一种不可逆显示标识制备方法、标识及口罩
阅读说明：本技术 一种不可逆显示标识制备方法、标识及口罩 (Irreversible display mark preparation method, mark and mask ) 是由 艾丽 刘可帅 许多 郭维琪 刘欣 徐卫林 于 2021-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种不可逆显示标识制备方法、标识及口罩,本发明通过将制备的不透明高吸湿浆料设置于透气轻薄基材表面上形成缓释层,再将水溶性颜料涂敷于不透明高吸湿缓释层表面从而制成中间层,并对水溶性颜料进行防水覆盖形成阻隔层,快速形成了可通过吸湿调控水溶颜料单向均匀扩散的不可逆显示标识器件。本发明制备的不可逆显示标识器件利用其不透明高吸湿缓释层的吸收湿气从而发生微溶解产生细微孔道,进而中间层水溶性色素迁移到表面显色,通过不透明缓释层控制吸湿量和发色程度,从而建立时间与显色之间的关系,为时间标识提供了一种新的显示方法。(The invention provides a preparation method of an irreversible display mark, a mark and a mask. The irreversible display identification device prepared by the invention utilizes the water absorbed by the opaque high-moisture-absorption slow-release layer to slightly dissolve to generate a micro channel, then the water-soluble pigment in the middle layer migrates to the surface for color development, and the moisture absorption amount and the color development degree are controlled by the opaque slow-release layer, so that the relationship between time and color development is established, and a new display method is provided for time identification.)
技术领域
本发明涉及纺织
技术领域
，具体为一种不可逆显示标识制备方法、标识及口罩。背景技术
在日常生活中，人们经常会使用到一次性使用产品，对于有的一次性产品，其在使用过程中会伴随有湿气(或水)，例如口罩。对于该类在使用过程中伴随有湿气的一次性产品，存在无法精准地衡量其被有效使用时长，因而存在该一次性产品仅使用较短的时间情况下就会被丢弃，或者使用时间较长后仍然被使用，无法很好地直观提示使用者该一次性产品的有效使用时间长短，进而也就无法直观的提示该一次性产品是否需要更换，造成不必要的浪费或者长时间佩戴丧失了保护功能或增加了交叉感染的风险。因此，对于提供一种能够在佩戴过程中利用显示标识来显示使用时间而起到警示作用的口罩就显得尤为重要，一种具有不可逆显示标识功能的口罩可以有效克服这些问题，通过制备具有不可逆显示标识器件、再将其器件植入传统口罩中来赋予传统口罩有效的使用时间监控的特征，但是一直缺少简单、高效的可以精准监控口罩使用时长和显示标识效果之间关系的口罩制备方法。
如中国专利号CN 107308563 A，公开日2017.11.03，发明创造名称为口罩、提醒更换口罩的滤芯的方法及装置，这个申请公案针对传统口罩滤芯或口罩在使用一段时间后滤芯上就会附上很多污染物，需要及时更换以避免影响口罩的过滤功能及对用户的身体健康带来危害的问题，提供了一种口罩、提醒更换口罩的滤芯的方法及装置，通过口罩内的通信模块与监测模块连接向终端发送所监测到的口罩使用时间，从而提醒用户更换口罩的滤芯，但是这种口罩制备方法成本高、还需要与终端设备进行连接，使用操作并不方便，对于时间的检测采用信息数据化计算、并不能被广泛适用于传统口罩的制备；又如中国专利号CN 206119260 U，公开日2017.04.26，发明创造名称为一种使用寿命警示的智能口罩，这个申请公案针对现有的口罩只能简单隔离，不具有防病治病功能的问题，提供了药物与口罩有机的结合制备方法，通过将呼吸阻力检测结构和过滤检测结构均与控制模块连接，通过LED警示灯做出相应的警示变化从而对口罩使用寿命的提示，这种方法在口罩中内置各种电子元器件，制备复杂、无法工业化生产，不被市场所认可；同样地，中国专利号为CN104432707 A，公开日为2015.03.25，发明创造名称为一种具有使用期限提示功能的口罩，它通过在口罩本体的过滤层之间设置有提示装置，当识别单元无法发出识别信息时，口罩即达到使用寿命；如中国专利号为CN 106723513 B，公开日为2018.04.17，发明创造名称为一种利用传感器技术实时数据采集分析的污染监测口罩，利用口罩衬底中设置有微型称重传感器来有效监控口罩滤芯的污染程度以提示用户更换，但是这些口罩的制备方法复杂、成本极高，此方法制备的口罩片需要电路、电池等元件连接，无法在一次性使用的口罩上应用。
另外还有大量的专利，如中国专利号为CN 204292259 U，公开日为 2015.04.29，发明创造名称为一种具有提示功能的口罩，他将口罩本体的外侧活动连接有一指示条，通过判断口罩本体的颜色与指示区上的颜色比对，能够及时识别出口罩寿命，便于口罩更换，但是此方法制备的口罩缺少指示标识的制备方法，并且不具备配合人体呼吸状态下口罩的使用寿命监控。中国专利号为CN105077760 A，公开日为2015.11.25，发明创造名称为一种雾霾防护口罩，他利用在口罩中外层无纺布的通孔覆盖酸性指示剂，实现了通过指示片的颜色变化有效显示颗粒物的富集程度以便提示使用者更换口罩的功能。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种不可逆显示标识制备方法、标识及口罩，通过建立时间与显色之间的响应关系，解决现有产品使用过程中无法直观判断使用时间长短的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本申请实施例提供一种一种不可逆显示标识制备方法，所述制备方法包括：
制备不透明高吸湿浆料；将上述不透明高吸湿浆料印制或涂敷于透气轻薄基材表面上；将水溶性色素涂敷于不透明高吸湿缓释层表面；对水溶性颜料进行防水覆盖。
进一步的，所述不透明高吸湿缓释层制备成不同厚度尺寸的产品。
进一步的，所述不透明高吸湿缓释层为高吸湿纤维素与消光材料均匀混合制成。
进一步的，所述高吸湿纤维素为中性羧甲基纤维素钠或羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素。
进一步的，所述消光材料为碳酸钙和二氧化钛或高岭土粉末。
进一步的，所述高吸湿纤维素与消光材料混合均匀制成浆，并通过平面筛网印制成不透明高吸湿缓释层。
进一步的，采用拒水自粘胶或拒水塑料薄膜覆盖水溶性颜料。
本申请实施例提供一种不可逆显示标识，所述标识包括：基材层，不透明高吸湿缓释层，设置于所述基材层表面，所述不透明高吸湿缓缓层具备吸水特性；水溶性色素层，设置于所述不透明高吸湿缓释层表面，所述水溶性色素层遇湿扩散至吸湿缓释层显示颜色；拒水层，覆盖于所述水溶性色素层外表面，所述拒水层由疏水性材质构成。
本申请实施例提供一种口罩，所述口罩包括亲水层、熔喷层、拒水层，所述口罩还包括如上所述的标识，其中所述标识设置于所述亲水层和熔喷层之间。
一种可能的实施方式中，所述口罩包括有至少两个具备不同不透明高吸湿缓释层厚度的所述标识，其中至少两个所述标识沿口罩高度方向间隔设置于所述亲水层和熔喷层之间。
本发明的有益效果为：本申请实施例中的不可逆显示标识制备方法其通过将高吸湿树脂羟甲基纤维素与消光材料CaCO3和SiO2或高岭土混合高速剪切制浆，按质量份数包括以下材料：羧甲基纤维素钠0.5-2份；CaCO3 1-2份；SiO2 5-7份；去离子水40-43份。通过不同目数丝网印刷在基材，烘干制成不同厚度不透明缓释层，然后将水溶性色素印制或涂敷在缓缓层表面并迅速烘干，最后用塑料薄膜覆盖色素封闭避免扩散。利用树脂的高吸湿性，中间水溶性色素迁移到表面显色。通过不透明缓释层的厚度控制吸湿量和发色时间，建立时间与颜色显现之间的关系，为时间标识提供了一种新的显示方法。
技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优势：
(1)本发明制备的遇水不可逆显色标识，主要是基材层对人体呼吸产生水汽主动吸附，在此吸湿过程中基材层逐渐发生微溶解从而在其表面产生细微孔道，而中间的水溶性色素则会随呼吸以及孔道向外迁移，并通过水汽凝结促使水溶性颜料对高吸水性缓释层着色而显色。
(2)本发明公开的标识制备方法，可通过不同网目的丝网印制高吸湿缓释层，因不同网目透过的高吸湿树脂羧甲基纤维素钠与消光材料CaCO3和SiO2 混合浆料不同，烘干后的吸湿缓释层厚薄不同，从而浸润缓释层而显色的时间不同，建立了显色与时间之间的对应关系。这是本发明有别于其他不可逆显色技术的发明点之一。同时，也有别于遇水变色，但烘干后颜色消失的可逆变色技术。
(3)本发明通过建立显色与时间之间的关系，将该标识应用于一次性防护口罩，用于消费者或医护人员提示防护口罩需及时更换，这对于预防交叉感染具有直接的指导意义。
附图说明
图1为本申请实施例中的不可逆显示标识结构剖面示意图。
图2不可逆标识显色示意图。
图3不可逆标识显色机理。
图4为本申请实施例中的口罩结构示意图。
图5为本申请实施例中的不可逆显示标识制备方法流程示意图。
图中：
100-标识，101-基材层，102-不透明高吸湿缓释层，103-水溶性色素层，104-拒水层，2-口罩，201-多孔透气的基材，202-高吸湿缓释层，203-水溶性色素，204- 拒水封闭端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
见附图1所示，附图1为本申请实施例中的不可逆显示标识结构剖面示意图。本申请实施例提供一种不可逆显示标识100，其包括基材层101、不透明高吸湿缓释层102、水溶性色素层103以及拒水层104。在本申请的一些实施例中，基材层101采用PP无纺布或者其它透气轻薄材料层构成。不透明高吸湿缓释层 102设置在基材层101一侧的表面，不透明高吸湿缓释层102具备亲水特性，可以对人体呼出的湿气或空气中的湿气进行自动吸收。水溶性色素设置在不透明高吸湿缓释层102的另一表面，水溶性色素层103为水溶性的发色体材料构成，例如水溶性的食用色素、颜料、染料等材料。拒水层104覆盖在水溶性色素层 103外表面，用于防止外部的水分湿气进入到水溶性色素层103内，进而对其正常的遇湿显色形成干扰，即仅允许从基材层101一侧的水分湿气进入到水溶性色素层103内。拒水层104由疏水性材质构成，例如可采用拒水自粘胶或者拒水塑料薄膜构成。
将制备的不可逆显色标识，制成4cm×5cm附着在口罩内部，进行人体动态呼吸测试显色与时间的关系。忽略人体的基础差异以及呼吸频率不同，以日常使用为准。人体呼吸的气通量：
式中：K0为多孔介质渗透率，m2；h为多孔介质厚度m；DK为克努森扩散系数，m2·s－1；re为供给半径，m；rw为介质中心气井半径，m；pe为外边界压力，MPa；pw为内边界压力，MPa；me为外边界拟压力，MPa2；mw为内边界拟压力，MPa2。
分别连续佩戴0.5h、1h、2h、3h、4h取下标识样品进行K/S值的测试(结果如图1)。由图1可知，随着佩戴时间的延长，口罩上标识K/S值呈线性增加。这表明，口罩里的标识随连续佩戴时间的延长，显色越来越明显。根据拟合的方程，可看出标识颜色深浅与使用者佩戴时间呈线性关系，尽管其相关系数R2仅为0.87642。这与微量湿气吸附在标识表面误差较大有关。基于实验状态下，缓释层内溶液扩散过程中受到的合力为竖直方向的表面张力减去该溶液的重力：
实际溶液扩散过程中会受到缓释层对它的扩散阻力，假设扩散阻力的大小与y成正比，则
基于上述公式，随着佩戴时间延长，标识所表现出来的颜色呈现一定的变化趋势，如图2。在L*a*b*图中，可明显的看出，随使用时间的延长，标识的亮度L*逐渐下降，而红光a*迅速增加，蓝光b*缓慢增加，这与所用的显色色素为红色有关。从图2也可看出，一次性口罩里的标识，随着使用者连续使用时间的延长，其颜色从无到有，最后逐渐加深。
在使用时，高吸湿缓释层102通过吸湿产生微溶解从而形成细微孔道使得中间层水溶色素向外迁移，从而可以通过形成不同厚度的不透明高吸湿缓释层 102来控制细微孔道的形成时间以调控显色时间与佩戴时间的关系，即可以使得形成的标识100具备不同的遇湿显色时间，厚度较厚的不透明高吸湿缓释层102，其形成的标识100所遇湿显色的时间较长，反之厚度较薄的不透明高吸湿缓释层102，其形成的标识100所遇湿显色的时间较短。因而，在实际使用过程中，根据标识100正常的使用时间条件下，选择对应厚度的不透明高吸湿缓释层102，即该厚度的不透明高吸湿缓释层102形成的标识100在达到其正常规定的额使用时间条件下，其就会对应的进行显色，以提示使用者。
参见附图2、3所示，附图2为本申请实施例中的不可逆显示标识在一次性防护口罩中随人体呼吸显色的应用示意图。人体在呼吸过程中不断的释放水汽及热气，由于口罩必须将口鼻与外界隔开并形成一个可透气却行对封闭的微环境，该微环境随着人体的呼吸，其湿度不断增加，当湿度增加到一定的程度，水汽会在口罩表层凝结成小水珠，高吸湿缓释层由于其多孔结构，具有超强的吸水吸湿性能，小水珠进入缓释层的孔隙中，随着呼吸时间的延长，水珠不断的凝结，逐渐打开缓释层的微孔道。一旦聚集的小水珠足够打开缓释层的通道，缓释层下方的水溶性色素因毛细效应，会迅速的溶于水珠并向外单向渗透，如图3。附图3为本申请实施例中的不可逆显示标识显色的过程。从上到下一次为，多孔透气的基材201、高吸湿缓释层202、水溶性色素203、拒水封闭端204。该标识通过这样的设计，形成了气态射流吸湿为溶解的定向显色。随着人体的一呼一吸，其呼出的气体带着水汽在口罩与人体口鼻形成的微环境中流动，微量的水汽被高吸湿的缓释层捕捉到，附着在缓释层的微孔隙中，随着不断呼吸呼出的水汽凝结，最终水汽凝结的小水珠微溶解缓释层形成直径大小不同的通道，为水溶性显色打开了通道。
参见附图4所示，附图4为本申请实施例中的口罩结构示意图。本申请实施例提供一种一次性口罩2，其包括亲水层、熔喷层、拒水层以及上述标识100。该标识100设置在亲水层和熔喷层之间，以对应消费者在佩戴该口罩2时，消费者呼出的湿气进入到该标识100中，进行对应的显色。在本申请的一些实施例中，口罩2上的上述标识100采用长条状，沿着口罩2的长度方向设置在亲水层和熔喷层之间。
在本申请的另一些实施例中，为了使得口罩2具备不同使用时间段的提醒功能，口罩2其上设置有至少两个上述标识100，至少两个上述标识100具备不同厚度的不透明高吸湿缓释层102，进而使得对应的标识100具备不同的遇湿显色时间。上述至少两个标识100沿口罩2高度方向间隔设置于亲水层和熔喷层之间。示例性的，例如一个标识100的遇湿显色时间为30分钟，另一个标识100 的遇湿显色时间为4小时，并且两个标识100的遇湿显色的颜色不同，例如示例性的，遇湿显色为30分钟的标识100其显色为蓝色；遇湿显色为4小时的标识100其显色为红色，以便消费者可以更加直观的知晓口罩2的使用时间长短。消费者在佩戴上述口罩2时，当其佩戴时间达到30分钟时，显示为蓝色的标识 100开始显色；当其佩戴时间达到4小时后，显示为红色的标识100开始显色。参见附图3所示，附图3为本申请实施例中的不可逆显示标识制备方法流程示意图。本申请实施例提供一种不可逆显示标识制备方法，该制备方法包括：制备不透明高吸湿浆料；将上述不透明高吸湿浆料印制于基材表面上并烘干；将水溶性颜料涂敷于不透明高吸湿缓释层表面；对水溶性颜料进行防水覆盖。
在本申请的一些实施例中，不透明高吸湿浆料印制或涂敷于透气轻薄基材表面制备成不同厚度尺寸的缓释层。通过缓释层厚薄程度不同，进而人体呼出水汽对缓释层浸润的时间不同而显色，从而建立时间与显色之间的响应关系。
在本申请的一些实施例中，不透明高吸湿缓释层为高吸湿树脂与消光材料混合均匀制成。其中在本申请的另一些实施例中，高吸湿树脂为中性羧甲基纤维素钠或羟丙基甲基纤维素(相对分子质量为40000g/mol)或羟乙基纤维素(相对分子质量为50000g/mol)；消光材料为碳酸钙粉末和二氧化钛或高岭土。
在本申请的一些实施例中，高吸湿树脂与消光材料混合均匀制成浆，并通过平面筛网印制在透气轻薄基材构成不透明高吸湿缓释层。通过采用筛网印制不透明高吸湿浆料，可以方便快捷地控制不透明高吸湿缓释层的厚度，例如通过采用不同网目(80-160目)透过不同量浆来控制其薄厚。
下面给出几个实施例来说明不可逆显示标识制备过程：
实施例一
本实施例中的不可逆显示标识制备过程为：羧甲基纤维素钠1g,CaCO3 1g, SiO25g,水43g，混合高速剪切搅拌均匀，将其分别通过150目、120目、80目的网框依次成条状印制在PP无纺布表面，80℃烘干，形成厚度分别为0.8μm、 1.2μm、2.0μm的高吸水缓释层，再将水溶性红颜料涂敷在高吸水缓释层表面，最后用塑料薄膜覆盖颜料，形成不可逆显示标识，而后将不同厚度的不可逆显色标识依次制备为宽3mm的带状，在口罩制备过程中，将三种不可逆显色标识依次置于熔喷层与亲肤层之间。经实验测试对比得出：采用本发明所制具有不可逆显示标识的口罩在使用者佩戴使用1h后厚度为0.8μm的显示标识变成红色，其他两个标识并未变色，三种厚度的显示标识KS值依次为1.90、0.06、0.08，吸湿增重依次为10.8mg、8.6mg、7.6mg。
实施例二
本实施例中的不可逆显示标识制备过程为：羟乙基纤维素0.8g,CaCO3 1g, 高岭土5g,水43g，混合高速剪切搅拌均匀，将其分别通过160目、120目、80 目的网框依次成条状印制在PP无纺布表面，80℃烘干，形成厚度分别为1μm、 2μm、3μm的高吸水缓释层，再将水溶性蓝颜料涂敷在高吸水缓释层表面，最后用塑料薄膜覆盖颜料，形成不可逆显示标识，而后将不同厚度的不可逆显色标识依次制备为宽5mm绳状，在口罩制备过程中，将三种不可逆显色标识依次置于熔喷层与亲肤层之间。经实验测试对比得出：采用本发明所制具有不可逆显示标识的口罩在使用者佩戴使用1h后厚度为1μm的显示标识变成蓝色，其他两个标识并未变色，三种厚度的显示标识KS值依次为2.10、0.54、0.11；在使用者佩戴使用2h后厚度为1μm和2μm的显示标识变成蓝色，最后一个标识并未变色，三种厚度的显示标识KS值依次为2.10、1.95、0.23；在使用者佩戴使用 4h后厚度为1μm、2μm和3μm的显示标识都变成蓝色，三种厚度的显示标识 KS值依次为2.12、2.05、2.11。
实施例三
本实施例中的不可逆显示标识制备过程为：羧甲基纤维素钠0.5g,羟乙基纤维素0.25g,CaCO3 1g,SiO2 5g,水43，混合高速剪切搅拌均匀，将其分别通过 150目、120目、80目的网框依次成条状印制在PP无纺布表面，60℃烘干，形成厚度分别为1.2μm、2.4μm、3.6μm的高吸水缓释层，再将水溶性红、黄、蓝颜料依次涂敷在1.2μm、2.4μm、3.6μm厚的高吸水缓释层表面，最后用塑料薄膜覆盖颜料，形成不可逆显示标识，而后将不同厚度的不可逆显色标识依次制备为宽3mm条带状，在口罩制备过程中，将三种不可逆显色标识依次置于熔喷层与亲肤层之间。经实验测试对比得出：采用本发明所制具有不可逆显示标识的口罩在使用者佩戴使用1h后厚度为1.2μm的显示标识变成红色，其他两个标识并未变色，三种厚度的显示标识KS值依次为2.00、0.63、0.23；在使用者佩戴使用2.5h后厚度为1.2μm显示标识变成红色和2.4μm的显示标识变成黄色，最后一个标识并未变色，三种厚度的显示标识KS值依次为2.21、2.12、0.83；在使用者佩戴使用3.6h后厚度为1.2μm、2.4μm、3.6μm的显示标识分别变成红色、黄色和蓝色，三种厚度的显示标识KS值依次为2.31、2.22、2.53。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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