FI89209B

FI89209B - Moisture detector based on colour changes

Info

Publication number: FI89209B
Application number: FI923045A
Authority: FI
Inventors: Matti Jussila
Original assignee: Neste Oy
Priority date: 1992-07-01
Filing date: 1992-07-01
Publication date: 1993-05-14
Also published as: FI89209C; FI923045A0

Abstract

This invention concerns a moisture detector based on a colour change which occurs in the detector as a result of the influence of the moisture. The colour change is achieved with a substance which is a colour which changes as a result of the influence of moisture, and which is polyoctyltiophene in the detector according to the invention. The colour of the polyoctyltiophene changes even due to the moisture in room atmosphere from golden lime-green to dark brownish blue and the change can easily be observed visually. The polyoctyltiophene can be processed to form a thin layer or a thin film, for example on sheets or foils, as intermediate layers in pipes or bottles, etc. The moisture detector according to the invention can be used for the detection of the moisture level of moisture-sensitive products, for example during storage.

Description

89209 Värimuutokseen perustuva kosteuden ilmaisin 5 *89209 Humidity detector based on color change 5 *

Keksinnön kohteena on värimuutokseen perustuva kosteuden ilmaisin, jota voidaan käyttää esimerkiksi kosteudelle herkkien tuotteiden varastoinnissa ilmaisemaan jo varastoinnin aikana haitallisen kosteuden pääsy tuotteisiin. Keksinnön kohteena olevassa kosteuden ilmaisimessa on kosteuden vaikutus havaittavissa helposti visuaalisesti 10 ilmaisimessa tapahtuvan värimuutoksen ansiosta.The invention relates to a moisture detector based on a color change, which can be used, for example, in the storage of moisture-sensitive products, to detect the ingress of harmful moisture into the products already during storage. In the humidity detector which is the subject of the invention, the effect of humidity can be easily seen visually due to the color change in the detector.

Värimuutokseen perustuvia kosteuden ilmaisimia on esitetty esimerkiksi US-patentti-julkaisussa 4990284. Tämän julkaisun mukaisessa kosteuden ilmaisimessa värimuutos saadaan aikaan kobolttikloridin avulla. Tällaisia ilmaisimia voidaan julkaisun mukaan 15 käyttää esimerkiksi savukepakkauksissa.Moisture detectors based on color change are disclosed, for example, in U.S. Patent No. 4,990,284. In the moisture detector of this publication, the color change is provided by cobalt chloride. According to the publication, such detectors can be used, for example, in cigarette packs.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa kosteuden ilmaisimessa värimuutosta ei saada aikaan tunnetulla tavalla esimerkiksi kobolttikloridin avulla, vaan keksinnön mukaiselle värimuutokseen perustuvalle kosteuden ilmaisimelle on tunnusomaista, että ilmaisi-20 messa väriä muuttavana aineena on polyoktyylitiofeeni, joka muuttuu kullankeltaisesta tai kullanvihreästä kosteuden vaikutuksesta tumman ruskeaksi tai tumman siniseksi.In the moisture detector according to the present invention, the color change is not produced in a known manner by, for example, cobalt chloride, but the color change-based moisture detector according to the invention is characterized in that the color changing agent

Keksinnön mukaisessa kosteuden ilmaisimessa väriä muuttavaa polyoktyylitiofeenia on aikaisemmin käytetty esim. Fl-patenttihakemusjulkaisuissa 890427 ja 906168, termo-25 plastisia ominaisuuksia vaativissa johdepolymeerisovellutuksissa.In the moisture detector according to the invention, the color-changing polyoctylthiophene has previously been used, for example, in F1 patent applications 890427 and 906168, in conductive polymer applications requiring thermo-plastic properties.

Esillä olevan keksinnön mukaisen, polyoktyylitiofeeni-ilmaisimen värimuutos on e erittäin selvä ja se on helppo havaita visuaalisesti jo parin päivän ilmaisimen kosteudelle alttiina olon jälkeen. Keksinnön mukainen kosteuden ilmaisin soveltuu erityisen 30 hyvin ilmaisemaan esimerkiksi kosteudelle herkkien hienomekaanisten ja elektronisten laitteiden varastoinnin aikana esiintyvää liiallista kosteutta ns. on/off-periaatteella. Keksinnön mukainen polytiofeeni on myös sähköä johtava, joten siitä voidaan valmistaa antistaattisia pakkauksia. Täten keksinnön mukainen polyoktyylitiofeeni toimii paitsi kosteuden ilmaisimena antaa myös antistaattista suojaa, mikä seikka puoltaa sen 2 89209 sopivuutta juuri hienomekaanisten ja elektronisten laitteiden varastoinnin aikaiseen ilmaisinkäyttöön. Mikäli halutaan tällaista antistaattista suojaa, on polyoktyylitiofeenia edullista käyttää laajempana pintana, kuin jos halutaan sen toimivan ainoastaan kosteuden ilmaisimena, jolloin riittää pienempi ilmaisinpinta. Lisäksi esillä olevan keksinnön mukaiselle kosteuden ilmaisimelle sopivia käyttökohteita ovat mm. kosteudelle herkät kemikaalit, räjähdysaineet, lääkeaineet ja elintarvikkeet.The color change of the polyoctylthiophene detector according to the present invention is very clear and is easy to detect visually even a couple of days after the detector has been exposed to moisture. The humidity detector according to the invention is particularly well suited for detecting, for example, excessive humidity during storage of fine mechanical and electronic devices which are sensitive to moisture, the so-called an on / off principle. The polythiophene according to the invention is also electrically conductive, so that antistatic packages can be made from it. Thus, the polyoctylthiophene according to the invention not only acts as a moisture detector but also provides antistatic protection, which favors its suitability for detector use during storage of precision mechanical and electronic devices. If such antistatic protection is desired, it is preferable to use the polyoctylthiophene as a wider surface than if it is desired to act only as a moisture detector, in which case a smaller detector surface is sufficient. In addition, suitable applications for the humidity detector according to the present invention include e.g. moisture sensitive chemicals, explosives, pharmaceuticals and food.

Keksinnön mukainen kosteuden ilmaisin voidaan valmistaa esimerkiksi ekstruusio-päällystämällä haluttu alustalevy tai kalvo polyoktyylitiofeenilla. Polyoktyylitiofeenista voidaan valmistaa kalvoja ja levyjä myös muilla tunnetuilla muovien työstömenetelmillä; polyoktyylitiofeenista voidaan puhaltaa kalvoja, sitä voidaan puhallus-muovata välikerrokseksi esimerkiksi pulloihin, sitä voidaan käyttää kuiduissa ja kankaissa, sitä voidaan ekstrudoida kerrokseksi esimerkiksi putken sisälle tai siitä voidaan laminoida kerros erilaisille levyille. Kosteutta ilmaiseva polyoktyylitiofeenikalvo tai -kerros voi olla hyvin ohut; jo noin 10 - 100 /im on riittävä, mutta sitä voidaan käyttää myös paksumpina kerroksina. Hyvin ohuita polyoktyylitiofeenikerroksia käytettäessä saadaan polyoktyylitiofeenin kulutus ilmaisinta kohden varsin vähäiseksi, jolloin kustannuksetkin pysyvät kohtuullisina. Kerrospaksuus vaikuttaa tunnetusti kosteuden diffuusioon ja siten myös polyoktyylitiofeeeni-ilmaisimen värin muutosnopeuteen. Valolla tai ilman hapella ei ole merkitystä ilmaisimen värimuutokseen, mikä seikka on selvästi voitu kokein osoittaa.The moisture detector according to the invention can be manufactured, for example, by extrusion-coating the desired substrate plate or film with polyoctylthiophene. Polyoctylthiophene can also be made into films and sheets by other known methods of processing plastics; polyoctylthiophene can be blown into films, blown into an intermediate layer, for example in bottles, used in fibers and fabrics, extruded into a layer inside a tube, for example, or laminated to various sheets. The moisture-detecting polyoctylthiophene film or layer may be very thin; already about 10 to 100 [mu] m is sufficient, but it can also be used in thicker layers. When very thin layers of polyoctylthiophene are used, the consumption of polyoctylthiophene per detector is quite low, so that the costs remain reasonable. The layer thickness is known to affect the diffusion of moisture and thus also the rate of color change of the polyoctylthiophene detector. Oxygen with or without light has no effect on the color change of the detector, a fact which has been clearly demonstrated experimentally.

Esillä olevan keksinnön mukaiset ilmaisimet voidaan asettaa haluttuun paikkaan varastointitiloissa tai ne voidaan sijoittaa tuotepakkauksen sisään, niin että värimuutos ilmaisimessa voidaan nähdä kuitenkin helposti. Polyoktyylitiofeenista voidaan tehdä myös esimerkiksi kalvo varsinaisen barrier-kerroksen jälkeen tuotteeseen päin, jolloin tuotteeseen päin kulkeutunut vesihöyry saa aikaan värimuutoksen polyoktyyli-tiofeenikalvossa.The detectors of the present invention can be placed in a desired location in storage areas or can be placed inside a product package so that the color change in the detector can be easily seen. Polyoctylthiophene can also be made into a film, for example, after the actual barrier layer towards the product, whereby the water vapor carried towards the product causes a color change in the polyoctylthiophene film.

1 Polyoktyylitiofeenin määrää ilmaisimessa voidaan pienentää seostamalla sen joukkoon muuta polymeeriä. Tällaisen toisen polymeerin osuus ei kuitenkaan saa olla liian suuri, koska muutoin kosteuden vaikutus jää hitaaksi ja toisaalta värimuutos ilmaisimessa ei ole enää niin selvä. Prosessointitavasta riippuen voidaan polyoktyylitiofeenin joukkoon 3 89209 lisätä kuitenkin muita täyteaineita vaikuttamatta ilmaisimen värin muuttumiseen.1 The amount of polyoctylthiophene in the detector can be reduced by blending it with another polymer. However, the proportion of such a second polymer must not be too high, because otherwise the effect of moisture will be slow and, on the other hand, the color change in the detector will no longer be so obvious. However, depending on the processing method, other excipients can be added to the polyoctylthiophene 3 89209 without affecting the color change of the detector.

Polyoktyylitiofeeni-ilmaisimen herkkyyttä voidaan helposti säädellä lisäämällä siihen erilaisia kosteutta sitovia tai kosteutta imeviä aineita, jolloin keksinnön mukaista 5 kosteuden ilmaisinta on mahdollista käyttää erilaisissa kosteusolosuhteissa tai eri kosteuspitoisuuksille herkkien tuotteiden yhteydessä.The sensitivity of the polyoctylthiophene detector can be easily controlled by adding various moisture-binding or moisture-absorbing substances, whereby the moisture detector 5 according to the invention can be used under different humidity conditions or in connection with products sensitive to different moisture contents.

Kosteuden vaikutuksesta väriään muuttanut keksinnön mukainen polyoktyyli-tiofeenikalvo tai -kerros voidaan saattaa helposti uudelleen toimintaan yksinkertaisesti 10 poistamalla hyvin ohut kerros sen pinnasta esimerkiksi hankaamalla tai raaputtamalla, jolloin kosteuden vaikutuksesta tummuneen pinnan alta saadaan esiin alkuperäinen kullankeltainen tai kullanvihreä pinta.The moisture-discolored polyoctyl-thiophene film or layer of the invention can be easily reactivated by simply removing a very thin layer from its surface, for example by rubbing or scraping, to reveal the original golden-yellow or golden-green surface beneath the moisture-darkened surface.

Seuraavissa esimerkeissä selvitetään tarkemmin keksintöä, mutta niitä ei tule pitää 15 keksintöä rajoittavina vaan ne on tarkoitettu kuvaamaan esillä olevan keksinnön mukaista kosteuden ilmaisinta ja sen käyttömahdollisuuksia.The following examples illustrate the invention in more detail, but are not to be construed as limiting the invention, but are intended to illustrate the humidity detector of the present invention and its uses.

Esimerkki 1 20 Huoneilman kosteuden tai UV-valon vaikutusta polyoktyylitiofeenin värimuutokseen tutkittiin ns. pimeä/valo-testillä seuraavasti: Noin 10cm * 10cm kokoisten metalli-levyjen päälle sulatettiin polyoktyylitiofeenista ohut kerros. Näytelevyjen pinnasta osa peitettiin läpinäkyvällä kosteutta läpäisemättömällä teipillä. Näin käsitellyistä näytelevyistä laitettiin osa säilöön valolta suojattuun tilaan, jossa oli kuitenkin normaali 25 huoneilman kosteus. Loput näytelevyt säilytettiin valossa kosteudeltaan samanlaisessa tilassa kuin valolta suojatut näytteet. Riippumatta säilytystavasta (pimeä/valossa) säilyi näytelevyjen teipillä suojattu alue alkuperäisen värisenä eli kauniin kullanruskeana ja suojaamaton alue muuttui tummaksi jo parissa päivässä huoneilman kosteuden vaikutuksesta. Tämä tilanne oli sama vielä jopa puolen vuoden levyjen säilytyksen jälkeen. 30 Tällä tavoin on voitu osoittaa se, että värimuutos johtuu nimenomaan kosteuden eikä UV-valon vaikutuksesta.Example 1 The effect of room humidity or UV light on the color change of polyoctylthiophene was studied in the so-called by the dark / light test as follows: A thin layer of polyoctylthiophene was melted on top of about 10 cm * 10 cm metal plates. Part of the surface of the sample plates was covered with transparent moisture-impermeable tape. Some of the sample plates treated in this way were placed in a container protected from light, but with a normal humidity of 25 room air. The remaining sample plates were stored in a light-humidity-similar state as the light-protected samples. Regardless of the method of storage (dark / light), the area protected by the tape of the sample plates remained the original color, ie a beautiful golden brown, and the unprotected area became dark within a few days due to the humidity of the room air. This situation was the same yet even after six months of storage disks. 30 In that way, it has been possible to show that the change in color is due specifically to the effect of moisture and not to UV light.

4 692094 69209

Esimerkki 2Example 2

Esimerkin 1 suojaamattomat, tummaksi muuttuneet metallilevyt raaputettiin pinnaltaan, jolloin saatiin esiin kirkkaan keltaisenvihreä muuttumaton polyoktyylitiofeenikerros. Näistä levyistä osa laitettiin kuivaan kaappiin ja osa säilytettiin huoneilman kosteus-olosuhteissa. Kuivassa kaapissa säilytetyt levyt pysyivat alkuperäisen kirkkaan vihreän-keltaisina, mutta huoneilmassa säilytetyt levyt muuttuivat tumman sinisen mustiksi kahdessa päivässä. Kuivassa kaapissa säilytetty kalvo siirrettiin huoneilmaan, jonka jälkeen sen väri muuttui tummaksi parissa päivässä.The unprotected, darkened metal sheets of Example 1 were scraped from their surface to reveal a bright yellow-green unchanged polyoctylthiophene layer. Some of these plates were placed in a dry cabinet and some were stored under room humidity conditions. The plates stored in the dry cabinet remained the original bright green-yellow, but the plates stored in room air turned dark blue to black in two days. The film stored in a dry cabinet was transferred to room air, after which its color turned dark in a couple of days.

Tämä koe osoittaa sen lisäksi, että nimenomaan kosteus vaikuttaa polyoktyyli-tiofeenikerroksen värimuutokseen, myös sen, että kosteuden vaikutuksesta muuttunut polyoktyylitiofeenikerroksen pinta voidaan esimerkiksi raaputtamalla saada alkuperäisen väriseksi ja siten saattaa uudelleen toimintakuntoiseksi keksinnön mukaiseksi kosteuden ilmaisimeksi.This experiment shows not only that moisture specifically affects the color change of the polyoctyl-thiophene layer, but also that the surface of the polyoctylthiophene layer changed by moisture can be scratched to its original color and thus reactivated as a moisture detector according to the invention.

tt

Claims

1. Humidity detector based on color change, characterized in that the color changing substance in the detector is polyoctylthiophene which changes from golden yellow or golden green to dark brown or dark blue through the influence of the humidity of the air.

Humidity detector according to Claim 1, characterized in that the detector's probability is controlled by incorporating the layer thickness of the other polyoctylthiophene, other plastics or fillers in the polyoctylthiophene or by incorporating moisture-absorbing or bonding chemicals.

Humidity detector according to claim 1 or 2, characterized in that the layer thickness of the polyoctylthiophene in the detector is Over 10 µπι, preferably 10-100 µm.

Humidity detector according to any one of claims 1-3, characterized in that the plyoctylthiophene has been laminated or extruded onto a foil or a substrate, tubular body or by other plastic processing sets brought to a part of a whole in which a change in color through the action of moisture can be observed in the polyoctylthiophene.

Use of a humidity detector according to any one of claims 1-4 as a detector for moisture sensitive products during storage.

Use of the humidity detector according to claim 5 as a detector for moisture sensitive products during storage and as antistatic protection for them.