一种柔性膜及其制备方法和应用

1.本发明涉及一种柔性膜及其制备方法和应用，该柔性膜可用于测试固体材料例如胶凝材料基体表面的ph。


背景技术：

2.碳化是无机胶凝材料制品服役过程常见的化学侵蚀过程，碳化过程中，co2和胶凝材料中的碱性物质(如氢氧化钙)反应，改变碳化区的矿相组成，降低孔溶液的ph，对制品的耐久性产生不同影响。对于钢筋混凝土，为防止钢筋锈蚀，要求钢筋周围的保持在11以上。对于石灰基胶凝材料，碳化是强度产生的重要过程，碳化后基体ph将降低至10以下。因此，对碳化深度的检测有助于研究不同胶凝材料的碳化规律，并进行相应的调整。
3.现有对碳化深度的测试方法包括滴加指示剂、切片-溶解、ph传感器等。滴加指示剂方便直观，但滴加量和基体的湿度控制不易，常常导致测试结果不稳定，无法有效分辨碳化深度。切片-溶解的方法对碳化与否的测试较为准确，但切片常有一定厚度，碳化深度的测试精度较低，且低强材料无法测试。ph传感器测试精确，但结构相对复杂，单个传感器仅能单点测试，不方便对一定区域平面进行测试。
4.ph试纸或类似产品可对一定面积进行测试，但制品的基材不适合高湿度条件下使用，缺乏针对胶凝材料基体特性开发的测试制品。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种新的柔性膜，该柔性膜用于测试固体材料(例如胶凝材料基体)ph值，可实现对具有一定面积的平面进行ph测试，测试结果可通过肉眼或相关测试设备读取，方便定性和定量。
6.在第一方面，本技术提供一种柔性膜，其包括：ph测试层。
7.根据本发明的一些实施方式，柔性膜还包括：具有透气性的疏水层和/或具有微孔的隔离层。
8.根据本发明的一些实施方式，ph测试层设置在疏水层和隔离层之间。
9.本发明中，ph测试层用于检测待测固体材料孔溶液的ph；疏水层的透气性可平衡柔性膜内外的气压，便于孔溶液渗入，疏水性可防止其他液体从该侧渗入膜中污染ph测试层，影响孔溶液渗入和测试；隔离层用于隔离待测固体材料表面和所述ph测试层，防止对ph测试层的物理结构造成损伤；同时具有的微孔可使孔溶液可渗入上方，用于测试。
10.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层包括ph测试试剂和亲水膜材料。
11.根据本发明的一些实施方式，所述亲水膜材料选自聚乙烯吡咯烷酮树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、水性聚丙烯酰胺，优选聚乙烯吡咯烷酮树脂。
12.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层包括聚乙烯吡咯烷酮树脂和ph测试试剂。
13.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层还包括增塑剂。
14.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层通过制备得到，制备原料包括：亲水膜材料和ph测试试剂。
15.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层通过制备得到，制备原料包括：亲水膜材料、ph测试试剂和增塑剂。根据本发明的一些实施方式，制备原料包括：亲水膜材料100重量份、ph测试试剂0.05-2重量份和增塑剂5-15重量份。
16.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层通过制备得到，制备原料包括：亲水膜材料、ph测试试剂、增塑剂和溶剂。根据本发明的一些实施方式，制备原料包括：亲水膜材料100重量份、ph测试试剂0.05-2重量份、增塑剂5-15重量份和溶剂50-300重量份。
17.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层通过制备得到，制备原步骤包括：将ph测试试剂、增塑剂溶于溶剂中，然后再将亲水膜材料加入溶剂中，制模，干燥。
18.根据本发明的一些实施方式，聚乙烯吡咯烷酮树脂满足如下条件中的至少一者：分子量为8000-700000，k值为30-90，纯度不低于90％。
19.根据本发明的一些实施方式，ph测试试剂包括甲基黄、甲基橙、溴酚蓝、酚酞、百里酚酞、尼罗蓝、茜素黄、奎宁、香豆素、氮杂氟硼二吡咯-铬化硼酸钆中的一种或几种。
20.增塑剂可以包括聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种，分子量优选为100-2000。
21.根据本发明的一些实施方式，溶剂为水和有机溶剂按1：0.5～5的混合物。根据本发明的一些实施方式，有机溶剂包括乙醇、丙醇、丙酮等的一种或几种。
22.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层中，按照重量份数计，聚乙烯吡咯烷酮树脂为100份，ph测试试剂为0.05-2份。
23.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层中，按照重量份数计，聚乙烯吡咯烷酮树脂为100份，ph测试试剂为0.05-2份，增塑剂为5-15份。
24.根据本发明的一些实施方式，所述ph测试层的厚度为10-300μm。
25.根据本发明的一些实施方式，所述疏水层的材料选自pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、疏水性聚丙烯酸酯，优选pet。优选地，pet的分子量为20000-30000。
26.根据本发明的一些实施方式，所述疏水层的厚度为120-500μm，和/或透光率高于90％。
27.根据本发明的一些实施方式，所述隔离层的材料亲水膜材料。亲水膜材料的实力包括但不限于改性丙烯酸膜、丙烯酰胺膜。
28.根据本发明的一些实施方式，所述隔离层的厚度为10-120μm。
29.根据本发明的一些实施方式，所述隔离层为无色膜或白色膜，优选无色膜的光透过率高于90％，白色膜的白度高于85％。
30.根据本发明的一些实施方式，所述柔性膜还包括含水状态检测层，该层用于检测ph测试层的吸水程度。该层可以为单独的膜结构，或者涂层直接涂在ph测试层上。该层在充分吸水后将从白色变为无色，以验证下层的ph测试层是否充分吸水，防止吸水不充分导致测量误差。
31.根据本发明的一些实施方式，所述含水状态检测层设置在疏水层和ph测试层之间。
32.根据本发明的一些实施方式，所述含水状态检测层的材料厚度是10-300μm。
33.根据本发明的一些实施方式，所述含水状态检测层包括水性丙烯酸改性树脂和颜
料粉。
34.根据本发明的一些实施方式，所述含水状态检测层包括如下组分：水性丙烯酸改性树脂100重量份；颜料粉0.5-1重量份。
35.根据本发明的一些实施方式，所述含水状态检测层通过制备得到，制备原料包括：水性丙烯酸改性树脂、颜料粉、溶剂、助剂。
36.根据本发明的一些实施方式，所述含水状态检测层通过制备得到，制备原料包括：水性丙烯酸改性树脂100重量份；颜料粉0.5-1重量份、溶剂50-150重量份；助剂0.05-0.1重量份。
37.根据本发明的一些实施方式，所述含水状态检测层通过制备得到，制备的步骤包括：先将颜料粉、溶剂和助剂混合均匀，然后将水性丙烯酸改性树脂分批加入，之后制模，干燥，得到成品。
38.根据本发明的一些实施方式，水性丙烯酸改性树脂分子量为10000-100000。
39.根据本发明的一些实施方式，颜料粉为遇水变色颜料，无水时为白色，遇水变为透明色。
40.根据本发明的一些实施方式，溶剂为水和有机溶剂按1：0.5～0.8的混合物，有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丙酮等的一种或几种。
41.根据本发明的一些实施方式，助剂为分散颜料用的分散剂和消泡剂。
42.根据本发明的一些实施方式，所述柔性膜还包括标记油墨，用于标记标尺或网格。标记标尺或者网格便于肉眼或测试设备直接读取ph测试试剂的变化区间。标尺或网格间距可以为0.5mm-1mm。
43.根据本发明的一些实施方式，所述标记油墨设置在所述含水状态检测层中。
44.在第二方面，本发明还提供了上述柔性膜的制备方法，包括以下步骤：
45.a、将隔离层、ph测试层、疏水层进行热压成型，得到所述柔性膜；或者
46.b、在隔离层上制备ph测试层，在ph测试层上制备疏水层；或者
47.c.在疏水层上制备ph测试层，在ph测试层上制备隔离层。
48.在第三方面，本发明还提供了上述柔性膜在固体材料表面测试ph的应用。优选地，所述固体材料为胶凝材料。
49.在第四方面，本发明提供一种使用本发明所述的柔性膜检测固体材料表面ph的方法，包括如下步骤：将样品待测面润湿；将所述柔性膜与所述待测面接触，优选地，所述隔离层与所述待测面接触；读取所述柔性膜的测试结果。
50.具体地，所述检测固体材料表面ph的方法包括如下步骤：
51.a、将样品待测面放入潮湿空气中养护后取出，或使用去离子水或蒸馏水将待测面润湿；
52.b、隔离层向内，疏水层向外，将柔性膜直接贴在待测面表面并按压数秒使之贴紧；
53.c、等待数秒则完成测试，可通过人眼或相关测试设备读取测试结果。
54.本发明的优点包括但不限于：
55.1.可针对一定面积的固体材料例如胶凝材料基体表面进行ph测试，与现有ph传感器相比可对表面进行检测，而非单点测试；
56.2.与现有ph试纸类产品相比，对孔溶液在纸类材料内的扩散问题和观察方向问题
进行改善，指示剂可从另一侧观察或测试。
附图说明
57.图1示出了根据本发明的一些实施方式的柔性膜的示意图，其中：
58.m010-疏水层、m020-含水状态检测层、m021-标记油墨、m030-ph测试层、m040-隔离层。
59.图2是根据本发明的一些实施方式的柔性膜照片。
60.图3是根据本发明的一些实施方式的柔性膜的测试效果照片，左侧为常规酚酞法测试结果，右侧为本发明产品测试结果。
具体实施方式
61.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和附图，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于构成对本发明的任何限制。
62.实施例1
63.本实施例柔性膜的结构组成见下表1，柔性膜的结构示意图如图1所示。
64.表1
[0065][0066]
测试方法：
[0067]
由于产品对受检样品不具有选择性，仅以碳化/酸化石灰试样为代表测试。
[0068]
将受检样品测试面处理平整，将受测面浸入去离子水或脱盐水数秒后取出，擦干表面水，将产品用手紧压在受测面上使其不掉落即可，随后等待数秒至数分钟即可得到进行碳化/酸化深度或形貌测量。其中未碳化/酸化区域为红色，碳化/酸化区域为无色。
[0069]
制备的膜和检测结果见图2和图3，其他实施例的测试结果类似，不再列出。
[0070]
图3中测试样品为同一气硬性石灰碳化后的试块，两部分采用不同测试方法得到，其中左侧为常规酚酞法测试结果，右侧为本产品测试结果。两种测试结果一致，表明本产品测试结果可靠。同时右侧测试结果外圈具有渐变过程，可进一步分析碳化过程，具有定量分析的优势。
[0071]
实施例2
[0072]
与实施例1的区别仅在于，还包括含水状态检测层m020和标记油墨m021，m020和m021的组成见表2。
[0073]
表2
[0074][0075]
测试结果与实施例1基本相同，说明m020和m021的加入对产品测试无影响，仅便于测试。
[0076]
实施例3-4
[0077]
与实施例1的区别在于，m030层配方不同，具体见表3。
[0078]
表3
[0079]
[0080]
实施例5-7
[0081]
与实施例1的区别在于：m030层中ph测试试剂组成不同，具体见表4。
[0082]
表4
[0083][0084]
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种柔性膜，其包括：ph测试层。2.根据权利要求1所述的柔性膜，其特征在于，还包括：具有透气性的疏水层和/或具有微孔的隔离层；优选地，ph测试层设置在疏水层和隔离层之间。3.根据权利要求1所述的柔性膜，其特征在于，所述ph测试层包括ph测试试剂和亲水膜材料。4.根据权利要求3所述的柔性膜，其特征在于，所述亲水膜材料选自聚乙烯吡咯烷酮树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇、水性聚丙烯酰胺，优选聚乙烯吡咯烷酮树脂；优选地，所述ph测试层包括亲水膜材料和ph测试试剂，按照重量份数计，亲水膜材料为100份，ph测试试剂为0.05-2份；优选地，所述ph测试层包括亲水膜材料、ph测试试剂和增塑剂，按照重量份数计，亲水膜材料为100份，ph测试试剂为0.05-2份，增塑剂为5-15份；优选地，所述ph测试层通过制备得到，制备原料包括：亲水膜材料、ph测试试剂、增塑剂和溶剂；优选地，所述ph测试层通过制备得到，制备原料包括：亲水膜材料100重量份、ph测试试剂0.05-2份、增塑剂5-15份和溶剂50-300份；优选地，所述ph测试层通过制备得到，制备原步骤包括：将ph测试试剂、增塑剂溶于溶剂中，然后再将亲水膜材料加入溶剂中，制模，干燥。5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性膜，其特征在于，聚乙烯吡咯烷酮树脂满足如下条件中的至少一者：分子量为8000-700000，k值为30-90，纯度不低于90％；和/或ph测试试剂包括甲基黄、甲基橙、溴酚蓝、酚酞、百里酚酞、尼罗蓝、茜素黄、奎宁、香豆素、氮杂氟硼二吡咯-铬化硼酸钆中的一种或几种；和/或增塑剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种，分子量优选为100-2000；和/或所述ph测试层的厚度为10-300μm。6.根据权利要求1-5任一项所述的柔性膜，其特征在于，所述疏水层的材料选自pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、疏水性聚丙烯酸酯，优选pet，优选地，pet的分子量为20000-30000；和/或所述疏水层的厚度为120-500μm，和/或透光率高于90％；和/或所述隔离层的厚度为10-120μm；和/或所述隔离层为无色膜或白色膜，优选无色膜的光透过率高于90％，白色膜的白度高于85％。7.根据权利要求1-6任一项所述的柔性膜，其特征在于，所述柔性膜还包括含水状态检测层，用于检测ph测试层的吸水程度；和/或所述含水状态检测层设置在疏水层和ph测试层之间；和/或所述含水状态检测层的材料厚度是10-300μm；和/或所述含水状态检测层包括水性丙烯酸改性树脂和颜料粉；和/或所述柔性膜还包括标记油墨，用于标记标尺或网格；优选地，所述标记油墨设置在所述含水状态检测层中。8.一种权利要求1-7任一项所述的柔性膜的制备方法，包括以下步骤：a、将隔离层、ph测试层、疏水层进行热压成型，得到所述柔性膜；或者
b、在隔离层上制备ph测试层，在ph测试层上制备疏水层；或者c.在疏水层上制备ph测试层，在ph测试层上制备隔离层。9.权利要求1-7任一项所述的柔性膜在固体材料表面检测ph的应用，优选地，所述固体材料为胶凝材料。10.一种使用权利要求1-7任一项所述的柔性膜检测固体材料表面ph的方法，包括如下步骤：将样品待测面润湿；将所述柔性膜与所述待测面接触，优选地，所述隔离层与所述待测面接触；读取所述柔性膜的测试结果；优选的，包括：a、将样品待测面放入潮湿空气中养护后取出，或使用去离子水或蒸馏水将待测面润湿；b、隔离层向内，疏水层向外，将柔性膜直接贴在待测面表面并按压数秒使之贴紧；c、等待数秒则完成测试，可通过人眼或相关测试设备读取测试结果。

技术总结
本发明提供了一种柔性膜及其制备方法和应用。该柔性膜包括pH测试层，可实现对具有一定面积的固体材料尤其是胶凝材料基体表面进行pH测试，测试结果可通过肉眼或相关测试设备读取，方便定性和定量。方便定性和定量。方便定性和定量。


技术研发人员：王栋民 王璜琪
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2023.01.06
技术公布日：2023/7/25