Brevet FR2282107A1 — publié le 19760312

La présente invention a pour objet un système indicateur de températures utilisant des cristaux liquides cholestériques microencapsulés. Il est connu depuis longtemps que les cristaux liquides du type cholesteri- que ont des proprietes optiques remarquables: leur pouvoir rotatoire est considérable et ils réfléchissent entre autres de la lumière polarisée circulaire: de plus, les longueurs tondes réfléchies dépendent de la température. C'est ainsi que les cristaux cholestériques réagissent aux changements de température en passant successivement par toutes les couleurs du spectre visible, du rouge au violet, les changements de couleurs correspondant à des fractions de degré ou à plusieurs degrés selon le type ou les types d'esters du cholestérol ou autres produits mis en oeuvre. Ce phénomène de changements de couleurs est réversible et il fonctionne dans une gamme de température comprise entre -200C et 2500C.Toutefois, comme les couleurs diffusées par les cristaux liquides ne représentent qu'une fraction de la lumière incidente et que le reste de la lumière incidente est transmis par les cristaux liquides, il est nécessaire d'utiliser comme support des cristaux liquides, un fond noir absorbant pour empêcher la réflexion de la lumière transmise et favoriser, de ce fait, la pureté de séparation des couleurs diffusées ou des longueurs d'ondes réRé- chies par les cristaux liquides. Cependant, l'utilisation des cristaux liquides cholestériques a posé un certain nombre de problèmes liés à leur état visqueux, et notamment leur tendance à l'écoulement peut provoquer des variations d'épaisseur du film appliqué sur la surface de support, qui sont susceptibles de nuire à la reprDductibilité du diagramme thermique et leur trop grande sensibilité aux agents extérieurs est susceptible d'altérer leurs propriétés. C'est pourquoi il a été proposé d'encapsuler les cristaux liquides. Les cristaux liquides cholestériques microencapsalés proposés conformément à l'Art antérieur, présentent l'avantage sur les cristaux liquides non encapsulés d'etre plus résistants aux agents extérieurs, d'etre d'un fonctionnement thermique réversible pendant de très longues durées. Le brevet américain No 3 782 119 décrit, en particulier, un dispositif d'aS fichage sensible à la température, qui est constitué par des assemblages de cristaux liquides microencapsulés de dimensions et de compositions différentes dispersés dans un liant filmogène, la composition d'une couche donnée de cristaux liquides encapsulés correspondant à une température déterminée et se colorant lorsque cette température est atteinte. Le liant dans lequel les esters ou les mélanges d'esters du cholestérol sont dispersés est constitué, suivant ce brevet, par de l'alcool polyvinylique associé à du glycérol (qui joue le rôle d'agent plastifiant) et à un agent mouillant. Il s'est cependant avéré que les moyens proposés conformément à l'Art antérieur, ne permettent pas une visualisation suffisamment contrastée et précise des changements de couleurs liés aux changements d'états thermiques. C'est dans le but d'améliorer la précision de la vision desdits changements de couleurs en fonction des variations de température, que la demanderesse a déjà proposé d'utiliser des suspensions aqueuses de microcapsules contenant des cristaux liquides cholestériques, qui comprennent en outre les constituants suivants (exprimés en pourcentage par rapport au poids de la suspensinon) - de 0, 2 à 2 % d'un agent de stérilisation et de tannage tel que formaldéhyde, par exemple, - de 2 à 20 % d'un agent d'encollage et/ou d'un produit formant un gel tel que gomme sénégal ou albumine, par exemple, - de 3 à 30 % d'un agent plastifiant tel qu'alcool polyvinylique, polyoxyde de polyméthacrylate de méthyle ou "Poloxalène", par exemple, - de 0, 5 à 5 % d'un agent fluorescent tel que l'éosine, par exem ple. Si le dépôt de telles suspensions sur des surfaces de support appropriées permet de réaliser une "carte thermique" qui établit une relation biunivoque entre les températures et les couleurs réfléchies par les cristaux liquides, il ne permet cependant pas, lui non plus, à l'observateur de percevoir une correspondance suffisamment fine entre les teintes observées et la température lue, discernable parmi les nuances voisines, pour permettre une lecture de température au demi-degré près. La présente invention a en conséquence pour but de pourvoir à des systèmes indicateurs de températures utilisant des cristaux liquides cholestériques microencapsulés, qui répondent mieux aux nécessités de la pratique que les moyens visant au même but antérieurement connus, notamment en ce qu'ils permettent de lire les températures des milieux ou des produits à mesurer avec une plus grande précision, et notamment de discerner avec une très gran de précision de très'fins gradients de température, et de permettre la lecture des températures mesurées, sous un éclairage monochromatique. La présente invention a pour objet un système indicateur de température utilisant des cristaux liquides cholestériques microencapsulés, lequel comprend une pluralité de cristaux liquides de compositions et de dimensions différentes juxtaposés sur une surface de support et correspondant chacun à une plage thermique donnée, lesdits cristaux liquides étant déposés sur ladite surface en suspension dans un liant associé à un agent plastifiant, lequel système indicateur est caractérisé en ce que les cristaux liquides, les microcapsules contenant lesdits cristaux liquides, et les liants optiques dans lesquels ces dernières sont en suspension, sont choisis parmi ceux dont les indices de réfraction respectifs sont les plus voisins entre eux. En choisissant des cristaux liquides microcapsulés, des microcapsules et des liants optiques dont les indices de réfraction sont aussi voisins que possible entre eux, l'on élimine, en effet, les pertes dues aux réfractions et aux diffractions parasites et l'on obtient, ainsi, une très grande finesse de lecture, au demi-degré près, et même plus précise. Suivant un mode de réalisation avantageux du système indicateur de températures conforme à la présente invention, les liants optiques sont teintés pour optimiser optiquement la lecture correspondant à la plage de températures dont on réalise la lecture. Suivant un autre mode de réalisation avantageux du système indicateur de températures conforme à la présente invention, les liants optiques utilisés dans ledit système sont choisis parmi les liants conducteurs d'électricité. Suivant un troisième mode de réalisation avantageux du système indicateur de températures conforme à la présente invention, lorsque les cristaux liquides microencapsulds sont choisis parmi ceux dont l'indice de réfraction est compris entre 1, 7 et I, 9, les corps qui constituent les parois des microcapse les sont choisis parmi ceux qui présentent un indice de réfraction compris entre 1, 68 et 1, 95 et les liants optiques sont choisis parmi ceux qui présentent un indice de réfraction compris entre 1, 60 et 2, 0. En combinant entre elles convenablement les propriétés optiques des con tituants du système indicateur de températures conforme à la présente invention, l'on augmente dans une mesure considénable, jamais atteinte auparavant, la précision des correspondances température-couleurs, et l'on obtient un moyen de contrôle de température extrêmement précis et fiable utilisable aussi bien en médecine que dans de nombreuses industries, et notamment dans les industries mécanique, métallurgique, électronique, pour l'établissement de "cartes thermiques" très précises, ainsi qu'en décoration, pour l'affichage, dans le domaine de la publicité etc... Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortent de la description qui va suivre. La présente invention vise plus particulièrement les systèmes indicateurs de températures utilisant des cristaux liquides microencapsulés conformes aux dispositions qui précèdent, ainsi que les procédés de fabrication de ces système s, les milieux et les produits à mesurer dans et/ou sur lesquels sont inclus lendits système s et, les appareillages d'ensemble dans lesquels ces sys tèmes pourraient être inclus. La présente invention pourra être mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui comprend des exemples de réalisation d'un système indicateur de températures conforme à la présente invention. I1 doit être bien entendu toutefois que ces exemples sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de I'invention et n'en constituent en aucune manière une limitation. EXEMPLES Exemple 1 Le système indicateur de températures conforme à cet exemple est conçu o pour explorer une plage de températures comprise entre 6 et 18 C. I1 est cons- titué par six compositions équilibrées dont chacune comprend des cristaux liquides microencapsulés-dont la composition et/ou les dimensions correspondent à une sous-plage de températures comprise dans l'intervalle ci-dessus. Les compositions équilibrées sont constituées par des suspensions du typedéjà proposé par la demanderesse et mentionné dans le préambule. Les six qualités de cristaux liquides choisies pour être incorporées dans lesdites suspensions (qui sont à 40%de matière solides) sont commercialisées par la NATIONAL CASH REGISTER Cy., sous les dénominations R8, Rlo, R 12' R14, R16, R18 et la dénomination générique de "CHAMELEON" (cf. catalogue APPLETON PAPER DIVISION).Les indices de réfraction de ces six qualités sont les suivante Produit Indice de réfraction (+ 5% ) R8 1,9 R10 1,89 R12 1, 94 R14 1, 93 R16 1, 72 R18 1,87 La gélatine de microencapsulation des cristaux liquides ci-dessus, choisie dans le cadre de la présente invention, présente un indice de réfraction qui est égal à 1, 87, Le liant optique dans lequel sont dispersés les cristaux liquides microencapsulés présente avantageusement, en pareil cas, un indice de réfraction qui est égal à 1, 90. Dans le présent exemple, le liant optique est constitué par un alcool polyvinylique d'indice de réfraction 1, 90, vendu par RHONE-POULENC sous le nom de "RHODOVIOL Du 125:'. Exemple 2: Le système indicateur de températures conforme à cet exemple est conçu o pour explorer une plage de températures comprise entre 22 et 30 C. I1 est constitué par trois compositions équilibrées dont chacune comprend des cristaux liquides microencapsulés dont la composition et/ou les dimensions correspondent à une sous-plage de températures comprise dans l'intervalle cidessus. Les compositions équilibrées sont constituées par des suspensions du type déjà proposé par la demanderesse et mentionné dans le préambule. Les trois qualités de cristaux liquides choisies pour être incorporées dans lesdites suspensions sont commercialisées par la NATIONAL CASH REGISTER Cy. sous les dénominations W20, W25, W30. Leurs indices de réfraction sont les suivants Produit Indice de réfraction ( + 5% ) W20 1,87 W25 1,70 W30 1, 90 La paroi des microcapsules qui contiennent les cristaux liquides, conformément à la présente invention, est en gélatine, et son indice de réfraction est égal à 1,87. Le liant optique dans lequel sont dispersés les cristaux liquides microencapsulés ci-dessus est constitué par du "RHODOVIOL DS 125" auquel sont ajoutés 10% en volume d'un adhésif, 0, 5%en volume de glycérine, 5% en volume d'un antimousse S (commercialisé par EURAND), l'indice de réfraction du liant optique obtenu étant égal à 1, 87. Test de contrôle du fonctionnement du système indicateur de températures conforme à la présente invention. On dépose une couche très fine (épaisseur après séchage : de l'ordre de 5 microns) de suspension de cristaux liquides microencapsulés sur un corps noir (carbone pyrolysé 1 micron). Le tout est déposé sur un substrat chauffant, par exemple une lame de verre polyoptique recouverte d'une couche de Ni-Cr constituant l'élément chauffant et censeur de température. On fait monter la température de l'ensemble par paliers successifs de o l'ordre de 0, 25 C, chaque palier nécessitant un temps de stabilisation ther- mique minimal de 10 minutes. Pendant chacune de ces stabilisations thermiques on irradie orthogonalement la couche déposée par un flux lumineux monochromatique, successivement par 5 longueurs d'ondes différentes o X 1 (Bleu) : 4 380 A ) 2 (Vert) : 5 600 AO o ? 3 (Jaune) : 5 870 A N 4 (Ambre) : 6 180 AO 5 5 (Rouge) : 6 600 AO A chaque irradiation on mesure et calcule le coefficient de réflexion, puis on trace la courbe constituée par les maximums. On obtient ainsi une relation bi-univoque entre les longueurs d'ondes correspondant aux pics maximums et les températures. Il faut que les différents maximums relevés occupent l'ensemble du spectre visible dans la plage de la température nominale étudiée. I1 résulte de la description qui précède que l'on obtient, en mettant en oeuvre les dispositions de la présente invention, un système indicateur de températures utilisant des cristaux liquides microencapsulés, dont la sensibilité, la précision et la fiabilité sont très supérieures à celles que permettaient d'obtenir les systèmes indicateurs de températures du même type antérieurement connus, en sorte que les applications peuvent en être étendues à l'indue en particulier pour le diagnostic de pannes, la surveillance, le décèlement de défauts de structure, à un affinement des diagnostics cliniques médicaux, (tumeurs, vascularisations pathologiques, etc...) et que ces systèmes peuvent être employés dans des buts esthétiques (publicité, animation, décoration, affichage, etc...). Ainsi que cela ressort de la description qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à ltesprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Système indicateur de températures utilisant des cristaux liquides cholestériques microencapsulés, lequel comprend une pluralité de cristaux liquides de compositions et de dimensions différentes juxtaposés sur une surface de support et correspondant chacun à une plage thermique donnée, lesdits cristaux liquidés étant déposés sur ladite surface en suspension dans un liant associé à un agent plastifiant, lequel système indicateur est caractérisé en ce que les cristaux liquides, les microcapsules contenant lesdits cristaux liquides, et les liants optiques dans lesquels ces derniers sont en suspension, sont choisis parmi ceux dont les indices de réfraction respectifs sont les plus voisins entre eux. 2. Système indicateur de températures selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liants optiques sont teintés pour optimiser optiquement la lecture correspondant à la plage de températures dont on réalise la lecture. 3. Système indicateur de températures selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liants optiques utilisés dans ledit système sont choisis parmi les liants conducteurs d'électricité. 4. Système indicateur de températures selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque les cristaux liquides microencapsulés sont choisis parmi ceux dont l'indice de réfraction est compris entre 1,7 et 1, 9, les corps qui constituent les parois des microcapsules sont choisis parmi ceux qui présentent un indice de réfraction compris entre 1, 68 et 1, 95 et les liants optiques sont choisis parmi ceux qui présentent un indice de réfraction compris entre 1, 60 et 2, 0.