Необратимый термоиндикатор критической температуры

Полезная модель относится к методам контроля температуры и термоиндикаторам и может быть использована при контроле условий хранения и транспортировки термочувствительных объектов - продуктов питания, медицинских препаратов, растений.
Известно устройство «Материал для определения температуры, чернила для определения температуры с использованием этого материала, индикатор температуры для систем управления товарами» (JP 2018179826 A, МПК B65H 29/22, B65H 31/36, дата приоритета 17.04.2017, дата публикации 15.11.2018). Изобретение относится к материалам и устройствам на их основе для определения температуры и защиты сохранения свежих фруктов, овощей, а также вакцин. Температурный индикатор по настоящему изобретению состоит из двух термоиндикаторных материалов. Оба включают лейкосоединения, агент, проявляющий цвет, и агент обесцвечивания, и имеют гистерезисную температурную характеристику плотности цвета. Индикатор сообщает о превышении и понижении необходимой температуры хранения. Однако индикаторные свойства действуют с момента производства устройства и требуют соблюдения температурного режима хранения и транспортировки до нанесения на объект контроля, не допуская активацию термоиндикации.
Известно устройство «Многофункциональный индикатор времени-температуры» (US 5057434 A, МПК G01K 3/04, дата приоритета 29.08.1989, дата публикации 15.10.1991). Изобретение позволяет проводить точный мониторинг состояния скоропортящегося продукта, что достигается за счет интеграции в одном устройстве двух типов индикаторов - первичного индикатора, который изменяет цвет в результате совокупного температурно-временного воздействия, и порогового второго индикатора. Конструкционно представляет собой слой первого химического реагента, в котором проявляется изменение цвета в результате совокупного температурно-временного воздействия; слоя второго реагента, который способен плавиться при заданной температуре; и третьего реагента, способного вызывать изменение цвета только в результате плавления второго реагента, и при этом изменение цветов первого и третьего реагентов в совокупности используется для получения информации о длительности воздействия температуры. Однако активация термочувствительных свойств данного устройства не предусмотрена.
Известно устройство «Индикатор температуры-времени» (EP 1913351 A1, МПК G01K 11/06, дата приоритета: 27.07.2005, дата публикации 23.04.2008) для контроля температуры хранения скоропортящихся или термочувствительных продуктов, представляющее собой рисунок сложной формы, выполненный из чернил на основе двух различных типах воска с отличными друг от друга температурами плавления. Однако данное изобретение не предусматривает активацию термоиндикаторных свойств.
Известно устройство «Индикатор заморозки» (US 5239942 A, МПК G01K11/06, дата приоритета: 11.05.1992, дата публикации:31.08.1993), содержащий хрупкую ампулу с жидкостью, расширяющуюся при замерзании, краситель, растворенный в жидкости, и зародышеобразователь, причем ампула заключена в блистер из прозрачной пленки, блистер приклеен к подложке, внутренняя поверхность блистера покрыта абсорбирующим слоем, состоящим из связующего вещества, смачиваемого жидкостью, и наполнителя, благодаря чему при разрыве ампулы жидкость, содержащая краситель, поглощается абсорбирующим слоем, вызывая окрашивание изменение впитывающего слоя видно сквозь прозрачную пленку. Однако данное устройство срабатывает только при понижении температуры ниже критической и не допускает активации термоиндикаторных свойств по желанию пользователя при внешнем механическом воздействии - разрушение хрупкой ампулы с красителем происходит косвенным механическом воздействием при расширении жидкости вследствие замерзания. Кроме того, описанная конструкция достаточно габаритна, так как содержит стеклянную ампулу, что ограничивает область ее применения.
Известно устройство «Видимый индикатор температурного повышения после охлаждения» (CH 585396 A5, МПК G01K11/06, дата приоритета: 02.10.1974, дата публикации 28.02.1977), которое имеет трубчатый корпус, закрытый с нижнего конца заостренным участком, верхний конец корпуса открыт, и два отделения образованы уплотнением, нижнее отделение заполнено красителем. Верхнее отделение закрывается выпуклой крышкой после заполнения непрозрачным абсорбентом. Охлаждение устройства замораживает краситель, который расширяется и косвенным механическим воздействием разрушает перегородку. Если впоследствии температура превысит точку плавления красителя, он перетечет в абсорбент и станет видимым. Однако описанная конструкция достаточно габаритна и не допускает исполнения плоском слоистом форм-факторе и при решении задачи независимого контроля большого количества небольших объектов (например, вакцин в упаковке) не применимо и экономически выглядит не целесообразно.
Прототипом предлагаемой полезной модели является «Двухфункциональный индикатор нагрева» (US 10514340 B2, МПК G01N 21/78, дата приоритета 08.11.2018, дата публикации 24.12.2019). Данное изобретение относится к устройствам визуальной индикации температурной истории индикатора, включая как регистрацию воздействия критической температуры, так и совокупного воздействия тепла окружающей среды и состоит из адгезивного липкого слоя, подложки, слоя индикации превышения критической температуры, который содержит два химических реагента, разделенных плавким барьером, с температурой плавления, определяющей температуру срабатывания индикатора, и слоя индикации совокупного температурно-временного воздействия, защищенные прозрачной пленкой. Данное устройство может быть применено для контроля температурных режимов хранения и транспортировки термочувствительных продуктов. Недостатком прототипа является невозможность активации его термоиндикаторных свойств при нанесении на объект температурного контроля, и как следствие, увеличение издержек, связанных с необходимостью производства, хранения и транспортировки индикатора при пониженных температурах до объекта контроля.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является снижение описанных выше издержек, с сохранением эргономичности устройства.
Технический результат заключается в возможности активации индикаторных свойств слоистого термоиндикатора прямым внешним механическим воздействием.
Сущность заключается в том, что необратимый термоиндикатор критической температуры содержит липкий адгезивный слой, подложку, выполненную из воздухо- и водонепроницаемого гибкого материала, слой индикации превышения критической температуры, включающий два химических реагента, которые разделены барьерным слоем, выполненным из тугоплавкого хрупкого материала, прямое механическое воздействие на который активирует термоиндикатор, и защитную прозрачную пленку, при этом один из реагентов обладает температурой плавления, определяющей температуру срабатывания индикатора, а второй реагент также отвечает за индикацию совокупного температурно-временного воздействия, и выполнен из пористого материала, содержащего краситель, меняющий свои оптические свойства при взаимодействии с первым реагентом.
3
Возможность активации термоиндикаторных свойств термоиндикатора достигается за счет изменения целостности барьера при прямом механическом воздействии в момент нанесения на объект контроля при его включении в холодовую цепь доставки. В результате, при превышении критической температуры, один из реагентов переходит в жидкое агрегатное состояние и через поврежденный барьер взаимодействует со вторым реагентом. Вследствие взаимодействия второй реагент разрушается, меняет цвет и теряет свои люминесцентные свойства. При использовании в качестве второго реагента пористого материала с красителем - нанокристаллами органо-неорганического свинцового галоидного перовскита ABX, где катион A - метиламмоний (MA) или цезий (Сs), катион B - свинец (Pb), X - анион, состоящий из комбинации галогенидов йода (I), брома (Br) и хлора (Cl), становится возможным, изменяя анионный и катионный состав, варьировать положение линии фотолюминесценции во всем видимом спектральном диапазоне. Благодаря этому, скрыть факт нарушения температурных условий хранения и транспортировки объекта контроля путем замены термоиндикатора на исправный становится затруднительно, ввиду наличия уникального состава люминесцирующего реагента с заданным положением линии фотолюминесценции, что позволяет в рамках одного устройства регистрировать факт превышения критической температуры индикатора и производить оценку времени температурного воздействия, активировать термоиндикатор непосредственно перед нанесением его на объект контроля и обеспечивать защиту термоиндикатора от подлога за счет люминесцентных свойств материала термоиндикатора.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой представлена схема предлагаемого устройства. Термоиндикатор состоит из липкого адгезивного слоя 1, подложки 2, выполненной из воздухо- и водонепроницаемого гибкого материала, слоя индикации превышения критической температуры, который включает плавкий реагент 3, в качестве которого выступает смесь воды и диметилсульфоксида (ДМСО), отделенный хрупким тугоплавким барьером 4 от второго реагента 5, выполненного из пористого материала с красителем - с нанокристаллами органо-неорганического свинцового галоидного перовскита, защищенного от взаимодействия с окружающей средой прозрачной воздухо- и водонепроницаемой пленкой 6.
Устройство работает следующим образом. Непосредственно перед нанесением на объект контроля, термоиндикатор из нормальных условий помещают в условия с температурой ниже критической температуры срабатывания и активируют путем механического разрушения барьерного слоя 4, после чего наносят на объект контроля при помощи адгезивного липкого слоя 1. В результате, при достижении температуры фазового перехода плавкого реагента 3, через поврежденный барьерный слой 4 происходит его контакт с реагентом 5, что приводит к необратимому распаду содержащихся в нем нанокристаллов органо-неорганического свинцового галоидного перовскита на соли отдельных реагентов, сопровождаемому изменением цвета слоя 5 и потерей им люминесцентных свойств. Процесс распространения реагента 3 в пористом материале зависит от времени, благодаря чему, по размерам изменившей цвет области, возможно сделать вывод о продолжительности совокупного температурно-временного воздействия на объект температурного контроля.
Критическая температура срабатывания термоиндикатора определяется температурой плавления реагента 3 и может варьироваться от -45°C до 18,5°C в случае использования в качестве этого реагента смеси диметилсульфоксида и воды в различных пропорциях.
Таблица 1. Температура плавления водяного раствора диметилсульфоксида в зависимости от концентрации.
№
Содержание ДМСО, %
Температура плавления (°C)
1
100
18,5
2
97,5
12
3
94,5
7
4
91
-3
5
81,3
-45
Таким образом, предлагаемый индикатор выполнен в слоистом исполнении и позволяет, как необратимо регистрировать факт воздействия температуры, превышающей критическую, так и оценивать время совокупного воздействия повышенной температуры на объект контроля. При этом конструкция однократно позволяет активировать термоиндикаторные свойства, а также повышает уровень защиты индикатора от подмены за счет использования перовскитных нанокристаллов с уникальными люминесцентными свойствами.