DE69736275T2

DE69736275T2 - Vorrichtung zur schnellen temperaturerfassung

Info

Publication number: DE69736275T2
Application number: DE69736275T
Authority: DE
Inventors: Ribi O Hans
Original assignee: Hans Ribi O Hillsborough
Current assignee: Hans Ribi O Hillsborough
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: AU1749697A; ATE332492T1; US5918981A; AU731660B2; WO1997026516A1; JP2000503394A; EP0876591A4; DE69736275D1; EP0876591B1; EP0876591A1; US5685641A

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-part-Anmeldung der US-Anmeldung mit der Seriennummer 08/587,326, welche am 16. Januar 1996 eingereicht wurde.
HINTERGRUND
In vielen Situationen besteht ein Bedarf zu wissen, ob eine bestimmte Temperatur erreicht wurde. Beispielsweise kann jemand, wenn er Nahrungsmittel kocht, daran interessiert sein, dass das Nahrungsmittel eine bestimmte Temperatur überschritten hat. Dies kann verbunden sein mit einem bestimmten Geschmack des Nahrungsmittels, ob das Nahrungsmittel roh, halb durchgebraten oder durchgebraten ist, oder ob man das Nahrungsmittel lang genug gekocht hat, um sicherzustellen, dass alle Organismen abgetötet worden sind, oder dergleichen. In Fastfood-Restaurants wäre es insbesondere praktisch, über eine einfache Einwegvorrichtung zu verfügen, welche die Bestimmung ermöglichen könnte, dass das Nahrungsmittel ausreichend gekocht worden ist, um das wesentliche Abtöten aller Organismen sicherzustellen.
Beim Kochen gibt es viele Situationen, unter welchen es notwendig ist, eine bestimmte Temperatur zu erreichen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise ist es für Sirups, welche in Buttercremes verwendet werden, notwendig, auf eine spezifische Temperatur erwärmt zu werden, bevor sie mit Butter emulgiert werden. Die Thermometer, welche für diese und andere Zwecke Verwendung finden, sind üblicherweise groß, unhandlich und unpraktisch, und ermöglichen zu viel Kontakt mit dem Topf, welcher eine Temperatur aufweisen kann, welche sich vom Inhalt des Topfs unterscheidet. Beim Backen gibt es keinen praktischen Weg, die Innentemperatur eines Kuchens oder eines Puddings zu bestimmen.
Es gibt auch Interesse an der Temperatur heißer Flüssigkeiten, wobei gesetzliche Rückerstattungsansprüche erhalten wurden, wenn Leute verbrüht wurden. Für Babyformulierungen wünscht man sich, zu bestimmen, ob die Temperatur die gewünschte Temperatur aufweist, um sicherzustellen, dass die Formulierung sicher ist. Wenn man wiederum über eine einfache Technik verfügen würde, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit eine sichere Temperatur überstiegen hat, könnten diese Probleme vermieden werden.
Einwegartikel würden nicht nur in Verbindung mit Nahrungsmitteln Verwendung finden, sondern sie könnten auch in Verbindung mit Gebieten eingesetzt werden, in welchen es zu unerwarteter Erwärmung kommen kann, wie beispielsweise elektrischen Geräten, Fertigungseinrichtungen, Heißwasser- oder anderen Heizvorrichtungen, elektrischen Herden oder Gasherden, Mikrowellenöfen und in den Öfen erwärmter Nahrungsmittel etc.
Wünschenswerterweise sollten die Vorrichtungen sehr kostengünstig sein, leicht handzuhaben sein, eine saubere und objektive Bestimmung bereitstellen, dass die Temperatur erreicht wurde, und es sollte sich um Einwegartikel handeln.
Diacetylene sind zur Bestimmung der Temperatur verwendet worden, wie es in den US-Patenten Nr. 4,339,951, 4,721,769, 5,085,801 und in darin zitierten Referenzen beschrieben ist. Jedoch weisen alle diese Vorrichtungen Nachteile hinsichtlich ihrer Verwendung für die oben beschriebenen Zwecke auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturüberwachung wie in Anspruch 1 definiert. Die Vorrichtung umfasst einen für Lösungsmittel durchlässigen Träger mit einer Beschichtung aus einem Diacetylenpolymer. Die kritische Temperatur der Temperatur wird bestimmt durch Lipidlänge und -Struktur, die Art der Kopfgruppe, die Kombination verschiedener Kettenlängen und die Verarbeitung. Die Vorrichtung wird hergestellt durch Inkontaktbringen des Trägers mit einer Lösung aus Diacetylenmonomer in einem Lösungsmittel, welches eine Imprägnierung des Trägers mit dem Diacetylenmonomer bis zu einem wenigstens kurzen Abstand von der Oberfläche bereitstellt. Das Diacetylenmonomer wird anschließend polymerisiert, wobei dies zu einer stark gefärbten Oberfläche führt. Infolge von Erwärmen über eine vorbestimmte Temperatur hinaus ändert sich die Farbe des Polymers irreversibel, so dass sie von der ursprünglichen Farbe leicht unterscheidbar ist. Abhängig von der Wahl des einzelnen Monomers oder einer Kombination von Monomeren und der Art der Verarbeitung kann der Temperaturbereich, an welchem die Farbveränderung stattfindet, an einen beliebigen Punkt innerhalb des Bereichs von 25-300 °C liegen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht einer spießförmigen Vorrichtung zur Temperaturüberwachung;
2 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung zur Temperaturüberwachung;
3 ist eine Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der Vorrichtung zur Temperaturüberwachung;
4 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung zur Temperaturüberwachung umfassend einen Metallschaft;
5 ist eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Temperaturüberwachung als gabelartiges Küchengerät;
6 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Temperaturüberwachung in Form eines mit einem Aufsatz versehenen Zahnstochers;
7 ist eine Aufsicht auf eine beschriftetes Label einer Vorrichtung zur Temperaturüberwachung; und
8 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Temperaturüberwachung in Tassenform.
BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden Vorrichtungen zur Temperaturüberwachung bereitgestellt, welche die Bestimmung erlauben, ob eine Substanz eine vorbestimmte Temperatur überschritten hat. Die Vorrichtungen können eine breite Vielfalt an Formen einnehmen, wobei sie zur individuellen Verwendung üblicherweise sehr klein und wegwerfbar sind. Die Vorrichtungen können spezifische Formen aufweisen, im Ganzen oder teilweise, um spezifische Anwendungen bereitzustellen. Die Vorrichtungen können die Form von Filmen, Bändern, Stiften, Stäben, Kegeln, Röhren, Pellets, Bällen, Stöcken, Küchengeräten (Gabeln, Löffeln, Messer etc.), Zahnstocher, Pfeilen etc. einnehmen und sie können kreisförmige, elliptische, rechteckige, quadratische, dreieckige etc. Querschnitte aufweisen; sie können einen gleichmäßigen Querschnitt oder einen variierten Querschnitt aufweisen, wie es für einen Zahnstocher der Fall ist, welcher einen kugelförmigen oder einen scheibenförmigen Kopf aufweist. Die Trägerzusammensetzung kann als Beschichtung auf einer Tragevorrichtung vorliegen, wobei der Träger Holz, Metall, Glas, Kunststoff, Keramik, Verbundstoff oder dergleichen sein kann, und wobei die Beschichtung in den zugrunde liegenden Träger integriert oder nicht-integriert sein kann.
Der Träger kann für die Beschichtungszusammensetzung durchlässig sein. Die Oberflächenzusammensetzung der Vorrichtung wird dadurch gekennzeichnet, dass sie imprägniert werden kann, wenigstens nahe zur Oberfläche der Vorrichtung, mit einer Lösung umfassend das zweifach doppelt ungesättigte Monomer (diynic monomer), wobei infolge von Verdampfung des Lösungsmittels das Monomer im Träger zurückgehalten wird. Daher ist der Träger, welcher im Allgemeinen die Lösung oder Dispersion aufnimmt oder absorbiert, für das Lösungsmittel durchlässig und beeinflusst das Diacetylenmonomer oder dessen Verhalten nicht nachteilig. Darüber hinaus wird der Träger für die beabsichtigte Verwendung ausgewählt, so dass er annehmbare physikalische, mechanische und thermische Eigenschaften sowie ein annehmbares Leistungsvermögen für seine beabsichtigte Verwendung aufweist.
Es kann eine breite Vielfalt an durchlässigen Trägern kann verwendet werden, wobei die Träger porös oder nicht-porös sein können. Träger, welche verwendet werden können, umfassen Kunststoffe, wie beispielsweise Polystyrol, Polyacrylate, Polyalkylene mit hoher und niedriger Dichte, z.B. Polyethylen, Polypropylen etc., Polyurethane, Nylon, Polyester, elastomere Polymere, Polycarbonate, Polysilikone, Vinyl, Epoxy, Polyetherphthalat oder dergleichen; es finden sowohl Additions- als auch Kondensationspolymere Anwendung, Cellulosehaltige Produkte, z.B. Holz und Holzprodukte, wie beispielsweise Papier, Pappe etc., Gewebe, hitzestabile Keramiken, Verbundstoffe etc. Zum größten Teil sind die Träger wasserunlöslich, leicht formbar oder verarbeitbar, und ermöglichen die Verarbeitung zur Imprägnierung des Diacetylenmonomers. Die betreffenden Vorrichtungen können umfassen Zahnstocher, welche aus Holz oder Kunststoff hergestellt sind, Quirle (swizzle sticks), Küchengeräte, Bänder, Filme, Labels, insbesondere mit einer Klebeschicht, Partikel in Lösung oder andere Strukturen.
Die Träger zur Imprägnierung können Weichmacher enthalten, welche durch das Lösungsmittel gelöst werden, wodurch ein Mittel zur Überführung des Monomers in den Träger im Austausch mit dem Weichmacher bereitgestellt wird. Der Träger kann durch Beschichten eines ersten Trägers mit einer Kunststoffzusammensetzung hergestellt werden, z.B. einer Dispersion von Kunststoff in einer Flüssigkeit, welche den Kunststoff ausreichend klebrig macht, um an Träger anzuhaften, oder einer Lösung des Kunststoffs in einem Lösungsmittel, um die Beschichtung bereitzustellen. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wird ein permeabler Träger bereitgestellt.
Üblicherweise ist die Beschichtung wenigstens etwa 0,1 mil dick und nicht mehr als etwa 100 mil dick, wobei sie im Allgemeinen in einem Bereich von etwa 0,5 bis 50 mil dick ist (1 mil = 0,0254 mm).
Das diacetylenische Monomer ist ein lipidisches Mono- oder Dicarbonsäure-nicht-Oxocarbonylmonomer oder ein Derivat davon, so dass Säuren, Ester oder Amide verwendet werden können. Der saure Anteil des Moleküls (oder underivatisierte Anteil) liegt im Allgemeinen im Bereich von 5-30, stärker üblich von 12-30, Kohlenstoffatomen, und die Diacetylengruppen, welche in Konjugation stehen, können symmetrisch oder unsymmetrisch im Molekül angeordnet sein. Daher können die flankierenden Alkylengruppen in einem Molekül gleich oder verschieden sein, wobei der Temperaturübergang des Polymers von der Kettenlänge des Monomers abhängig ist, davon, ob die Diacetylengruppen symmetrisch oder unsymmetrisch vorliegen, sowie vom Ausmaß des Unterschieds zwischen der Länge der flankierenden Regionen, und davon, ob man ein einziges Monomer zur Bildung eines Homopolymers verwendet oder zwei oder mehrere Monomere, üblicherweise nicht mehr als vier Monomere, zur Bildung eines Copolymers verwendet, und davon, ob die Ketten substituiert oder unsubstituiert sind, als auch von der Art und vom Ausmaß der Substitution. Insbesondere Halogensubstituenten, z.B. Fluor, Chlor und Brom, können vorliegen, um die oberen Temperaturgrenzen zu erhöhen, welche mit den vorliegenden Zusammensetzungen möglich sind, wobei die Substitution in einem Bereich von einem einzelnen Substituenten bis hin zu Persubstitution vorliegen kann. Der Temperaturbereich, welcher unter Verwendung der verschiedenen Diacetylenmonomere erreichbar ist, liegt in einem Bereich von etwa 25-200 °C, üblicherweise 200 °C nicht übersteigend, stärker üblich von etwa 25-200 °C. Für die Zwecke dieser Erfindung reicht der Bereich von Interesse von etwa 30-200 °C, stärker üblich von etwa 35-200 °C und insbesondere von etwa 35-150 °C.
Zum größten Teil weisen die Diacetylenmonomere die folgende Formel auf: R(CH₂)_n(C≡C)₂(CH₂)_mCOX wobei:
m und n wenigstens 1 und insgesamt 8-25 sind, n vorzugsweise wenigstens 2 ist, stärker bevorzugt beide, m und n, wenigstens 2 sind;
R H oder COX¹ ist; und
X und X¹ gleich oder verschieden sein können, üblicherweise gleich sind, und OH, OT sind,
wobei T von 1-8, üblicherweise 1-6 Kohlenstoffatome mit 0-(n-2) Substituenten ist, wobei n die Zahl an Kohlenstoffatomen ist und der Substituent, Oxy, Amino, Halogen, Thiol etc. sein kann, üblicherweise aliphatisch, z.B. Hydroxyalkyl und Aminoalkyl; oder NT¹, T², wobei T¹ und T² gleich oder verschieden sind, üblicherweise gleich, und von 1-8, üblicherweise 1-6 Kohlenstoffatome aufweisen, und die Gesamtzahl an Kohlenstoffatomen von T¹ und T² üblicherweise nicht größer als etwa 6 ist und jeweils 0-(n-2) Substituenten aufweisen wie oben beschrieben, insbesondere Oxy.
Das Vorliegen einer Nicht-Oxo-carbonylfunktionalität unterstützt die Variation des Lösungsmittels, welches verwendet werden kann, und die Penetration des Trägers als auch die Stabilität und Phasentrennung des Monomers und Polymers im Träger. Andere Vorteile, welche im Vorliegen einer Nicht-Oxo-carbonylfunktion begründet sind, umfassen Bioabbaubarkeit, Verdaubarkeit, die Fähigkeit, sich den Eigenschaften des Monomers und des Polymers hinsichtlich Auflösung, Imprägnierung, Oberflächenbenetzung und Anordnung (alignment) anzupassen.
Das Lösungsmittel, welches verwendet wird, kann das Monomer in einer Konzentration lösen, welche für das gewünschte Maß an Imprägnierung des Trägers ausreichend ist. Das Lösungsmittel kann den Träger ebenfalls imprägnieren. Wenn der Träger nicht porös ist, dient das Lösungsmittel dazu, den Träger aufzuweichen oder aufzuquellen, um die Imprägnierung des Monomers in den Träger zu ermöglichen. Das Lösungsmittel hilft auch, jegliche Weichmacher, welche im Kunststoff vorliegen, zu lösen. Das Lösungsmittel ist normalerweise ein organisches Lösungsmittel mit einem Siedepunkt bei einer Atmosphäre von weniger als etwa 100 °C, vorzugsweise weniger als etwa 80 °C. Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe, Nitrile, Ether, Alkohole und dergleichen können verwendet werden. Beispielhafte Lösungsmittel umfassen Chloroform, Tetrachlorethylen, Acetonitril, Benzol, Toluol, Diethylester, Dichlormethan, Ketone und Gemische davon. Von zusätzlichem Interesse sind als Tinten verwendete Lösungsmittel, welche eine Anwendung der Lösung auf den Träger unter Bedingungen erlauben, unter welchen Darstellungen, Buchstaben, Wörter oder andere organisierte Muster auf den Träger aufgedruckt werden können.
Die Konzentration des Monomers variiert in Abhängigkeit von der gewünschten Farbintensität, der Leichtigkeit der Polymerisierung, der Leichtigkeit der Imprägnierung und dergleichen. Daher können die Konzentrationen von etwa 0,01 bis 500 mg/ml, stärker üblich von etwa 1 mg/ml bis 200 mg/ml, insbesondere von etwa 10 mg/ml bis 200 mg/ml und typischerweise zwischen etwa 50-100 mg/ml variieren.
Die Lösung kann auf den Träger in Abhängigkeit von der Art des Trägers, der Art und Weise, in welcher er verwendet werden soll, der Art und Weise, in welcher das Temperatursignal verwendet werden soll und dergleichen mittels einer breiten Vielfalt an Wegen aufgetragen werden. Die Lösung kann aufgetragen werden durch Eintauchen des Trägers in die Lösung, Pipettieren der Lösung auf den Träger, Auftragen der Lösung unter Verwendung eines Tintenschreibermechanismus zum Gestalten eines Musters auf dem Träger, unter Verwendung von Filzstiftmodulen, Versprühen der Lösung in Nebelform, Tintenstrahldrucken, Siebdrucken, Offsetdrucken und dergleichen. Eine oder mehrere Monomerlösungen können auf dem Träger an verschiedenen Stellen des Trägers aufgebracht werden, welche Farbveränderungen bei verschiedenen Temperaturen bereitstellen. Daher kann man über verschiedene Darstellungen verfügen, wobei die Darstellungen Zahlen sein können, um den spezifischen Temperaturübergang anzuzeigen, wobei ein Polymer mit einen niedrigen Temperaturübergang Kontrast bereitstellt, wenn die Temperatur für das/die Polymer(e) mit höherem Übergang überschritten wird, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung verschiedener Temperaturen verwendet wird, wie beispielsweise verschiedenen Kochstufen von Fleisch, der Temperatur eines Widerstandsdrahtes und dergleichen.
Man kann ein gedrucktes Wort, wie beispielsweise unsicher, bereitstellen, wobei infolge des Überschreitens der Temperatur die Vorsilbe „un" erscheint oder verschwindet.
Durch geeignete Wahl gefärbter Träger kann man bereitstellen, dass die gefärbten Polymergemische anfänglich im Hintergrund vorliegen, aber infolge von Farbveränderung leicht wahrnehmbar werden. Alternativ kann das Polymer leicht wahrnehmbar sein, da es sich vom Hintergrund unterscheidet, aber infolge des Farbübergangs nicht mehr wahrnehmbar ist. Zahlreiche Variationen zur Auftragung der Darstellung sind zulässig. Alternativ kann man nur bestimmte Abschnitte des Abschnitts, welcher imprägniert wird, bestrahlen, so dass Polymerisation nur an den gewünschten Stellen eintritt, wobei das gewünschte Muster bereitgestellt wird.
Es kann thermisches Drucken verwendet werden, um Mitteilungen in Filmen aus dem blauen Polymer zu erzeugen. Blaue Polymerfilme können auf planaren Trägern gebildet werden und gegenüber einem thermischen Druckkopf exponiert werden. Das thermische Druckverfahren führt zu roten/orangen Buchstaben, Symbolen oder Grafiken, welche auf dem blauen Polymerfilm aufgedruckt sind. Der Kontrast zwischen dem roten/orangen Druck und dem blauen Hintergrund führt zu praktischen und stark konstrastierten Mitteilungen. Wenn der Träger erwärmt wird, wandelt sich der blaue Hintergrund zu derselben roten/orangen Farbe wie der Druck um. Die rote/orange Mitteilung verschwindet, wenn sich der gesamte Film zu der derselben roten/orangen Farbe umwandelt. Schnelle thermische Druckverfahren sind aufgrund der eingesetzten hohen Volumen und der niedrigen Verfahrenskosten attraktiv.
Die Tiefe, in welche das Monomer von der Oberfläche aus penetriert ist, ist zu einem gewissen Ausmaß von den zur Imprägnierung verwendeten Bedingungen abhängig. Also, je länger die Zeit ist, in welcher der Träger mit der Lösung in Kontakt gehalten wird, der Temperatur oder anderen Bedingungen, welche die Imprägnierung verstärken. Für die kommerzielle Herstellung sind üblicherweise schnelle Penetrierungsraten wünschenswert. Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist es, dass man sehr wenig des Monomers verwenden kann, um die Färbung an der Oberfläche zu erhalten. Auf diese Weise ist es möglich, nur eine kleine Menge an Monomer zu verwenden, um den gewünschten Grad an Wahrnehmung einer Temperaturveränderung zu erreichen. Üblicherweise sollte die Penetration wenigstens etwa 0,005 mm, vorzugsweise wenigstens etwa 0,01 mm betragen und muss nicht tiefer als 1 mm, stärker üblich 0,5 mm, insbesondere nicht mehr als etwa 0,2 mm betragen. Zur Variierung der Farbintensität kann man bereitstellen mehr oder weniger Volumen in Kontakt mit dem Träger, erhöhte Monomerkonzentrationen, höhere Imprägnierungstemperaturen, mehr Penetrierungslösungsmittel und dergleichen. Höhere Konzentrationen an Weichmachern können einen leichteren Transport des Monomers bereitstellen, wobei niedrigere Konzentrationen den Transport verzögern können. Das Volumen pro Flächeneinheit kann sich beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,1 bis 10, stärker üblich etwa 1 bis 10, μl pro 1-10 mm² bewegen.
Nachdem die Imprägnierung abgeschlossen worden ist und das Transportlösungsmittel verdampft ist, kann das Monomer zu Polydiacetylen polymerisiert werden. Praktischerweise kann UV-Strahlung verwendet werden, obwohl auch Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen verwendet werden können. Das Polymer kann anisotrop gemacht werden und kann in hohem Ausmaß abgeglichen werden durch Reiben des Monomers, welches in den Träger imprägniert ist, in einer gleichförmigen Rückwärts- und Vorwärtsbewegung bis das Lösungsmittel verdampft. Nach Verdampfung und Polymerisation ist das blaue Polymer entlang der Reibrichtung abgeglichen. Eine Verdampfung des Lösungsmittels kann durch jegliche geeignete Mittel erreicht werden, wie beispielsweise Verdampfung, Erwärmen, Verwenden von verringertem Druck oder Kombinationen davon.
Abhängig vom Grad der Polymerisation kann die Übergangstemperatur verändert werden. Ein erhöhter Grad an Polymerisation führt zu erhöhten Temperaturen, welche für die Übergangstemperatur nötig sind. Der Grad an Polymerisation ist von den Bedingungen der Polymerisation abhängig, wie beispielsweise Bestrahlungsintensität, -zeit, Art der Initiation und dergleichen. Von besonderem Interesse ist es, einen Bestrahlungsintensitätsgradienten zu verwenden, um variierende Übergangstemperaturen entlang der Länge der Sonde zu erreichen. Auf diese Weise kann eine einzige Zusammensetzung verwendet werden, um mehrere Übergangstemperaturen bereitzustellen, so dass die Sonde ihre Farbe entlang ihrer Länge ändert, wenn die Sonde einer ansteigenden Temperatur ausgesetzt wird. Es können Polymerisationszeiten von etwa 10 Sek bis etwa 60 Min verwendet werden, üblicherweise innerhalb von etwa 10 Sek bis 20 Min, stärker üblich zwischen 1 bis 5 Min. Übermäßig verlängerte Bestrahlungszeiten können zur Zerstörung von Polyacetylen und dem Verlust eines thermochromen Temperaturübergangs führen.
Der Bestrahlungsintensitätsgradient kann durch beliebige geeignete Mittel erreicht werden, wobei eine Veränderung der Intensitäten durch Bewegung der Strahlungsquelle oder des Trägers, ein Variieren des Abstands entlang der Sonde von der Strahlungsquelle und dergleichen verwendet wird. Der Abstand bewegt sich im Allgemeinen in einem Bereich von etwa 2 mm bis 1 m, stärker üblich zwischen 5 mm und 10 cm.
Die Sonde mit einem abgestuften thermochromen Übergangstemperaturgradienten kann auf vielfältige Art und Weise verwendet werden, um sicherzustellen, dass die gewünschte Temperatur erreicht worden ist, um verschiedene Kochstufen mit dergleichen Sonde bereitzustellen, um während des Kochens das Ausmaß anzuzeigen, zu welchem das Nahrungsmittel bereits gekocht worden ist, und dergleichen.
Von besonderem Interesse ist es, eine Referenzfarbe an der Spitze einer Temperatursonde vorliegen zu haben, welche durch ein einfaches Eintauchbeschichtungsverfahren aufgetragen werden kann. Typischerweise können Farben oder gefärbte Kunststofflösungen verwendet werden, welche, wenn sie getrocknet werden, eine harte gefärbte, z.B. rote, Spitze zurücklassen. Die gefärbte Referenzspitze kann vor oder nachdem das zweifach doppelt ungesättigte Monomer polymerisiert wird, zugefügt werden. Die beschichtete Spitze weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass sie die Spitze schützt und ein Trennelement zwischen dem thermochromen Material und dem Ende der Sondenspitze erzeugt. Die Sonde schützt das thermochrome Polymer davor, mit einer Kochoberfläche in Kontakt zu kommen, wenn die Sonde sich über das Produkt, dessen Temperatur zu messen ist, hinaus erstreckt.
Die gefärbte Referenzmaterialformulierung kann jeder geeignete farbige Farbstoff, für Nahrungsmittel, physiologisch annehmbare Farbstoff in einer Lösung umfassend einen Kunststoff wie zuvor beschrieben, sein. Farbmittel können bei verschiedenen Konzentrationen und Kombinationen gemischt werden, um mit der endgültigen Temperaturübergangsfarbe des thermochromen Materials überein zu stimmen. Die Kunststoffzusammensetzung wird in einer geeigneten Konzentration zugegeben, um die gewünschten Handhabungseigenschaften der Lösung bereitzustellen, z.B. Viskosität und Dicke der Beschichtung, und um eine harte, stark gefärbte Oberfläche infolge von Verdampfung des Lösungsmittels zu ergeben.
Falls gewünscht, kann eine Schutzschicht für das polymerisierte Diacetylen verwendet werden. Die Schicht kann ein Ergebnis des Enthaltenseins eines Kunststoffs im Lösungsmittelbeschichtungsgemisch sein oder kann auf das zweifach doppelt ungesättigte Monomer oder Polyacetylen nach Imprägnierung auf den Träger aufgeschichtet werden.
Ein lösungsmittellöslicher Kunststoff (polymere Beschichtungszusammensetzung) kann mit dem zweifach doppelt ungesättigten Monomer in der Beschichtungszusammensetzung verwendet werden. Eine breite Vielfalt an klaren Kunststoffen, entweder Additions- oder Kondensationspolymere, organisch oder anorganisch, kann in Verbindung mit dem zweifach doppelt ungesättigtem Monomer verwendet werden. Der Kunststoff sollte weder mit der Polymerisierung des Monomers wechselwirken, noch dessen Eigenschaften als das Monomer, wenn es zum Polyacetylen polymerisiert wird, negativ beeinflussen. Das einzelne Molekulargewicht des Polymers ist nicht kritisch und variiert über einen breiten Bereich. Das Polymer stellt nach Verdampfung des Lösungsmittels eine klare, schützende Beschichtung bereit. Der Kunststoff imprägniert entweder den Träger oder stellt eine starke Anhaftung an den Träger bereit. Der Kunststoff kann auch eine stark abriebfeste Beschichtung für die Vorrichtung bereitstellen, um das Polyacetylen vor Abrieb zu schützen und um es der Vorrichtung zu ermöglichen, falls passend, leicht das Produkt zu penetrieren, dessen Temperatur gemessen werden soll.
Kunststoffe, welche Verwendung finden können, umfassen Polystyrol, Acryle, Polyolefine, z.B. Polyethylen und Polypropylen, Polyester und Copolymere, wie beispielsweise Butadienstyrol. Die Menge des Kunststoffmaterials variiert über einen breiten Bereich in Abhängigkeit von der Art des Kunststoffmaterials, dem Zweck der Vorrichtung und dergleichen. Im Allgemeinen liegt die Menge des Kunststoffs, wenn er vorliegt, bei wenigstens etwa 1 mg/ml und bei nicht mehr als etwa 0,5 g/ml, üblicherweise in einem Bereich von etwa 10 bis 300 mg/ml, stärker üblich in einem Bereich von etwa 50 bis 250 mg/ml. Die Menge wird ausgewählt, um sowohl die gewünschte Viskosität und Fließeigenschaften für die Beschichtungslösung als auch die schützenden Eigenschaften für das Endprodukt bereitzustellen.
Es stehen verschiedene stabile Inertbeschichtungen zur Verfügung, wie beispielsweise Acrylate, Styrole, Kohlenwasserstoffwachse, Urethane oder beliebige andere zufriedenstellende Beschichtungen. Beschichtungen können verwendet werden, um eine Zeitverzögerung zu erzeugen zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Temperatursonde in das zu messende Medium eingeführt wird, und der Zeit, der es bedarf die Sonde auf die Temperatur zu bringen, welche gemessen werden soll. Die transparenten Überbeschichtungen können auch verwendet werden, um Worte durch Bildzeichen aufzutragen, um so Mitteilungen für den Benutzer bereitzustellen. Beispielsweise kann eine Wortauflage unter Verwendung eines transparenten Labels aufgetragen werden. Dieses Label kann eine bestimmte Nachricht enthalten, welche nur infolge der Farbveränderung des Polymers visualisiert werden kann. Alternativ kann die Mitteilung in einer Farbtinte geschrieben sein, polymerisiert zu einer blauen Farbe, wobei die Mitteilung benachbart zu Buchstaben ist, welche ihre Farbe nicht ändern können. Dieses Verfahren stellt einen vielseitigen Ansatz zum Einbringen spezifischer Mitteilungen in die Vorrichtung bereit, um so die Objektivität und Interpretation zu verbessern.
Die Vorrichtungen können für eine große Vielfalt an Zwecken in mehreren verschiedenen Zusammenhängen verwendet werden. Wie angegeben, können die Vorrichtungen zur Überwachung der Temperatur von Nahrungsmitteln verwendet werden. Daher können die Vorrichtungen verwendet werden, um den Grad zu überwachen, zu welchem das Nahrungsmittel gekocht worden ist; um zu überwachen, ob die Temperatur eine Temperatur überstiegen hat, welche die wirkliche Abwesenheit existenzfähiger Lebensmittelpathogene sicherstellt; um zu überwachen, ob ein Kuchen ausreichend gebacken worden ist und dergleichen. Für diese und andere Zwecke weist die Vorrichtung ein durchstoßendes Ende oder ein spitzes Ende mit dem Polydiacetylen nahe zum durchstoßenden Ende auf. Ein Zahnstocher, in welchen das vorliegende Material imprägniert worden ist, kann in das Nahrungsmittel eingeführt werden. Abhängig von der Art des Trägers für den Zahnstocher kann es möglich sein, den Zahnstocher während des Kochens im Nahrungsmittel zu belassen oder er kann verwendet werden, um das Nahrungsmittel von Zeit zu Zeit überprüfen durch Einführen des Zahnstochers für eine kurze Zeitspanne in das Nahrungsmittel und anschließendes Entfernen des Zahnstochers, um nach zu sehen, ob sich die Farbe verändert hat. Üblicherweise trägt die Verweilzeit für den Zahnstocher oder die Sonde nicht mehr als etwa 2 Minuten, üblicherweise nicht mehr als etwa 1 Minute, wenn die Sonde in das Nahrungsmittel von Zeit und Zeit eingeführt wird, typischerweise von 5 bis 30 Sekunden. Nachdem sich die Farbe einmal verändert hat, ist ermittelt worden, dass die Temperatur die Übergangstemperatur des Polymers überstiegen hat. Diese zuvor festgesetzte Temperatur wird wie zuvor beschrieben kontrolliert.
Die vorliegenden Sonden können in Fastfood-Restaurants verwendet werden, beispielsweise beim Braten von Hamburgern. Beim Braten von Hamburgern würde man die Sonde in den Hamburger schieben, um zu bestimmen, ob die Temperatur erreicht worden ist, bei der es unwahrscheinlich ist, dass schädliche Bakterien überlebt haben. Beispielsweise werden zum Abtöten von E. coli 68,3 °C (155 °F) für 15 Sekunden vorgeschlagen. Nachdem die Übergangstemperatur einmal überschritten worden ist, ändert die Sonde ihre Farbe, so dass der Koch und/oder der Verbraucher sicherstellen kann, dass die Hamburger richtet gebraten worden sind. Es kann eine Referenzfarbe vorliegen, um dem Verbraucher zu zeigen, wie die Farbveränderung aussieht. Dies verbessert die Bestimmtheit der Antwort. Farbvergleich ist auf alle Anwendungen dieser Erfindung anwendbar.
Alternativ kann man Filme haben, in welche das Monomer imprägniert und anschließend polymerisiert worden ist. Die Filme können mit verschiedenen Symbolen oder Mustern bedruckt sein und können eine Klebeschicht zum Anbringen an einen Träger bereitstellen. Träger können elektrische Komponenten, Fertigungseinrichtungen oder dergleichen sein, wofür man sich wünscht, darüber Kenntnis zu haben, ob die Temperatur einen bestimmten Punkt nicht überschritten hat. Folglich würde, wenn ein Rohr heiß wird, die Farbveränderung Personen warnen, das Rohr nicht zu berühren. Nachdem die Farbe einmal gewechselt hat, könnte man überprüfen, ob das Rohr noch immer heiß ist und den Klebefilm auswechseln. Für elektrische Komponenten, bei denen ein akuter Anstieg der Temperatur zu ihrer Beschädigung führen kann, würde man durch Bereitstellen eines Labels auf der elektrischen Komponente wissen, welche der elektrischen Komponenten defekt sind, falls welche defekt sind.
Für heiße Flüssigkeiten könnte man einen Streifen, Punkte etc. bereitstellen, welcher sich nach unten absteigend unter den vorbekannten Füllstand erstrecken, beispielsweise in einer Tasse Kaffee. Die Indikatorbereiche können sich unter einer Vielfalt an Stellen an beliebigen Stellen befinden, um die Sicherheit des Verbrauchers sicherzustellen. Der Verbraucher könnte dann durch Neigen der Kaffeetasse beobachten, ob die Temperatur des Kaffees eine gefährliche Temperatur überstiegen hat und könnte warten, bis der Kaffee abgekühlt ist. Beim Eingießen des Kaffees könnte man beobachten, ob der Kaffee eine gefährliche Temperatur aufweist. Kaffee kann eine Gefahr darstellen und einem Verbraucher Verbrennungen zufügen, so dass er nicht serviert werden würde, bis er abgekühlt wäre und der Verbraucher könnte warten, bis die Flüssigkeit eine sichere Temperatur aufweist. Während Kaffee exemplarisch verwendet worden ist, kann ein beliebiges heißes Getränk entsprechend behandelt werden. Beliebige Nahrungsmittel, welche gefährliche Temperaturen erreichen könnten, können ebenfalls in Behälter eingebracht werden, welche mit dem Polymer zur Temperaturüberwachung versehen sind. Daher könnte Styropor mit verschiedenen Mustern, wie beispielsweise Streifen, individuellen Streifen oder verschiedenen Streifen versehen werden, welche die Bestimmung der Temperatur des Nahrungsmittels oder des Getränks, welches im Behälter enthalten ist, ermöglichen. Alternativ könnte ein Rührstab aus Holz, Papier oder Kunststoff, welcher üblicherweise zum Rühren heißer Getränke verwendet wird, mit dem blauen Polymer imprägniert sein. Während des Rührens oder dem Kontakt mit Flüssigkeit verändert sich der blaue Bereich auf dem Rührstab zu einer roten Farbe hin, wenn die Temperatur einen „sicheren" Grad übersteigt. Flaschen, welche Babynahrung enthalten, könnten nach Erwärmen durch Einführen einer Sonde in die Nahrung überprüft werden. Weinflaschen könnten während der Verfrachtung oder der Lagerung hinsichtlich des Weins, welcher einer überhöhten Temperatur ausgesetzt ist, überwacht werden.
In einer Ausführungsform werden runde stiftartige Einwegkunststoffsonden durch Spritzgießen hergestellt. Die Vorrichtung kann beispielhaft dargestellt werden durch eine Ausgestaltung für eine Sonde umfassend einen runden Griff mit etwa 2 bis 5 mm Durchmesser und 2 bis 20 cm Länge. Die Spitze der Sonde weist einen engeren Durchmesser als der Griff auf, wodurch ein Vorsprung zwischen dem Griff und der Spitze erzeugt wird, so dass, wenn die Spitze in eine Nahrungsmitteloberfläche eingeführt wird, der Vorsprung zwischen der Spitze und dem Griff als Sperre wirkt, welche verhindert, dass der Griff tiefer in die Nahrungsmitteloberfläche eingeführt wird. Die Spitze kann von jeder beliebigen geeigneten Länge sein, wobei sie üblicherweise wenigstens etwa 5 mm und nicht mehr als etwa 10 cm lang ist, und einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 80 %, üblicherweise nicht mehr als etwa 60 % des Durchmessers des Griffs und im Allgemeinen wenigstens etwa 0,5 mm aufweist.
Die runde Konfiguration des Griffs stellt ein praktisches Verfahren zum hexagonal dichten Packen von Sonden für eine gleichzeitige Chargenverarbeitung (simultaneous batch processes) bereit.
Da die Sondenspitze schmaler ist als der Sondengriff, werden benachbarte Sondenspitzen eng miteinander gebündelt und in die Lösung eingetaucht, ohne dass die Lösung durch einen Dochteffekt den Sondengriff erreicht. Diese Konfiguration ermöglicht mehrmalige nacheinander durchgeführte Eintauchverfahren, welche mit der Sondenspitze ausgeführt werden. Unter Verwendung des Bündelungsverfahrens können 1 bis 10⁶ Sonden gleichzeitig eingetaucht werden, wenn die Spitzen geeignet angeordnet sind. Üblicherweise können zwischen 3 bis 10⁵ Sonden gleichzeitig eingetaucht werden, praktischerweise 10² bis 10⁴ Sonden.
Spritzgießen ermöglicht alternative Konfigurationen sowie Sonden, welche in nebeneinander befestigten Ausführungsformen geformt werden sollen. Es können Reihen an Kunststoffsonden gebildet werden, um die Handhabung nach dem Formen zu vereinfachen und um die Handhabung und die Ausbeuten während der Monomer- und Referenzbeschichtungsverfahren zu verbessern. Sonden, welche in einer nebeneinander über ihre Seiten verknüpften Konfiguration hergestellt wurden, weisen für den Verbraucher den zusätzlichen Vorteil der Verbraucherfreundlichkeit auf. Reihen verknüpfter Sonden können einfach zusammengepackt werden, so dass der Verbraucher einfach eine Reihe aus einer Packung entnehmen kann und vor der Verwendung eine abbrechen kann. Dadurch, dass zerbrechliche Verbrückungen zwischen den Sonden vorliegen, wird eine Sondenpackung als monolithischer Körper erhalten und einzelne Sonden werden, je nachdem wie es erforderlich ist leicht abgetrennt.
Bei der Herstellung der vorliegenden Vorrichtungen kann der Träger in eine Lösung der Polydiacetylenzusammensetzung eingetaucht werden. Die Lösung kann gefiltert werden, um jegliches Polymer, welches sich im Monomer gebildet haben kann, zu entfernen. Der Träger wird in der Lösung untergetaucht. Wenigstens etwa 1 Sek und nicht mehr als etwa 1 Min ist nötig, um die gewünschte Imprägnierung zu erhalten. Nachdem die Lösung vom Träger abgetrocknet ist, wird der zu polymerisierende Bereich gegenüber einer UV-Lampe ausgesetzt und für eine kurze Zeit bestrahlt, üblicherweise länger als etwa 1 Min und üblicherweise nicht mehr als etwa 10 Min, wobei sich eine blaue Farbe bildet, welche zeigt, dass das Diacetylen polymerisiert worden ist. Falls gewünscht, kann der Temperaturindikatorbereich zum mechanischen Schutz mit einer dünnen Kunststoffbeschichtung beschichtet werden. Beispielsweise können Cyanoacrylbeschichtungen, Epoxybeschichtungen und andere klare Beschichtungen verwendet werden.
Zum weiteren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun die Zeichnungen betrachtet. In 1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung von Nahrungsmittel 10 dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist einen verlängerten Griff 12 und einen spießförmig geformten Abschnitt 14 auf, welcher drei Streifen 16, 18 und 20 aufweist. Vortretende Teile 22 erstrecken sich vom Griff 12 über Abschnitt 14. Jeder der Abschnitte 16, 18 und 20 weist eine unterschiedliche Übergangstemperatur auf. Bei der Verwendung der Temperaturvorrichtung 10, durchsticht man das Nahrungsmittel mit der Vorrichtung, so dass sich der spießförmige Abschnitt etwa bis zur Mitte durch das Nahrungsmittel erstreckt, z.B. Fleisch, wie beispielsweise ein Braten oder ein Hamburger. Die hervortretenden Teile 22 dienen dazu, vorzubeugen, dass sich der Temperaturmessabschnitt 14 über das Fleisch hinaus erstreckt. Man kann die Temperatursonde 10 in das Fleisch einführen, ihr es ermöglichen, für einen Zeitraum im Fleisch zu verbleiben, welcher für den/die Streifen ausreichend ist, um sich mit dem Fleisch zu äquilibrieren und anschließend die Vorrichtung 10 aus dem Fleisch zu entfernen. Abhängig von der Temperatur des Fleisches vollziehen einer oder mehrere Streifen einen Temperaturübergang von blau zu rot. Falls gewünscht, können die hervortretenden Teile 22 blau oder rot gefärbt sein, so dass man über einen Vergleich verfügt. Falls gewünscht, kann die Sonde in einer Verpackung vorliegen, wie beispielsweise einem Kunststofffilm oder einer Hülle, in welcher sie sterilisiert werden kann, so dass sie während der Verwendung sterilisiert verbleibt. Zu der Zeit, zu welcher sie verwendet werden soll, kann die Verpackung entfernt werden oder die Vorrichtung kann gegen das Fleisch gedrückt werden, um sie durch die Verpackung zu treiben und kann direkt in das Fleisch eingeführt werden.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform der Temperaturvorrichtung aus Kunststoff gezeigt, worin die Vorrichtung 30 ein spitz zulaufendes Ende 32 aufweist, zur Penetration eines weichen Materials, z.B. eines Nahrungsmittels, Gewebes, Kunststoffs oder dergleichen. Sich nahezu bis zum Ende 32 erstreckend, liegt der blaue Indikatorabschnitt 34 vor, umfassend das Polydiacetylen, welches in den Kunststoff imprägniert ist. Benachbart zum Indikatorabschnitt 34 liegt Referenzabschnitt 36, welcher eine rote Farbe aufweist, als ein Ergebnis einer örtlichen Erwärmung des Polydiacetylens oder der Verwendung eines roten Farbstoffs, um das Polydiacetylen zu simulieren, wenn es auf seine Übergangstemperatur erwärmt wird. Das spitze Ende 32 und die Abschnitte 34 und 36 sind mit einer transparenten schützenden Beschichtung 38 aus wärmeübertragendem Kunststoff beschichtet. Die Beschichtung wird in Übereinstimmung mit der beabsichtigten Verwendung ausgewählt, wobei sie eine sichere Hülle zum Schutz der Abschnitte vor mechanischem Abrieb bereitstellt, und eine kurze Zeitverzögerung bei der Temperaturauslösung aufgrund der notwendigen Zeit, um den inneren Teil der Polymerschicht zu erwärmen, bereitstellt.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei der Temperaturstab 40 einen Metallschaft 42 aufweist, welcher in einem spitzen Ende 44 endet, zum Durchstoßen des zu messenden Substrats. Der Schaft dient dazu, Wärme vom dem Ende des Schafts 42 zur Beschichtung 46 zu leiten, welche sich vom Ende entfernt befindet. Die Beschichtung 46 umfasst eine dünne Kunststoffbeschichtung, welche mit dem blauen Polydiacetylen imprägniert ist. Das polymerisierte Diacetylen von Streifen 48 wird rot, wobei dies zeigt, dass man die Flüssigkeit abkühlen lassen sollte, da es gefährlich ist, sie zu trinken oder dass das Nahrungsmittel die gewünschte Temperatur erreicht hat.
In 4 ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die Temperaturvorrichtung 50 einen Metallschaft 52 aufweist, welcher in einem spitzen Ende 54 endet, zum Durchstoßen des zu messenden Substrats. Der Schaft dient dazu, Wärme vom dem Ende des Schafts 52 zu der Beschichtung 56 zu leiten, welche sich vom Ende entfernt befindet. Die Beschichtung 56 umfasst eine dünne Kunststoffbeschichtung, welche mit dem blauen Polydiacetylenindikatorabschnitt 58 beschichtet ist und in wärmeaufnehmender Beziehung mit dem Schaft 52 steht. Indem man es dem exponierten Abschnitt des Schafts 52 ermöglicht, nahezu vollständig im zu messenden Substrat eingetaucht zu sein oder indem man eine isolierende Beschichtung bereitstellt, welche mit einem Abstand zum Ende 54 beginnt, kann man den Verlust an Wärme durch den Schaft zwischen dem Teil, welcher in das Substrat penetriert und der Beschichtung 56 des blauen Polymerabschnitts 58 minimieren. Ein benachbarter Referenzabschnitt 60 ist bereitgestellt, wie oben beschrieben. Das Griffende 62 ist ein isolierendes Material, um zu verhindern, dass sich jemand, der den Temperaturstab 50 hält, verbrennt. Das isolierende Material erstreckt sich entlang des Schafts bis zum spitzen Ende 54, wodurch eine thermische Isolierung entlang des Schafts bereitgestellt wird.
In 5 ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung als Küchengerät gezeigt. Die Gabel 70 weist zwei Zinken 72 und 74 auf. Wie in der Figur gezeigt, weist der Zinkenabschnitt 76 eine Kunststoffoberfläche auf, welche mit blauem Polydiacetylen imprägniert ist und sich vom spitzen Ende der Zinken 72 und 74 bis zum Griff erstreckt. Es ist jedoch nur nötig, dass einer der Zinken als Temperaturindikator verwendet wird, so dass der andere Zinken als Referenzindikator verwendet werden kann oder dass jeder der Zinken mit einer unterschiedlichen Polydiacetylenzusammensetzung bereitgestellt werden kann, so dass ein Temperaturbereich bestimmt werden kann, d.h. unterhalb der ersten Übergangstemperatur, zwischen der ersten und der zweiten Übergangstemperatur und über der zweiten Übergangstemperatur. Ein Referenzabschnitt 78 wird bereitgestellt, welcher geeignetermaßen so gefärbt ist, dass er mit der Farbe des Indikatorabschnitts, der seine Übergangstemperatur erreicht hat übereinstimmt. Ein Isolationsstiel 80 erstreckt sich vom Zinkenabschnitt 76 zur Handhabung des Küchengeräts. Wie bereits angemerkt, können andere Küchengeräte hergestellt werden, wie beispielsweise Löffel zum Probieren von Flüssigkeiten, Schneidmesser etc.
In 6 ist die vorliegende Erfindung als Zahnstochertemperatursonde mit Aufsatz 82 gezeigt. Der hölzerne Zahnstocher 84 ist an einem Ende mit einem hohlen Kunststoffstück 86 versehen, welches an einem Ende zum Einführen des Zahnstocherendes ein Loch aufweist. Das Stück 86 weist ein spitzes Ende zum Durchstoßen von Fleisch oder anderen Nahrungsmitteln auf. Geeignetermaßen ist das Stück 86 mit dem Zahnstocher 84 verklebt. Das Stück 86 ist imprägniert mit dem blauen Polydiacetylen, welche sich zu rot verändert, wenn die Sonde die entsprechende Temperatur erreicht hat. Diese Konstruktion weist den Vorteil einer Massenverarbeitung auf, wobei große Mengen von Stücken 86 in einem Lösungsmittellösungsvolumen, welches Diacetylenmonomer enthält, gebadet werden können. Die Stücke können gleichzeitig getrocknet, polymerisiert und anschließend einzeln am Zahnstocher 84 angebracht werden. Alternativ kann das abschließende Aufsatzstück 86 direkt auf dem Zahnstocher 84 gebildet werden, durch Eintauchen des Zahnstochers 84 in eine flüssige Kunststofflösung und anschließendem Trocknenlassen und Aushärten der Kunststofflösung auf dem hölzernen Zahnstocher. Der gehärtete Kunststoffabschnitt kann anschließend mit dem Monomer nachfolgend imprägniert werden. Dieses Verfahren minimiert die verwendete Kunststoffmenge und stellt extrem kostengünstige hölzerne Zahnstocher zur Verwendung bereit.
In 7 ist ein Label 90 mit dem Wort „unsicher" gezeigt, welches die Vorsilbe UN 92 und das Wort SICHER 94 aufweist, welche in den Film 96 mit verschiedenen Tinten imprägniert sind. SICHER 94 ist eine fixierte rote Farbe auf einem blauen Hintergrund, während UN 92 die blaue Farbe von polymerisiertem Diacetylen ist, welche mit dem Hintergrund übereinstimmt. Das Wort SICHER ist deutlich ausgeschrieben. Infolge von Erwärmung über die Übergangstemperatur des polymerisierten Diacetylens hinaus, welches die Buchstaben UN 92 bildet, verändert sich UN 92 zu rot und erscheint auf dem blauen Hintergrund. Das Wort SICHER 94 verbleibt vollständig in rot auf dem blauen Hintergrund, so dass UNSICHER zu lesen ist. Veränderungen können auf einfache Weise unter Verwendung verschiedener Hintergrundgestaltungen und Tintenmustern vorgenommen werden.
In 8 ist eine Tasse 100 gezeigt, welche einen Streifen 102 aus polymerisiertem Diacetylen aufweist. Geeigneterweise kann eine Polystyrol- oder wachsimprägnierte Tasse oder eine Tasse aus schwerem Papier verwendet werden, wobei der Streifen unter Verwendung einer Chloroformlösung imprägniert werden kann. Wenn die Tasse mit einem heißen Getränk gefüllt wird, wird, falls die Temperatur des Getränks die Übergangstemperatur des polymerisierten Diacetylens von Streifen 102 übersteigt, der Streifen sich zu rot hin verändern, wobei dies anzeigt, dass man die Flüssigkeit abkühlen lassen sollte, da es gefährlich ist, sie zu trinken.
Die im Folgenden beschriebenen Beispiele werden zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung angeboten.
VERSUCHE
Beispiel 1: Bildung einer C23-Temperatursonde
Es wurde eine Lösung enthaltend 75 mg/ml 10,12-Tricosadiinsäure-Monomer in Chloroform hergestellt. Verunreinigendes Polymer wurde durch Filtration der Lösung durch einen Glasfaserfilter entfernt. 1 ml der Lösung wurde in einem Glasgefäß platziert. Die Lösungstiefe wurde bei 2 cm gehalten. Einzelne weiße Polystyrolstäbe (mit 3/16 Zoll Durchmesser und 10 cm Länge, an einem Ende zugespitzt) wurden mit dem spitzen Ende voran für 3 Sekunden bis zu einer Tiefe von 1 cm in die Lösung eingetaucht. Die Kunststoffstäbe wurden entfernt und man ließ sie an Luft für 3 Minuten bei Raumtemperatur trocknen. Nachdem das Lösungsmittel verdampft war, wurde das in den Kunststoff imprägnierte Monomer unter Verwendung einer handgehaltenen 254 nm UV-Lampe (Modell UVGL-25 Mineralight-Lampe), welche in einem Abstand von 1,27 cm (0,5 Zoll) platziert war, für 6 Minuten polymerisiert. Um eine gleichmäßige Polymerisierung des imprägnierten Bereichs sicherzustellen, wurden die Stäbe jede Minute gedreht. Im imprägnierten Bereich erschien spezifisch eine dunkelblaue Farbe. Das blaue Material wurde durch sanftes Scheuern nicht abgerieben.
Beispiel 2: Verwendung der C23-Temperatursonde
Ein Viertelpfund-Hamburgerrohling (2,5 cm Dicke) wurde über einem offenen Grill für 10 Minuten gebraten. Die Innentemperatur des Hamburgers wurde unter Verwendung eines handgehaltenen digitalen Thermometers und einer externen Metallsonde (Cole Palmer) überwacht. Die C23-Temperatursonde wurde in den bratenden Hamburger eingeführt, als die Innentemperatur auf 82,2 °C (180 °F) angestiegen war. Die C23-Sonde wurde nach 5 Sekunden entfernt. Die blaue Farbe veränderte sich irreversibel zu einer roten/orangen Farbe, wobei dies anzeigte, dass die Innentemperatur des Fleisches den Temperaturübergang des blauen polymerisierten Materials auslösen konnte.
Ein ähnliches Experiment wurde unter Verwendung eines Glases mit kochendem Wasser ausgeführt. C23-Temperatursonden wurden in das Wasser eingetaucht, während das Wasser langsam auf Siedetemperatur gebracht wurde. Es wurde ein scharfer Temperaturübergang bei 82,2 °C (180 °F) beobachtet.
Beispiel 3: Bildung von gemischt-kettigen Ligidtemperatursonden
Zur Anpassung des temperaturauslösenden Ereignisses auf spezifische Temperaturbereiche wurde Mischen kurzer und langer Kohlenstoffkettenlängen und Kopfgruppentypen am diacetylenischen Molekül verwendet. Es wurde zur Umwandlung bei 71,1 °C (160 °F) eine Temperatursonde konzipiert, um sicherzustellen, dass die Temperaturen im Innenbereich von Fleisch während des Kochens 68,3 °C (155 °F) oder darüber erreichen.
Das Verhältnis von 10,12-Pentacosadiinsäure (C25) und 10,12-Octadecadiinsäure (C18) wurde angepasst, um eine Übergangstemperatur zu erreichen, welche niedriger als die Übergangstemperatur für die C25-Verbindung (82,2 °C) (180 °F) und höher als die Übergangstemperatur für die C18-Verbindung (43,3 °C) (110 °F) war. Stammlösungen mit 75 mg/ml C25- und C18-Monomeren wurden durch Mischen der einzelnen Monomere in Chloroform von Reagenzgüteklasse hergestellt. Eine 3:1 C18:C25 Volumen:Volumen-Lösung wurde hergestellt und 3 ml der Lösung wurden in einem Glasgefäß platziert. Einzelne weiße Polystyrolstäbe (mit 0,3175 cm (1/8 Zoll) Durchmesser und 10 cm Länge, an einem Ende zugespitzt) wurden mit dem spitzen Ende voran für 5 Sekunden bis zu einer Tiefe von 2 cm in die Lösung eingetaucht. Die Kunststoffstäbe wurden entfernt und man ließ sie an Luft für 10 Minuten bei Raumtemperatur trocknen. Nachdem das Lösungsmittel verdampft war, wurde das in den Kunststoff imprägnierte Monomer unter Verwendung einer handgehaltenen 254 nm UV-Lampe (Modell UVGL-25 Mineralight-Lampe), welche in einem Abstand von 2,54 cm (1 Zoll) platziert war, für 5 Minuten polymerisiert. Um eine gleichmäßige Polymerisierung des imprägnierten Bereichs sicherzustellen, wurden die Stäbe jede Minute gedreht. Im imprägnierten Bereich erschien spezifisch eine dunkelblaue Farbe (2 cm vom Ende eines jeden Stabs zur Mitte hin).
Durch Erwärmen der Hälfte des blauen Polymerabschnitts wurde ein interner Farbreferenzabschnitt mit 1 cm Länge erzeugt. Die obere Hälfte des blauen Polymers wurde durch Eintauchen der Stäbe in ein Wasserbad gegenüber 82, 2 °C (180 °F) Wasser ausgesetzt. 1 cm der Spitze wurde blau belassen, indem man die Spitze außerhalb des Wasserbads hielt und den Rest des Stabs eintauchte. Das sich ergebende Farbmuster war eine 1 cm blaue Spitze, 1 cm Abschnitt umgewandeltes Polymer mit oranger Farbe und der Rest des Stabs behielt seine ursprüngliche weiße Farbe.
Der Referenzbereich zeigt an, wie die blaue Farbe aussehen sollte, wenn der blaue Abschnitt gegenüber einer Temperatur von 71,1 °C (160 °F) oder darüber ausgesetzt wird. Die sich ergebenden Temperatursonden wurden hinsichtlich ihres Farbumwandlungsprofils durch unabhängiges Eintauchen in ein Wasserbad bei ansteigenden Temperaturintervallen analysiert. Die Umwandlungstemperatur für die C18:C25-Temperatursonden betrug 71,1 °C +/– 1,1 °C (160 °F +/– 2,0 °F). Bei 68,3 °C (155 °F) wurde nur eine teilweise Farbumwandlung beobachtet und eine volle Umwandlung wurde bei 71,1 °C (160 °F) beobachtet.
Beispiel 4: Schutzbeschichtung auf einer Temperatursonde
Obwohl die auf dem Kunststoffträger ausgebildete Polymerschicht im Allgemeinen robust ist und nicht abscheuert, kann es wünschenswert sein, eine weitere Schutzschicht über der Polymerschicht aufzutragen, um jegliche Polymerentfernung infolge von Abriebswirkung zu auszuschließen. C18:C25-Temperatursonden wurden in Übereinstimmung mit dem Protokoll gemäß Beispiel 3 hergestellt. Ein Standardcyanoacrylatklebstoff „Superklebstoff" (Helping Hand Super Glue) wurde verwendet, um den polymerimprägnierten Bereich einer jeden C18:C25-Temperatursonde zu beschichten. Ein kleines Tröpfchen (etwa 5 μl) wurde auf dem gefärbten Polymerabschnitt der Temperatursonde platziert. Der Klebstoff wurde in einer dünnen gleichmäßigen Schicht über den gesamten gefärbten Abschnitt verteilt. Der Klebstoff verfestigte sich bei Raumtemperatur innerhalb einer Stunde. Die Aushärtungszeit war eine Funktion von Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Die zurückbleibende klare Acrylbeschichtung war von hoher Dauerhaftigkeit und kratzfest. Die Temperatursonde wurde 71,1 °C (160 °F) unterzogen und die Farbumwandlung wurde in der gleichen Weise wie bei unbeschichteten Temperatursonden beobachtet.
Beispiel 5: Sprühbeschichtungsverfahren zur Herstellung einer Temperatursonde
Eine Lösung enthaltend 50 mg/ml 10,12-Tricosadiinsäure in Chloroform von Spektrengüteklasse wurde durch Lösen des Monomers und Filtrieren der Lösung durch einen Glaswollefilter zur Entfernung von präpolymerisiertem Material hergestellt. 20 ml der Lösung wurden zu einer 50 ml Sprühflasche mit Handpumpe gegeben. Die Sprühflaschenkomponenten waren gegenüber Chloroform für mehrere Tage stabil. Eine 15,24 cm² (6 Zoll²)-Folie mit 1 mm Dicke einer Polystyrolkunststoffvorratsrolle wurde gleichmäßig aus einem Abstand von 15,24 cm (6 Zoll) besprüht. Man ließ das Chloroform für 2 Minuten bei Raumtemperatur trocknen. Das Monomer imprägnierte direkt in die Oberfläche der Kunststofffolie. Nach dem Trocknen wurde die Folie mit 254 nm UV-Licht (Modell UVGL-25 Mineralight-Lampe) für 15 Minuten aus einem Abstand von 15,24 cm (6 Zoll) bestrahlt bis das Monomer zu dunkelblau polymerisierte. Die Kunststofffolie konnte leicht zu passenden Streifen, welche als Temperatursonden verwendet werden sollten, geschnitten werden. Das Sprühbeschichtungsverfahren ist insbesondere für Massenherstellungsverfahren und eine kontinuierliche Weiterverarbeitung nützlich. Das Verfahren ist insbesondere zur Beschichtung vorgedruckter Label nützlich.
Beispiel 6: Temperaturfühlende Gabel zum Durchstoßen von Fleisch zur Temperaturbestätigung und zum Essen
Die Zinken einer weißen spritzgußgeformten Kunststoffgabel (Polystyrol) wurden mit Abschnitten aus dem thermochromem Polydiacetylenmaterial modifiziert, so dass die Gabel für zwei Zwecke verwendet werden konnte. Als erstes kann die Gabel als ein Küchengerät zum Durchstoßen verwendet werden und als zweites kann die Gabel als Indikator für die Vollständigkeit des Kochens verwendet werden. Die Gabel hatte eine Länge von 16 cm, wobei sie 4 Zinken mit jeweils 4 cm Länge aufwies. Die Gabel war ein kommerziell erhältliches Standardverbraucherprodukt. Die Gabelzinken wurden bis zu einer Tiefe von 2 cm in eine 75 mg/ml Lösung von 10,12-Tricosadiinsäure-Monomer in Chloroform von Reagenzgüteklasse für 5 Sekunden eingetaucht und man ließ sie bei Raumtemperatur für 10 Minuten trocknen. Nach dem Trocknen wurde die Monomerregion mit 254 nm UV-Licht (Modell UVGL-25 Mineralight-Lampe) für 5 Minuten auf jeder Seite aus einem Abstand von 2,54 cm (1 Zoll) bestrahlt oder bis das Monomer zu dunkelblau polymerisierte. Die Gabelzinken waren durch das blaue Polymer deutlich abgegrenzt.
Die C23-temperaturfühlende Gabel wurde in ein Stück bratendes Hähnchen eingeführt, nachdem die Innentemperatur des Fleisches auf 82,2 °C (180 °F) erhöht worden war. Die C23-temperaturfühlende Gabel wurde nach 5 Sekunden entfernt. Die blaue Farbe veränderte sich irreversibel zu einer roten/orangen Farbe, wodurch gezeigt wurde, dass die Innentemperatur des Fleisches den Temperaturübergang des blauen polymerisierten Materials auslösen konnte.
Beispiel 7: Mitteilungen freigebende Temperatursonde
Polystyrol-Kunststoffstreifen mit 1 cm Breite, 20 cm Länge und 3 mm Stärke wurden aus einer 1 Quadratfuß-Folie mit 3 mm Stärke geschnitten. Ein 2 cm rechteckiger Abschnitt am Ende eines jeden Streifen wurde mit 10 μl einer 100 μg/ml Lösung von 10,12-Tricosadiinsäure, welche in Chloroform von Reagenzgüteklasse gelöst war, beschichtet. Man ließ das Lösungsmittel bei Raumtemperatur für 5 Minuten verdampfen. Nach dem Trocknen wurde der Monomerabschnitt mit 254 nm UV-Licht (Modell UVGL-25 Mineralight-Lampe) für 5 Minuten aus einem Abstand von 2,54 cm (1 Zoll) bestrahlt oder bis das Monomer zu dunkelblau polymerisierte.
Es wurden transparente Klebelabel mit den Worten „ZU HEISS" unter Verwendung eines Standardmarkierungsstifts für Label (Brother P-touch Modell PT-12) hergestellt. Schwarze Buchstaben wurden mit einer solchen Schrifttypgröße aufgedruckt, dass sie mit dem 2 cm dunkelblauen Abschnitt auf einem oben beschriebenen Kunststoffstreifen übereinstimmten. Jedes Label wurde genau mit einem Index versehen und genau über dem dunkelblauen Abschnitt auf jedem Kunststoffstreifen angebracht. Nach dem festen Anpressen des Labels auf der Oberfläche waren die schwarzen Buchstaben über dem dunkelblauen Hintergrund nicht mehr erkennbar. Wenn ein Streifen in siedendem Wasser mit der blauen Spitze voran platziert wurde, wurde die dunkelblaue Farbe sofort rot-orange, wodurch die Buchstaben auf dem Label preisgegeben wurden. Wenn die Streifen in Wasser unterhalb der thermochromen Übergangstemperatur des Polymers eingetaucht wurden, änderte das blaue Polymer die Farbe nicht und die Buchstaben auf dem Label wurden nicht preisgegeben. Die Vorrichtung kann praktischerweise verwendet werden, um anzuzeigen, ob es gefährlich ist, ein heißes Getränk zu trinken oder ungefährlich. Gleichzeitig kann die Vorrichtung ggf. verwendet werden, um das Getränk zu rühren.
Beispiel 8: Temperatursonde mit kolorimetrischer Kombination von Tinten und Mitteilungen
Eine Tinte zur kolorimetrischen Kombination wird hergestellt durch Mischen einer auf einem Standardlösungsmittel basierenden Tinte mit einer auf einem Lösungsmittel basierenden Lösung eines polymerisierbaren Materials. Während des Schreibens kann die Standardtinte mit ihrer inherenten Farbe (z.B. Rot) visualisiert werden. Nachdem die Tinte trocknet, kann das Monomer im getrockneten Muster polymerisiert werden, um die offensichtliche Farbe zu einem dunklen Blau umzuwandeln. Bei hohen Polymerkonzentrationen dominiert die blaue Farbe über die rote Farbe der Standardtinte. Ein nachfolgendes Erwärmen der geschriebenen Mitteilung wandelt das dunkelblaue Muster wieder zurück zu der Kombinationsfarbe der ursprünglichen Standardtinte und der roten Farbe um, welche beim Farbübergang des Polymers erzeugt wird.
Ein Füller mit Kombinationstinte wurde durch Zugabe einer 100 mg/ml Lösung von 10,12-Penacosadiinsäure in Chloroform zum Tintenspeicher eines Füllers mit roter Tinte (Sanford Sharpie Ultra Fine Point, Seriennummer 37000) zugegeben. Der Speicher des Füllers wurde geöffnet und etwa der halbe Speicher mit 1 ml der Monomerlösung. Die Tinte und die Monomerlösung wurden vermischt und der Füller wieder verschlossen.
Muster aus Tinte wurden auf Polystyrolfolien oder Streifen geschrieben oder gezeichnet. Die rote Standardtinte war sofort ersichtlich, als die Füllerspitze über die Kunststoffoberfläche gezogen wurde. Nachdem die Tinte und das Lösungsmittel getrocknet waren, wurde der Monomerabschnitt mit 254 nm UV-Licht (Modell UVGL-25 Minerallight-Lampe) für 5 Minuten aus einem Abstand von 2,54 cm (1 Zoll) bestrahlt oder bis die rote Tinte sich zu einer dunkelblauen Farbe umwandelte. Die blauen Linien oder Mitteilungen wurden infolge von Erwärmen des Kunststoffs über die thermochrome Übergangstemperatur des Polymers leicht zu rot umgewandelt.
Es wurden Mitteilungen, welche die Temperaturen der Vollständigkeit eines Kochvorgangs anzeigten, auf Polystyrolstreifen und -geräte geschrieben. Die Mitteilungen wurden verwendet, um die Temperatur oder die Vollständigkeit eines Kochvorgangs von/für herzustellende(n) Nahrungsmittel(n) zu klären. Mitteilungen aus Kombinationstinte können einfach mit Standarddrucknachrichten kombiniert werden, um einen gewünschten Mitteilungswechsel während des Erwärmungsverfahrens zu erreichen.
Beispiel 9: Heißgetränksicherheitsindikator für Kaffee oder Tee
Eine 75 mg/ml Lösung von 10,12-Tricosadiinsäure in Chloroform von Reagenzgüteklasse wurde hergestellt durch erstens Lösen des Monomers in Chloroform und anschließendem Ausfiltern von präpolymerisiertem Material unter Verwendung eines Glaswollefilters. Die Monomerlösung wurde in einem 1 cm breiten Streifen vom oberen Ende der Tasse zum unteren hin Ende aufgestrichen. Es wurde eine Standardtasse aus schwerem Papier ((354,9 ml) (12 Umzen Volumen)) verwendet, welche typischerweise für heiße Getränke verwendet wird. Der Streifen wurde durch Streichen der Monomerlösung in einer gleichmäßigen Linie nach oben und unten entlang der Seite der Tasse erzeugt. Man ließ das Lösungsmittel für 5 Minuten bei Raumtemperatur trocknen. Nach dem Trocknen wurde der Streifen mit 254 nm UV-Licht (Modell UCGL-25 Mineralight-Lampe) für 5 Minuten in einem Abstand von 2,54 cm (1 Zoll) bestrahlt, bis das Monomer zu dunkelblau polymerisierte.
Die Tasse wurde mit 295,7 (10 Unzen) siedendem Wasser befüllt. Nach der Zugabe wandelte sich das blaue Polymer sofort zu einer roten Farbe um, bei exakt der Füllstandmenge, bis zu der Wasser eingefüllt wurde. Wenn die Tasse geneigt wurde, so dass das Wasser in Kontakt mit der Oberfläche kam, welche in direkter räumlicher Nähe auf der Außenfläche der Tasse lag, wurde der obere Abschnitt des Streifens sofort rot (bei Temperaturen größer als 76,7 °C (170 °F). Wenn man es zuließ, dass sich das Wasser auf weniger als 170 °F abkühlte, änderte der Streifen nicht die Farbe, wenn das Wasser mit der Tasse an der Stelle in Kontakt stand, an welcher der Streifen platziert war.
Beispiel 10: Ferntemperaturband unter Verwendung eines thermisch leitenden Kerns
Es wurde eine Temperatursonde konstruiert, um die Innentemperatur eines zu messenden Nahrungsmittels anzuzeigen und einen externen Hinweis der Innentemperatur bereitzustellen. Ein runder Eisenschaft mit 2 mm Durchmesser und 10 cm Länge wurde mit einer 0,5 mm dicken Schicht aus weißem Polystyrolkunststoff beschichtet. Der gesamte Schaft wurde bis auf 1 cm Metall von einem Ende aus beschichtet. Der Schaft wurde durch Eintauchen in eine Aufschlämmung beschichtet, welche weißes Polystyrolharz enthielt, das in Chloroform gelöst war.
Die viskose Aufschlämmung wurde hergestellt durch Lösen kleiner 1 mm großer Stücke an weißem Polystyrolkunststoff in Chloroform. Der Kunststoff wurde kontinuierlich zugegeben und gemischt, bis die Lösung teilweise dick wurde, mit einer lackartigen Konsistenz (etwa 25 Gewichtsprozent Kunststoff in Chloroform von Reagenzgüteklasse). Die Lösung wurde in einem dünnen Glasgefäß mit 10 cm Tiefe hergestellt. Der Metallstab wurde 9 cm in die Kunststofflösung eingetaucht, wobei 1 cm an der Spitze unexponiert verblieb. Der Stab wurde entfernt und man ließ ihn an Luft über Nacht bei Raumtemperatur trocknen. Die sich ergebende weiße Kunststoffbeschichtung war nach dem Trocknen gegenüber Berührung beständig. Ein 1 cm Abschnitt des Kunststoff-beschichteten Stabs wurde mit einem C18:C23-Gemisch der monomeren polymerisierbaren Lipide, welche in Chloroform gelöst waren, imprägniert. Die Monomerlösung wurde mit einem Baumwolltupfer auf ein davon verschiedenes Band in 6 cm Entfernung vom bloßen Ende des beschichteten Stabs aufgetragen. Man ließ die Monomer-/Lösungsmittellösung bei Raumtemperatur für 20 Minuten trocknen und polymerisierte anschließend unter Verwendung von Bedingungen, welche zu denen in den vorausgehend beschriebenen Beispielen identisch waren.
Das C18:C23-Gemisch (50 mg/ml Gesamtmonomer-Endkonzentration) wurde hinsichtlich des C18- zu C23-Verhältnisses so angepasst, dass die Temperatur, welche zum Auslösen des blauen Polymerbands nötig ist, sich auf einem Niveau befand, welches es ermöglichte, dass der Übergang stattfand, wenn die blanke Spitze des beschichteten Stabs eine Temperatur von 82,2 °C (180 °F) erreichte. Der Metallstab erreichte etwa eine 30 Prozent Temperaturreduzierung bei einem 5 cm Abstand von der Spitze, wenn nur die ersten 2 cm der Spitze auf die erwünschte Temperatur angehoben wurden. Kalibrierung der blauen Polymerbandübergangstemperatur mit der gewünschten Temperatur der Spitze ermöglicht es, dass das blaue Band als nicht invasiver Indikator der Spitzentemperatur wirkt.
Beispiel 11: Durch Spritzgießen hergestellte Einwegkunststoffsonden
Spritzgegossene Kunststoffteile wurden unter Verwendung des Dow Styron hochschlagfesten (high impact) Polystyrol 489M-Harzes und eines hellen weißen Farbmittels hergestellt. Die Kunststoffteile wurden in einer verbundenen Konfiguration, welche durch eine kleine zerbrechliche Brücke verbunden waren, hergestellt. Es wurden achtzehn Teile nebeneinander in einer Gußform mit 18 Hohlräumen hergestellt.
Jedes Kunststoffteil wies einen Griff mit 4,7 mm Durchmesser und 10 cm Länge auf. Die Spitze eines jeden Teils wies einen Durchmesser von 2,5 mm und 20 mm Länge auf, wodurch eine schmale raketenartige Form gebildet wurde. Das Spitzenende verjüngte sich zu einem spitzen Punkt. Jeder Teil war durch eine schmale Brücke, 1,5 mm breit, 1 mm dick und 1 mm hoch, verbunden. Die Brücke war in der Mitte konisch, um ein komfortables Zerbrechen zwischen den Vorrichtungen zu ermöglichen. Zwanzig Reihen an 18 verknüpften Vorrichtungen wurden in einer maschinell bearbeiteten Aluminiumkassette platziert. Die Reihen wurden so angeordnet, dass alle Spitzen nach unten zeigten und die Griffe nach oben. Die vollständige Kassette enthielt 360 Vorrichtungen.
Die Kassette wurde in eine durch einen Schrittmotor (stepper motor) angetriebene Eintauchvorrichtung eingeführt, wobei alle Spitzen in einer ebenen vertikalen Konfiguration nach unten zeigten. Die Eintauchvorrichtung wurde unter Verwendung einer Schrittmotor-Steuer/Regelvorrichtung und eines 486-Computers gesteuert/geregelt. Die Spitzen wurden in eine Monomer-/Kunststofflösung eingetaucht, welche 150 mg/ml C23 diacetylenisches Monomer und 150 mg/ml Acrylkunststoff (OPI NP 400) in Chloroform (Güteklasse für Spektren) enthielt. Die Spitzen wurden in die Monomer-/Kunststofflösung mit einer Geschwindigkeit von 2,5 cm/Sek abgetaucht, wobei die Spitzen zu einer Tiefe von 1,2 cm untergetaucht wurden. Die Spitzen wurden in dieser Position für 5 Sek gehalten, um sicherzustellen, dass die Lösung teilweise in die Kunststoffspitzen penetriert. Die Spitzen wurden aus der Lösung mit einer Geschwindigkeit von 2 cm/Min entfernt, bis die Spitzen nicht länger untergetaucht waren und anschließend wurden sie schnell über der Lösung mit einer Geschwindigkeit von 2,5 cm/Sek angehoben, bis sie sich 20 cm über der Lösung befanden. Man ließ die Spitzen für 5 Min bei 20 °C (68 °F) trocknen. Nach dem teilweisen Trocknen wurden die Spitzen mit der Vorderseite nach unten (face down) auf einem UV-Lichttisch (Cole Parmer, 254 nm) platziert, direkt in Kontakt mit der Glasfilteroberfläche. Die Spitzen wurden für 1,5 Min bestrahlt. Diese Polymerisationskonfiguration führt zu einem Polymerisationsgradienten, wobei die Spitzen zu einem niedrigeren Grad polymerisiert sind umso höher der Spitzenschaft ist und umso weiter sie sich von der UV-Lichtquelle entfernt befinden. Die Kassette, welche die Kunststoffteile enthielt, wurde zurück in die Schrittmotor-angetriebene Eintauchvorrichtung eingesetzt und die Spitzen wurden in eine orange Färbemittellösung eingetaucht, wobei die gleichen Eintauchbedingungen wie oben beschrieben verwendet wurden. Die Spitzen wurden bis zu einer Tiefe von 2,5 mm in die orange Färbemittellösung eingetaucht. Die orange Färbemittellösung enthielt 400 mg/ml Polystyrolkunststoff und ein rot-oranges Pigment, welches mit der Übergangstemperatur des thermochromen Polydiacetylens in einem ketonischen Lösungsmittel übereinstimmte. Die mit Farbstofflösung beschichteten Spitzen wurden mit einem Luftstrom für 5 Minuten getrocknet und anschließend ließ man sie über Nacht bei Raumtemperatur vollständig trocknen.
Die fertigen Sonden wurden untersucht, um die Auslösetemperatur eines jeden Bereichs des Polymerisationsgradienten zu untersuchen. Die Untersuchung wurde durch aufeinander folgendes Eintauchen der Spitzen in erwärmtes Wasser erreicht. Der obere Abschnitt der Spitzensonde in 15-20 mm Abstand von der Spitze löste eine rot-orange Farbe bei Temperaturen zwischen etwa 60 bis 65,6 °C (140 bis 150 °F) aus; der mittlere Abschnitt der Sonde in 10 bis 15 mm Entfernung von der Sondenspitze löste zwischen etwa 65,6 bis 71,1 °C (150 bis 160 °F) aus; und der Abschnitt, welcher benachbart zur Sondenspitze lag, löste bei etwa 73,9 °C (165 °F) aus. Es verblieb keine dunkelblaue Farbe, nachdem die Sonde 73,9 °C (165 °F) ausgesetzt wurde.
Das Tiefenmaß der Sonde war nützlich, um die Sonde genau in die Mitte der Nahrungsmittel während des Kochens einzuführen, während die gefärbte Spitze dazu diente, die Spitzen der thermochromen Zusammensetzung davor zu bewahren, mit einer Kochoberfläche in Kontakt zu kommen. Die Sonden sind ideal zur Bestimmung der Kochvollständigkeit ohne das Nahrungsmittel zu schneiden. Bei Fleisch verhindert ein dünner Durchmesser der Sonde zur verbesserten Herstellung des Fleisches, dass Säfte aus dem kochenden Fleisch auslaufen. Im Vergleich zu Fleischthermometern sind die Sonden extrem zweckmäßig dadurch dass sie Einwegartikel sind, leicht abzulesen sind und keiner Säuberung bedürfen.
Es wurde herausgefunden, dass die Sonden die Kochvollständigkeit für eine Vielfalt an Nahrungsmitteln und Getränken sicherstellen können, einschließlich: Eier, Brote, Pizza, Babyrezepte, Babynahrungsmittel, Tunken für Chips, Kaffee, Tee, Soßen, gebackene Waren, Aufläufe, Suppen und andere Nahrungsmittel. Zusätzlich stellten die Sonden für gefrorene Nahrungsmittel, welche durch eine Mikrowelle erhitzt werden sicher, dass das Nahrungsmittel vollständig bis zur Mitte des Nahrungsmittels erwärmt wurde, um so eine heiße Außenoberfläche und eine kalte Mitte zu vermeiden.
Die Sonden können im Rahmen aller Kochverfahren verwendet werden, einschließlich Mikrowellenofen, herkömmlichen Bratöfen, Kochen mit Kochfeldern, Innen- und Außengrillvorrichtungen, optischen Öfen, Rösten am Spieß und dergleichen.
Wie durch die obige Beschreibung und die beispielhafte Darstellung belegt, stellt die vorliegende Erfindung zahlreiche Vorteile bereit. Nur eine kleine Menge des wirksamen Monomers muss verwendet werden, um die gewünschte Farbüberwachung zu erreichen. Das polymerisierte Diacetylen führt zu einer kontrastreichen Farbsituation, welche von einem Dunkelblau zu einem hellen Rot wechselt. Das Polymer kann leicht bereitgestellt werden, imprägniert als eine dünne Schicht in einer breiten Vielzahl von Trägern, so dass es zum Messen einer Temperaturveränderung zur Verfügung steht. Darüber hinaus kann es in verschiedenen Konfigurationen bereitgestellt werden, wobei die Vorrichtung bis zur Verwendung steril und verpackt sein kann. Die Zusammensetzung kann nach Bedarf auf einfache Weise in eine breite Vielfalt an Geräten, Behältern, Piken oder anderen Konfigurationen imprägniert werden. Die vorliegenden Vorrichtungen verwenden zum größten Teil bestehende Produktstrukturen und ermöglichen eine Massenproduktion beim Beschichten und Härten. Das Polymer wird in den Träger imprägniert, so dass es weder leicht auswaschbar ist, noch die Nahrungsmittelqualität beeinflusst. Falls notwendig, kann eine schützende Kunststoffbeschichtung verwendet werden. Die Art und Weise der Herstellung kann verschiedene Muster und Symbole bereitstellen, einschließlich Wörter, so dass Mitteilungen verbunden mit einer Temperaturveränderung bereitgestellt werden können.
Da die Erfindung nun vollständig beschrieben ist, wird es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass viele Veränderungen und Modifizierungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der angefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100), umfassend: einen Träger mit einer Oberfläche; und einen Abschnitt (14, 76) des Trägers nahe zur Oberfläche des Trägers, umfassend ein Diacetylen-Polymer (46, 56), dadurch gekennzeichnet, dass das Diacytlen-Polymer wenigstens eine nicht-oxo Carbonylgruppe aufweist und eine Übergangstemperatur im Bereich von 25-300 °C aufweist, wobei dies eine sichtbare Änderung von blau nach rot ergibt, und wobei sich das Diacetylen-Polymer ergibt aus Imprägnierung einer Lösung umfassend Diacetylen-Monomer, welches in den Träger eindringt, Verdampfung des Lösungsmittels aus der Lösung, welche in den Träger eingedrungen ist, und Bestrahlung des Abschnitts zur Polymerisierung des Diacetylen-Monomers.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung starr ist.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 2, wobei die starre Vorrichtung ein durchstoßendes Ende (32, 44, 54, 86) umfasst.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 3, wobei das Diacetylen-Polymer (46, 56) ein Film ist.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 4, wobei durch das Diacetylen-Polymer (46, 56) ein Muster auf dem Film definiert ist.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 1, wobei der Träger eine Kunststoffeinheit oder eine zellulosehaltige Einheit mit einem spitzen Ende (32, 44, 54, 86) umfasst.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 6, wobei der Abschnitt (14, 76) mehrere getrennte Abschnitte umfassend Diacetylen-Polymere (46, 56) mit verschiedenen Übergangs temperaturen umfasst.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 7, wobei die getrennten Abschnitte mit verschiedener Übergangstemperatur durch Verändern der Bestrahlung eines jeden der getrennten Abschnitte erzeugt werden.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen Metallschaft (12, 42, 62, 84) mit einem ersten Ende; und wobei der Träger eine Kunststoffbeschichtung von wenigstens einem Teil des Metallschafts umfasst, wobei der Teil, der am anderen als dem ersten Ende positioniert ist, ein Diacetylen-Polymer (46, 56) mit einer Übergangstemperatur im Bereich von 25 bis 300 °C, wobei dies eine Änderung von blau nach rot ergibt, umfasst, und wobei sich das Diacetylen-Polymer ergibt aus Imprägnierung einer Lösung umfassend Diacetylen-Monomer, welches in die Beschichtung eindringt, Verdampfung des Lösungsmittels aus der Lösung, welche in die Beschichtung eingedrungen ist, und Bestrahlung des Abschnitts zur Polymerisierung des Diacetylen-Monomers.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 9, wobei sich die Kunststoffbeschichtung von einem Abschnitt in Nähe zu dem ersten Ende bis hin zu einem vom ersten Ende entfernten Abschnitt ausdehnt.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren umfasst: in Kontakt bringen eines permeablen Trägers mit einer Lösung von Diacetylen-Monomer mit einer Kohlenstoffkette von 12 bis 30 Kohlenstoffatomen für eine Zeit, welche für die Lösung ausreicht, in den Träger bis zu einer gewünschten Tiefe einzudringen; Verdampfen des Lösungsmittels aus der Lösung, welche in den Träger eingedrungen ist; Bestrahlen des Trägers für eine ausreichende Zeit, um wenigstens einen Teil des Diacetylen-Monomers zu polymerisieren, um ein blaues Polymer zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Träger ein Kunststoff ist und das Lösungsmittel den Kunststoff für ein Eindringen des Monomers erweicht.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Träger Polystyrol ist und das Lösungsmittel ein Halogenkohlenwasserstoff ist.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Lösung ferner einen Kunststoff enthält, welcher zu einer scheuer-resistenten Beschichtung aushärtet.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der permeable Träger durch Spritzgießen zu einer Vielzahl von Vorrichtungen (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gebildet wird, welche durch zerbrechliche Verbindungen verknüpft sind, und die einen Griffabschnitt (12, 42, 62, 84) und einen Temperaturmessabschnitt (14, 76) aufweisen; und wobei das in Kontakt bringen umfasst, Eintauchen des Temperaturmessabschnitts in die Lösung für eine Zeit, die für die Lösung ausreicht in den permeablen Träger einzudringen.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 1, wobei der Träger einen Temperaturmessabschnitt (14, 76) in Nähe zu einem Ende des Trägers umfasst und ferner einen Referenzabschnitt (60, 78) am Endpunkt des Temperaturmessabschnitts und des Trägers umfasst; und wobei der Temperaturmessabschnitt des Trägers umfasst ein Diacetylen-Polymer (46, 56) mit wenigstens einer nicht-oxo Carbonylgruppe und mit einer Übergangstemperatur im Bereich von 25-300 °C, wobei dies eine Änderung von blau nach rot ergibt, wobei der Temperaturmessabschnitt hergestellt wird durch in Kontakt bringen des Trägers am Temperaturmessabschnitt mit einem Lösungsmittel, welches in den Träger eindringen kann, umfassend ein Diacetylen-Monomer, für eine Zeit, welche für die Lösung ausreicht, in den Träger bis zu einer gewünschten Tiefe einzudringen, Verdampfen des Lösungsmittels, Bestrahlen des Trägers für eine ausreichende Zeit, um wenigstens einen Teil des Diacetylen-Monomers zur Bildung eines blauen Polymers zu polymerisieren; und wobei der Referenzabschnitt mit einem Farbmittel beschichtet ist, welches eine im Wesentlichen zu dem rot äquivalente Farbe bereitstellt.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 16, wobei die Vorrichtung umfasst einen Griffabschnitt (12, 52, 62, 84) und einen Sondenabschnitt (14, 76) umfassend den Temperaturmessabschnitt und den Referenzabschnitt (60, 78), wobei der Griffabschnitt einen größeren Querschnitt als der Sondenabschnitt aufweist und der Sondenabschnitt in einem durchstoßendem Ende (32, 44, 54, 86) endet.
Einheit von Vorrichtungen zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100), umfassend mehrere Vorrichtungen zur Temperatur-überwachung gemäß Anspruch 17, wobei die Vorrichtungen durch zerbrechliche Verbindungen zwischen den Vorrichtungen jeweils miteinander verknüpft sind.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 1, umfassend eine Beschichtung (46, 56) aus Polydiacetylen als thermochrome Zusammensetzung, welche sich bei der Übergangstemperatur von blau nach rot verändert, und wenigstens einem von wenigstens zwei Abschnitten mit verschiedenen Übergangstemperaturen oder einem Farbmittel referenzabschnitt mit der Übergangstemperaturfarbe der thermochromen Zusammensetzung.
Verwendung einer Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 6 zum Kochen von Fleisch auf einem Grill, wobei das Fleisch auf dem Grill über einer Heizquelle platziert wird und solange gekocht wird, bis Lebensmittelpathogene abgetötet sind, wobei die Neuerung umfasst: nicht später als während des Kochens des Fleischs, Einführen der Vorrichtung zur Temperaturüberwachung in das Fleisch, umfassend: eine Kunststoffeinheit oder eine zellulosehaltige Einheit mit einem spitzen Ende (32, 44, 54, 86); einen Abschnitt (14, 76) des Trägers in Nähe zur Oberfläche des Trägers, umfassend ein Diacetylen-Polymer (46, 56) mit wenigstens einer nicht-oxo Carbonylgruppe und mit einer Übergangstemperatur von etwa 68,3 °C, wobei dies eine Änderung von blau nach rot ergibt, und wobei sich das Diacetylen-Polymer ergibt aus Imprägnierung einer Lösung umfassend Diacetylen-Monomer, welches in den Träger eindringt, Verdampfung des Lösungsmittels aus der Lösung, welche in den Träger eingedrungen ist, und Bestrahlung des Abschnitts, wobei der Abschnitt in Nähe zum spitzen Ende liegt; und Fortführen des Fleischkochens bis sich der Abschnitt rot färbt.
Vorrichtung zur Temperaturüberwachung (10, 30, 40, 50, 70, 82, 90, 100) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung flexibel ist.