуществляемый на полимерной пленке и включающий нанесение на ее поверхность оптически прозрачного электропроводящего слоя, нанесения поверх этого слоя оптически прозрачного слоя электрохромного триоксида вольфрама, окрашивание триоксида вольфрама в синий цвет в жидком электролите под действием электрического поля, нанесение слоя диэлектрика, в качестве которого применяют полимерные пленки, которые по своим физическим свойствам определяют время обесцвечивания, с последующим ламинированием собранной пленочной конструкции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве слоя диэлектрика применяют карбоцепные и гетероцепные полимерные пленки, а время обесцвечивания достигает от 3 до 15 сут и более.