DE102014104901B3 - Temperature indicator for detecting the exceeding of an upper temperature threshold within a cooling chain - Google Patents
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Abstract
Temperatur-Indikator zum Nachweis des Überschreitens eines oberen Temperaturschwellwertes innerhalb einer Kühl-Kette, umfassend ein Polymer mit Temperaturgedächtnis und ein zumindest abschnittsweise an dessen Oberfläche ausgebildetes grafisches Element, wobei das grafische Element in einem ersten Zustand verharrt, solange eine Umgebungstemperatur des Indikators den oberen Temperaturschwellwert nicht erreicht, und in einen zweiten Zustand wechselt, sobald die Umgebungstemperatur den Temperaturschwellwert erreicht oder überschreitet, und in dem zweiten Zustand verharrt, selbst wenn die Umgebungstemperatur erneut unter den oberen Temperaturschwellwert abfällt, wobei sich eine maschinelle Lesbarkeit des grafischen Elements im ersten Zustand und im zweiten Zustand unterscheidet und einer der beiden Zustände die maschinelle Lesbarkeit ermöglicht.A temperature indicator for detecting the transgression of an upper temperature threshold within a refrigeration chain, comprising a temperature-memory polymer and a graphic element formed at least in section thereon, the graphic element remaining in a first state as long as an ambient temperature of the indicator exceeds the upper temperature threshold is not reached, and changes to a second state as soon as the ambient temperature reaches or exceeds the temperature threshold, and remains in the second state even if the ambient temperature falls below the upper temperature threshold again, with machine readability of the graphical element in the first state and in the first state second state and one of the two states allows machine readability.
Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Zeit-Temperatur-Indikatoren und betrifft den Nachweis von Temperaturspitzen in Temperaturverläufen, insbesondere in Kühlketten. The invention is in the field of time-temperature indicators and relates to the detection of temperature peaks in temperature profiles, in particular in cold chains.
Die Qualität von Kühlgut, insbesondere die von bestimmten Lebensmitteln, medizinischen und chemischen Produkten, hängt maßgeblich von der Einhaltung der Temperaturen in der Kühlkette während des Transports oder der Lagerung ab. Um eventuelle, von außen nicht sichtbare Qualitätseinbußen festzustellen, werden Temperaturverläufe, insbesondere Unterbrechungen der Kühlkette mit Hilfe technischer Vorrichtungen dokumentiert. Bekannte und vergleichsweise robuste Lösungen so genannter Zeit-Temperatur Indikatoren basieren auf einer Temperatursummendetektion. So verblasst ein UV-aktivierbarer Indikator-Farbstoff des in Europa und Nordamerika genutzten OnVu-Etiketts bei Erwärmung und zeigt so eine Unterbrechung der Kühlkette an. Der Indikator kann in Form eines blauen Aufdrucks oder mit einem Klebeetikett direkt auf einer Lebensmittelverpackung angebracht werden (vgl. www.bizerbaopenworld.com/media/de/pdf/iv307.pdf), ist jedoch nicht dafür vorgesehen kurzzeitige Temperaturspitzen nachzuweisen. The quality of refrigerated goods, in particular those of certain foods, medical and chemical products, depends significantly on the maintenance of the temperatures in the cold chain during transport or storage. In order to detect any loss of quality not visible from the outside, temperature profiles, in particular interruptions of the cold chain, are documented by means of technical devices. Known and comparatively robust solutions of so-called time-temperature indicators are based on a temperature total detection. For example, a UV-activatable indicator dye from the OnVu label used in Europe and North America fades when heated, indicating an interruption of the cold chain. The indicator may be printed directly on food packaging in the form of a blue print or with an adhesive label (see www.bizerbaopenworld.com/media/en/pdf/iv307.pdf), but it is not intended to detect short term temperature peaks.
In
Ein entsprechender Indikator, auch TTI / time temperature indicator genannt, sollte umweltfreundlich und ressourcenschonend einsetzbar sein und ein Maximum an Funktionalität ermöglichen. Insbesondere sollten Überschreitungen diskreter Temperaturschwellwerte nachweisbar sein, da relevante, die Güte einer Ware mindernde Prozesse an das Überschreiten bestimmter Temperaturwerte gebunden sein können. A corresponding indicator, also called TTI / time temperature indicator, should be environmentally friendly and resource-saving and allow maximum functionality. In particular, excesses of discrete temperature threshold values should be detectable, since relevant processes which reduce the quality of a product can be bound to exceed certain temperature values.
Vor diesem Hintergrund wird gemäß Anspruch 1 ein Temperatur-Indikator, gemäß Anspruch 6 ein Herstellungsverfahren für einen solchen, gemäß Anspruch 11 dessen Verwendung, gemäß Anspruch 12 eine Ware, umfassend einen solchen und gemäß Anspruch 14 eine Vorrichtung vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche. Against this background, according to
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein Temperatur-Indikator zum Nachweis des Überschreitens eines oberen Temperaturschwellwertes innerhalb einer Kühl-Kette vorgeschlagen. Der Temperatur-Indikator umfasst ein Polymer mit Temperaturgedächtnis und ein zumindest abschnittsweise an der Oberfläche des Polymers mit Temperaturgedächtnis ausgebildetes grafisches Element. Das grafische Element verharrt in einem ersten Zustand, solange eine Umgebungstemperatur des Indikators den oberen Temperaturschwellwert nicht erreicht. Es wechselt in einen zweiten Zustand, sobald die Umgebungstemperatur den Temperaturschwellwert erreicht und/oder oder überschreitet. Es verharrt sodann dauerhaft in dem zweiten Zustand, selbst wenn die Umgebungstemperatur erneut unter den oberen Temperaturschwellwert abfällt. Dabei unterscheidet sich eine maschinelle Lesbarkeit des grafischen Elements im ersten Zustand von der maschinellen Lesbarkeit desselben grafischen Elements im zweiten Zustand. Eine der beiden maschinellen Lesbarkeiten ermöglicht ein automatisches Erfassen einer vom grafischen Element getragenen oder diesem zugeordneten Information. Mit anderen Worten, in einem der beiden Zustände ist die Information auslesbar, im anderen nicht. According to a first embodiment, a temperature indicator is proposed for detecting the exceeding of an upper temperature threshold within a cooling chain. The temperature indicator comprises a temperature-memory polymer and a graphic element formed at least in sections on the surface of the temperature-memory polymer. The graphic element remains in a first state as long as an ambient temperature of the indicator does not reach the upper temperature threshold. It changes to a second state as soon as the ambient temperature reaches and / or exceeds the temperature threshold. It then remains permanently in the second state, even if the ambient temperature drops again below the upper temperature threshold. A machine readability of the graphic element in the first state differs from the machine readability of the same graphical element in the second state. One of the two machine readabilities enables automatic detection of information carried by or associated with the graphical element. In other words, in one of the two states the information is readable, not in the other.
Vorteile bestehen darin, dass das Überschreiten der Schwellwerttemperatur am Wechsel der Lesbarkeit erkennbar ist. Advantages consist in the fact that the exceeding of the threshold temperature on the change of the readability is recognizable.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform unterscheidet sich ein charakteristisches geometrisches Merkmal, insbesondere eine Länge des Temperatur-Indikators im ersten Zustand und im zweiten Zustand. According to a further embodiment, a characteristic geometric feature, in particular a length of the temperature indicator, differs in the first state and in the second state.
Vorteile ergeben sich aus der augenfälligen, auch für das unbewaffnete Auge sichtbaren Anzeige einer Schwellwert-Temperatur während des vorausgehenden Transports und/oder der Lagerung einer mit dem Temperatur-Indikator versehenen Ware. Advantages result from the obvious, visible to the unaided eye display of a threshold temperature during the previous transport and / or storage of a provided with the temperature indicator goods.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Temperatur-Indikators ist das grafische Element ausgewählt unter einem Symbol, einem Logo, einem Buchstaben einer Ziffer oder einem Code, insbesondere einem QR Code, einem DataMatrix Code, einem Aztec-Code oder einem Barcode. According to a further embodiment of the temperature indicator, the graphical element is selected from a symbol, a logo, a letter of a number or a code, in particular a QR code, a DataMatrix code, an Aztec code or a barcode.
Vorteile ergeben sich aus der hohen Informationsdichte der mit Hilfe derartiger Codes erreichbaren Markierungen. Advantages result from the high information density of the markings achievable with the help of such codes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Temperatur-Indikators ist das Polymer mit Temperaturgedächtnis ausgewählt aus der Gruppe der semikristallinen Elastomere und ist insbesondere ein Poly(ester urethan) oder ein Poly[ethylen-ran-(vinyl acetat)] Copolymer mit kristallisierbaren Segmenten aus Polyethylen. According to a further embodiment of the temperature indicator, the temperature-memory polymer is selected from the group of semicrystalline elastomers and is in particular a poly (ester urethane) or a poly [ethylene-ran- (vinyl acetate)] copolymer having crystallizable segments of polyethylene.
Ein Vorzug von Poly(ester urethanen) ist die kommerzielle Verfügbarkeit von Halbzeugen, umfassend diese Polymere. A benefit of poly (ester urethanes) is the commercial availability of semi-finished products comprising these polymers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Temperatur-Indikator vorgeschlagen, dessen oberer Temperaturschwellwert ausgewählt ist zwischen –40 °C und +40 °C, insbesondere zwischen 0 °C und +20 °C. Derartige Temperaturschwellwerte entsprechen Schwellwerten von besonderer praktischer Relevanz für den Lebensmittel-Handel. According to another embodiment, a temperature indicator is proposed whose upper temperature threshold is selected between -40 ° C and +40 ° C, in particular between 0 ° C and +20 ° C. Such temperature thresholds correspond to thresholds of particular practical relevance to the food trade.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Herstellungsverfahren für einen Temperatur-Indikator gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfasst:
(1) Einbringen eines grafischen Elements in die gefärbte Oberfläche eines Polymers mit Temperaturgedächtnis; (2) Zuschneiden eines Etiketts; (3) Festlegen einer Schalttemperatur des Polymers mit Temperaturgedächtnis, (4) Versehen des Temperatur-Indikators mit einem Befestigungsmittel. According to a further embodiment, a production method for a temperature indicator according to one of the preceding embodiments is proposed, which comprises the following steps:
(1) introducing a graphic element into the colored surface of a temperature-memory polymer; (2) cutting a label; (3) setting a switching temperature of the temperature-memory polymer, (4) providing the temperature indicator with a fastener.
Vorteile ergeben sich aus der Einfachheit des Herstellungsverfahrens und den folglich vergleichsweise geringen Kosten eines Etiketts, umfassend den Temperatur-Indikator. Advantages result from the simplicity of the manufacturing process and the consequently comparatively low cost of a label comprising the temperature indicator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Festlegen der Schalttemperatur im Herstellungsverfahren (a) ein zumindest abschnittsweises Erwärmen des Polymers mit Temperaturgedächtnis auf die Schalttemperatur; (b) ein Deformieren des Polymers mit Temperaturgedächtnis mit Hilfe eines Lasteintrages, sodass das eingebrachte grafische Element eine maschinelle Lesbarkeit verliert; (c) ein Entlasten des deformierten Polymers mit Temperaturgedächtnis unter Aufrechterhalten der Schalttemperatur; (d) ein Abkühlen des unbelasteten Polymers mit Temperaturgedächtnis auf eine Temperatur unterhalb der Schalttemperatur. According to a further embodiment, the setting of the switching temperature in the production method (a) comprises an at least partial heating of the polymer with temperature memory to the switching temperature; (b) deforming the temperature-memory polymer by means of a load application such that the applied graphic element loses machine readability; (c) relieving the deformed polymer with temperature memory while maintaining the switching temperature; (d) cooling the unloaded polymer with temperature memory to a temperature below the switching temperature.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Verfahrensschritte ist erneut die Einfachheit und folglich Robustheit des Herstellungsverfahrens. Es werden nur einfache Hilfsmittel benötigt: Beispielsweise ein Heizmittel, ggf. in Form eines umschlossenen temperierten Raumes (Kammer) und eine Spannvorrichtung. Einen wesentlichen Vorteil gegenüber bekannten Verfahren der Programmierung eines Polymers mit Temperaturgedächtnis besteht darin, dass der bei der Schalttemperatur gedehnte Indikator im belastungsfreien Zustand abgekühlt wird. Bekannte Verfahren erfordern hingegen ein Abkühlen unter andauernder mechanischer Belastung. Hiermit wird ein Prozessschritt eingespart und die Herstellung entsprechender Indikatoren wesentlich beschleunigt. Daraus ergeben sich erheblich niedrige Stück-Kosten des Etiketts, umfassend den Temperatur-Indikator. A key advantage of these process steps is again the simplicity and consequently robustness of the manufacturing process. Only simple aids are needed: For example, a heating medium, possibly in the form of an enclosed tempered space (chamber) and a clamping device. A significant advantage over known methods of programming a polymer with temperature memory is that the stretched at the switching temperature indicator is cooled in the load-free state. On the other hand, known processes require cooling under continuous mechanical stress. This saves a process step and significantly speeds up the production of corresponding indicators. This results in significantly lower unit cost of the label, including the temperature indicator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt „Einbringen des grafischen Elements“ ein Behandeln der Oberfläche des Polymers mit Temperaturgedächtnis und ist ausgewählt unter: Färben, Bedrucken (bspw. im Siebdruckverfahren) oder Beschichten; Lasergravieren; Gießen und/oder Prägen. According to a further embodiment, the step of "introducing the graphic element" comprises treating the surface of the temperature-memory polymer and is selected from: dyeing, printing (for example by screen printing) or coating; Laser engraving; Casting and / or embossing.
Vorteilhafterweise kann so eine mit hinlänglichem Kontrast maschinell lesbare Markierung, umfassend ein oder mehrere grafische Elemente erzeugt werden. Advantageously, such a machine-readable mark with sufficient contrast, comprising one or more graphic elements can be generated.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt „Programmieren“ die Belastung mit einer Zug- und/ oder Druckkraft des an einer Oberfläche zumindest abschnittsweise mit einem grafischen Element versehenen Polymers mit Temperaturgedächtnis. According to a further embodiment, the "programming" method step comprises the loading with a tensile and / or compressive force of the temperature-memory polymer provided at least in sections with a graphic element on a surface.
Verfahrenstechnische und Kosten-Vorteile ergeben sich wiederum aus der Einfachheit und Robustheit des Verfahrensschrittes. Process engineering and cost advantages in turn result from the simplicity and robustness of the process step.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt „Versehen mit einem Befestigungsmittel“ ein Aufbringen eines Klebers, ein Befestigen eines Drahtes, einer Schnur, eines Fadens, eines Kabels oder eines Bandes. According to a further embodiment, the step of "providing with a fastening means" comprises applying an adhesive, attaching a wire, a string, a thread, a cable or a band.
Vorteile ergeben sich aus der breiten Verwendbarkeit dieser Befestigungsmittel für Waren und Warengebinde unterschiedlichster Größe und Form. Advantages arise from the wide availability of these fasteners for goods and goods of different sizes and shapes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, den beschriebenen Temperatur-Indikator zu verwenden für die Überwachung von Lagerbedingungen eines verderblichen Gutes während eines Transportvorganges, umfassend ein Umladen, Umverpacken und/oder einen Wechsel eines für den Transportvorgang benutzten Transportmittels. According to a further embodiment, it is proposed to use the temperature indicator described for the monitoring of storage conditions of a perishable goods during a transport process, comprising a reloading, repackaging and / or a change of a means of transport used for the transport process.
Derartige Arbeitsschritte sind typisch für moderne Logistik-Prozesse, insbesondere im grenzüberschreitenden Warenverkehr. Typischerweise wird zumindest einmal zwischen einem Schiffstransport und einem Transport per Schiene oder Straße gewechselt. Wenn auch dabei verwendete Verpackungseinheiten, beispielsweise Container oder Lagerräume gekühlt sind, so sind durch Wartezeiten bedingte zwischenzeitliche Unterbrechungen einer Kühlkette nicht auszuschließen. Der vorgeschlagene Zeit-Temperatur-Indikator hilft, potentiell gesundheitsgefährdende Effekte auszuschließen und die Qualität eines verderblichen Gutes bis zum Endverbraucher zu sichern. Such steps are typical of modern logistics processes, especially in cross-border goods traffic. Typically, at least one change between a ship transport and a transport by rail or road. If used packaging units, such as containers or storage rooms are cooled, so are caused by waiting interim interruptions of a cold chain can not be excluded. The proposed time-temperature indicator helps to exclude potentially harmful effects and to ensure the quality of a perishable good to the end user.
Demgemäß wird weiterhin eine tiefgekühlte Ware, umfassend einen Temperatur-Indikator gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen. Accordingly, there is further proposed a frozen food comprising a temperature indicator according to any of the embodiments described above.
Vorteile derartig gekennzeichneter Waren liegen auf der Hand und wurden bereits einleitend angerissen. Advantages of such marked goods are obvious and have already been touched on.
Insbesondere wird hierzu vorgeschlagen, dass Lebensmittel, umfassend ein tierisches Protein mit Zeit-Temperatur-Indikatoren des beschriebenen Typs gekennzeichnet werden. In particular, it is proposed for this purpose that foods comprising an animal protein are labeled with time-temperature indicators of the type described.
Eiweißreiche Waren, wie Fisch, Fleisch und daraus gewonnene Lebensmittel erfordern wegen ihrer leichten Verderblichkeit eine besonders sorgfältige Überwachung. Der Temperatur-Zeit-Indikator erleichtert die zuverlässige Überwachung und das Erkennen von Unterbrechungen der Kühlketten. Protein-rich goods such as fish, meat and derived foods require extra careful monitoring because of their perishability. The temperature-time indicator facilitates reliable monitoring and detection of cold chain interruptions.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die für das automatische Erfassen der von Zeit-Temperatur-Indikatoren angezeigten Informationen angepasst ist. Die Vorrichtung umfasst typischerweise eine Transporteinheit zum Transportieren von Transporteinheiten (Waren) und eine Scanner-Einheit. Die Transporteinheit ist deshalb zum Transport der betreffenden Waren angepasst, kann beispielsweise ein Transportband, eine Laufvorrichtung oder eine Leitvorrichtung umfassen. Sie gewährleistet eine gerichtete Bewegung der mit dem Zeit-Temperatur-Indikator ausgestatteten Waren vorbei an der Scanner-Einheit. Die zumindest eine Scanner-Einheit ist so eingerichtet, dass eine von einem grafischen Element des Temperatur-Indikators auslesbare Information zuverlässig erfasst werden kann. According to a further embodiment, a device is proposed which is adapted for the automatic detection of the information displayed by time-temperature indicators. The apparatus typically comprises a transport unit for transporting transport units (goods) and a scanner unit. The transport unit is therefore adapted to transport the goods in question, may for example comprise a conveyor belt, a running device or a guide device. It ensures a directed movement of the goods equipped with the time-temperature indicator past the scanner unit. The at least one scanner unit is set up so that information readable by a graphical element of the temperature indicator can be reliably detected.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Sortiereinheit, insbesondere eine Aussondereinheit zum Aussondern solcher Stücke, die einen Temperatur-Indikator mit einem nicht lesbaren grafischen Element umfassen. Durch das Aussortieren derartiger, potentiell verdorbener Waren, auch wenn sie vom äußeren Augenschein her unverändert sind, kann die Gesundheit der Verbraucher und die Reputation des Händlers geschützt werden. Ersteres ist immer, letzteres in Zeiten hohen Wettbewerbsdruckes (vgl. diverse „Gammelfleisch“-Skandale) besonders wünschenswert. According to a further embodiment, the device comprises a sorting unit, in particular a separating unit for separating out such pieces, which comprise a temperature indicator with a non-readable graphic element. By sorting out such potentially corrupted goods, even if they are unaltered by external inspection, the health of consumers and the reputation of the merchant can be protected. The first is always, the latter in times of high competitive pressure (see various "rotten" scandals) particularly desirable.
Die beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. The described embodiments can be combined with each other as desired.
Mit den vorgeschlagenen Ausführungsformen wird ein Informationsträger in Form eines Etiketts als Zeit-Temperatur-Indikator vorgeschlagen, der ein Polymer mit Temperaturgedächtnis umfasst. Die Anpassung des Indikators an die jeweilige Schwellwerttemperatur erfolgt über eine thermo-mechanische Programmierung des Polymers mit Temperaturgedächtnis. Sie erfordert somit lediglich ein Minimum an Aufwand und ermöglicht ein Maximum an Funktionalität des Indikators. With the proposed embodiments, an information carrier in the form of a label is proposed as a time-temperature indicator comprising a polymer with temperature memory. The adaptation of the indicator to the respective threshold temperature via a thermo-mechanical programming of the polymer with temperature memory. It therefore requires only a minimum of effort and allows maximum functionality of the indicator.
Das thermo-mechanisch programmierte Polymer mit Temperaturgedächtnis vollzieht bei einer diskreten Temperatur, typischerweise innerhalb eines sehr engen Temperaturintervalls, eine signifikante und zunächst unumkehrbare Formänderung. Die sogenannte Formänderungstemperatur ist durch die zuvor bei genau dieser Schalttemperatur (die Temperatur des gewünschten Schwellwertes) vorgenommene thermo-mechanische Programmierung einstellbar. Das Überschreiten des Temperaturschwellwertes löst den Temperaturgedächtniseffekt aus und wird durch eine damit verbundene ausgeprägte Formänderung des Indikators angezeigt. Beispielsweise kann durch die Temperatur ausgelöst (getriggert) ein in die Oberfläche des Polymers mit Temperaturgedächtnis enthaltenes graphisches Element von einem nicht-lesbaren in einen lesbaren Zustand oder umgekehrt wechseln (schalten). Bereits das Überprüfen hinsichtlich einer maschinellen Lesbarkeit dieses Elements offenbart dann, ob der Indikator bzw. die mit ihm in physischer Verbindung stehende Ware über eine Grenztemperatur hinaus erwärmt wurde. Die parallele Verwendung von mehreren Indikatorelementen, die bei unterschiedlichen Temperaturschwellwerten eine Formänderung vollziehen und somit diskrete Temperaturspitzen dokumentieren können, ist praktikabel. The thermo-mechanically programmed temperature memory polymer undergoes a significant and initially irreversible shape change at a discrete temperature, typically within a very narrow temperature range. The so-called shape change temperature is by the before at exactly this switching temperature (the temperature of the desired threshold) made adjustable thermo-mechanical programming. Exceeding the temperature threshold triggers the temperature memory effect and is indicated by an associated pronounced change in the shape of the indicator. For example, the temperature triggered (triggered) can switch a graphical element contained in the surface of the temperature-memory polymer from an unreadable to a readable state, or vice versa. Already checking for machine readability of this element then reveals whether the indicator or the product physically in communication with it has been heated above a threshold temperature. The parallel use of multiple indicator elements, which can change shape at different temperature thresholds and thus document discrete temperature peaks, is feasible.
Zur Herstellung des vorgeschlagenen Zeit-Temperatur-Indikators wird aus einem Polymer mit Temperaturgedächtnis ein Informationsträger hergestellt. Dieser Informationsträger kann die Form eines mit einem Befestigungsmittel ausstattbaren Etiketts aufweisen. Das Etikett hat beispielsweise einen maschinell lesbaren digitalen Code. To produce the proposed time-temperature indicator, an information carrier is produced from a polymer with temperature memory. This information carrier may have the form of a label which can be equipped with a fastening means. For example, the tag has a machine-readable digital code.
Der Informationsträger wird auf die später gewünschte Schalttemperatur gebracht. Diese Schalttemperatur entspricht beispielsweise einer maximal zulässigen Grenztemperatur in der Kühlkette, deren Erreichen angezeigt werden soll. Bei dieser Temperatur wird das Polymer mit Temperaturgedächtnis nun mechanisch (bspw. in Zugrichtung) deformiert und – im Unterschied zu den in der Fachliteratur gängigen Programmierungsmethoden – anschließend wieder entlastet. Dem Polymer wird dadurch eine Restdehnung einprogrammiert, wodurch die Information verzerrt und maschinell nicht mehr lesbar ist. Diese temporäre Form bleibt so lange stabil wie das Polymer bei einer Temperatur aufbewahrt wird, die unterhalb der Schalttemperatur liegt. In genau diesem Zustand kommt der Informationsträger, umfassend das Polymer mit Temperaturgedächtnis als Indikator in der Kühlkette zum Einsatz. Erst wenn die eingestellte Schalttemperatur wieder überschritten wird, kommt es zu einer irreversiblen Formrückstellung, bspw. einer Dehnungsänderung. Mit dem weitestgehenden Wiederherstellen der Ausgangsform wird auch die Information wieder maschinell lesbar und zeigt damit ein Überschreiten der Grenztemperatur in der Kühlkette an. The information carrier is brought to the later desired switching temperature. This switching temperature corresponds for example to a maximum permissible limit temperature in the cold chain, the achievement of which is to be displayed. At this temperature, the temperature-memory polymer is now deformed mechanically (for example, in the pulling direction) and, unlike the programming methods customary in the specialist literature, subsequently relieved again. The polymer is thereby programmed a residual strain, whereby the information is distorted and machine readable. This temporary shape remains stable as long as the polymer is stored at a temperature below the switching temperature. In exactly this state, the information carrier, comprising the polymer with temperature memory as an indicator in the cold chain is used. Only when the set switching temperature is exceeded again, there is an irreversible shape recovery, eg. A strain change. By restoring the original shape as much as possible, the information is again readable by machine and thus indicates that the limit temperature in the cold chain has been exceeded.
So können Schalttemperaturen von Informationsträgern, die aus ein und demselben Polymer mit Temperaturgedächtnis aufgebaut sind, gemäß dem hier beschriebenen Verfahren in einem breiten Temperaturbereich zwischen –40 und 40 °C mit einer Genauigkeit von +/–2.5 °C eingestellt werden. Die thermo-mechanischen Parameter sind dabei so gewählt, dass nicht nur eine starke Formänderung bei der Schalttemperatur stattfindet, sondern zusätzlich, zum Beispiel, eine Entzerrung eines Codes. Diese Entzerrung ist so ausgeprägt, dass das entzerrte Muster maschinell ausgelesen werden kann, während das gezerrte Muster des programmierten Zeit-Temperatur-Indikators unlesbar ist. Thus, switching temperatures of information carriers, which are composed of the same polymer with temperature memory, according to the method described herein in a wide temperature range between -40 and 40 ° C with an accuracy of +/- 2.5 ° C can be set. The thermo-mechanical parameters are chosen so that not only a strong change in shape takes place at the switching temperature, but in addition, for example, an equalization of a code. This equalization is so pronounced that the equalized pattern can be machine read while the distorted pattern of the programmed time-temperature indicator is unreadable.
Gemäß einem praktischen Ausführungsbeispiel wurden Materialproben von Desmopan DP 2795A SMP (Bayer MaterialScience AG) verwendet, die als 2 mm starke spritzgegossene Platten vorlagen. Das harte Segment dieses Block-Copolymers umfasst 4,4’-methylendiphenyl diisocyanat (MDI) mit einem 1,4-butanediol (BD) Ketten-Verlängerer. Poly(1,4-butylen adipat) (PBA) mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 3500 g mol–1 stellt das Weichsegment dar. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wurden strukturverwandte PEUs untersucht, die sich vornehmlich in den MG der Schaltgewichte unterschieden (1500–10.000 g/Mol) According to a practical embodiment, samples of material from Desmopan DP 2795A SMP (Bayer MaterialScience AG) were used, which were in the form of 2 mm injection molded plates. The hard segment of this block copolymer comprises 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate (MDI) with a 1,4-butanediol (BD) chain extender. Poly (1,4-butylene adipate) (PBA) with an average molecular weight M w of 3500 g mol -1 represents the soft segment. According to further embodiments, structurally related PEUs were investigated, which differed mainly in the MW of the shift weights (1500-10.000 g / mole)
Mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) wurden Messungen mit einem EXSTAR DSC7020 (Seiko Instruments Inc., Japan) vorgenommen. Die Probenmasse betrug etwa 5 mg. Zunächst wurden die DSC-Proben auf –90 °C gekühlt und für 5 min bei dieser Temperatur gehalten. Nach einem Heizen auf 90 °C, wurde erneut auf –90 °C abgekühlt. Dabei wurden jeweils Heiz- bzw. Kühlraten von 10 °C min–1 gewählt. Differential Scanning Calorimetry (DSC) measurements were taken with an EXSTAR DSC7020 (Seiko Instruments Inc., Japan). The sample mass was about 5 mg. First, the DSC samples were cooled to -90 ° C and held at this temperature for 5 minutes. After heating to 90 ° C, was cooled again to -90 ° C. In each case heating or cooling rates of 10 ° C min -1 were chosen.
Eine dynamisch-mechanische Analyse (DMA) wurde mit einem Prüfstand Netzsch DMA 242 vorgenommen, der im Einzelbalken-Biegeversuch betrieben wurde. Hierbei wurden Materialproben einer Größe von 5 mm × 2 mm × 2 mm verwendet. Temperaturrampen von –100 auf 80 °C wurden mit einer Heizrate von 1 °C min–1 gefahren. Parallel hierzu wurden der Elastizitätsmodul E′ und der Verlust-Modul E′′ bestimmt. Da sich die DMA-Ergebnisse als äußerst empfindlich gegenüber der thermischen Vorgeschichte des PEU (z.B.: den Lagerbedingungen) erwiesen, wurden die Proben zunächst für 10 Minuten bei 60 °C getempert und bei 23 °C (50% Luftfeuchte) für mindestens eine Woche gelagert, bevor ihre visko-elastischen Eigenschaften untersucht wurden. A dynamic mechanical analysis (DMA) was performed on a Netzsch DMA 242 test rig, which was operated in a single-beam bending test. In this case, material samples of a size of 5 mm × 2 mm × 2 mm were used. Temperature ramps from -100 to 80 ° C were run at a heating rate of 1 ° C min -1 . In parallel, the elastic modulus E 'and the loss modulus E "were determined. Since the DMA results proved to be extremely sensitive to the thermal history of the PEU (eg storage conditions), the samples were first annealed for 10 minutes at 60 ° C and stored at 23 ° C (50% humidity) for at least one week before their visco-elastic properties were examined.
Thermo-mechanische Messungen (außer im Falle von Informationsträgern mit QR-Codes) wurden mit einem elektromechanischen Prüfsystem (Zwick/Roell Z005) vorgenommen, ausgestattet mit einer Thermokammer (Zwick/Roell) und einem Thermostat (Eurotherm 2261e). Prüfergebnisse wurden mit der Prüfsoftware testXpert® II (V 3.31) dokumentiert und ausgewertet. Hantelförmige Zugstäbe des Typs 5B (EN ISO 527-2: 1996) wurden aus PEU-Platten gestanzt. Proben einer Anfangsmesslänge von 10 mm wurden bei einem Spanndruck von 5 bar mit pneumatischen Prüfklemmen eingespannt. Eine 100 N Messdose wurde zur Bestimmung der Kraft verwendet. Die Spannung σ wurde durch Teilen der Kraft durch die Ausgangsquerschnittsfläche der Probe erhalten. Während der Messungen wurde der Verlauf der Dehnung ε direkt aus der Wegänderung des Querhauptes ermittelt. Thermo-mechanical measurements (except in the case of information carriers with QR codes) were made with an electromechanical test system (Zwick / Roell Z005) equipped with a Thermal chamber (Zwick / Roell) and a thermostat (Eurotherm 2261e). Test results were documented and evaluated with the test software testXpert ® II (V 3.31). Dumbbell-shaped tension rods of type 5B (EN ISO 527-2: 1996) were punched from PEU plates. Samples with an initial measuring length of 10 mm were clamped with pneumatic test clamps at a clamping pressure of 5 bar. A 100N load cell was used to determine the force. The stress σ was obtained by dividing the force by the starting cross-sectional area of the sample. During the measurements, the course of the strain ε was determined directly from the path change of the crosshead.
Zur Programmierung (Einstellung des Temperaturschwellwertes) wurde eine PEU-Probe mit einer Deformationsrate von 30 mm min–1 bis zu einem maximalen Dehnungswert εm von 100% bei einer Deformationstemperatur Td zwischen –20 °C und 40 °C verformt. Der Young’s Modulus E wurde aus dem anfänglichen Anstieg der Spannungs-Dehnungs-Kurve als Verhältnis von Spannung zu Dehnung bestimmt. In der Folge werden zwei Programmierungswege für Polymere mit Temperaturgedächtnis beschrieben. Mit Route 1 wurde ein konventioneller Programmierungsansatz verfolgt, d. h. Programmierungen entsprechend Route 1 findet man des Öfteren in der Fachliteratur. Ganz anders war die Herangehensweise bei Route 2. Hier wurde eine völlig neue Abfolge von Einzelschritten in einer neuen Programmierungsstrategie zusammengefasst. Nach 5 Minuten wurde die Probe auf die Entlastungstemperatur Tu = –20 °C gekühlt und entlastet (Route 1, Td > Tu) oder direkt (ohne abzukühlen) entlastet bei Td, bevor die Probe erneut abgekühlt wurde auf –20 °C (Route 2, Td = Tu). In beiden Fällen wurde eine Entlastungsrate von 10 % min–1 gewählt. For programming (adjustment of the temperature threshold), a PEU sample was deformed at a deformation rate of 30 mm min -1 up to a maximum strain value ε m of 100% at a deformation temperature T d between -20 ° C and 40 ° C. Young's modulus E was determined from the initial increase in the stress-strain curve as the ratio of stress to strain. In the following two programming routes for polymers with temperature memory are described. With route 1 a conventional programming approach was pursued, ie programming according to
Das Dehnungs-Fixierungsverhältnis (zu Engl.: strain fixity ratio) Rf und das Gesmatdehnungsrückstellverhältnis (zu Engl.: total strain recovery ratio Rr,tot) stellen bedeutsame Kennwerte für die Fähigkeit der Materialien zur Formfixierung und Formrückstellung dar. Sie leiten sich aus den nachfolgenden Gleichungen 1 und 2 her: The strain fixation ratio R f and the total strain recovery ratio R r, dead represent significant parameters for the ability of the materials for shape fixation and shape recovery. They are derived following
Die einprogrammierte Dehnung εu, welche die Dehnung nach dem Festlegen (Programmieren) der temporären Form beschreibt, wurde bei –20 °C bestimmt. Das thermische Ansprechverhalten wurde während des Heizens von –20 auf 80 °C sowohl lastfrei als auch unter konstant gehaltener Dehnung erfasst. Die Messungen wurden bei einheitlichen Heiz- und Kühlraten von 3, bzw. –3 °C min–1 vorgenommen. Um die Dehnungsrückstellbarkeit zu erfassen, wurde die Dehnung nach dem Auslösen des Temperaturgedächtniseffektes εp bei 80 °C aufgezeichnet. Die Schalttemperatur Tsw wurde als diejenige Temperatur definiert, bei welcher die Hälfte des Dehnungsabbaus εu – εp erreicht war. Um die Schalttemperatur Tsw präzise zu bestimmen, wurden die Tangenten der Rückstellkurven in den Dehnungs-Temperatur-Testprotokollen und die zu ihren Schnittpunkten gehörigen Temperaturen am Beginn und Ende des Aufheizvorganges als Tsw,on und Tsw,off definiert. Für Fälle in denen das Spannungsrückstellverhalten unter konstant gehaltener Dehnung gemessen wurde, wurden die Temperaturwerte bestimmt, bei denen jeweils Maxima der Rückstellspannung σmax festgestellt wurden. Diese Temperaturwerte wurden als Spannungsrückstelltemperatur Tσ,max definiert. Für eine genauere Charakterisierung wurden Tangenten an die Spannungsrückstellkurven in den Spannungs-Temperatur-Testprotokollen gelegt. Die Temperaturen, die mit den Schnittpunkten der Tangenten zu Beginn des Spannungsaufbaus und zum Ende des Spannungsabbaus übereinstimmten, wurden als on- und offset Spannungsrückstelltemperaturen Tσ,on und Tσ,off definiert. The programmed strain ε u , which describes the elongation after setting (programming) the temporary shape, was determined at -20 ° C. The thermal response was recorded during heating from -20 to 80 ° C both load-free and under constant held strain. The measurements were carried out at uniform heating and cooling rates of 3 and -3 ° C min -1 , respectively. In order to detect the stretch recoverability, the strain was recorded at 80 ° C after the triggering of the temperature memory effect ε p . The switching temperature T sw was defined as the temperature at which half of the strain reduction ε u - ε p was reached. In order to precisely determine the switching temperature T sw , the tangents of the return curves in the strain temperature test protocols and the temperatures at their intersections at the beginning and end of the heating process were defined as T sw, on and T sw, off . For cases in which the stress recovery behavior was measured under constant elongation, the temperature values were determined at which respective maxima of the restoring tension σ max were determined. These temperature values were defined as the stress recovery temperature T σ, max . For more accurate characterization, tangents were applied to the voltage recovery curves in the voltage-temperature test protocols. The temperatures that coincided with the intersections of the tangents at the beginning of the stress build-up and at the end of the stress relaxation were defined as on and offset stress recovery temperatures T σ, on and T σ, off .
Bei 80 °C wurden die Proben mit einer Rate von 10 % min–1 entlastet, bevor spannungsfrei endgültig auf 23 °C abgekühlt wurde. At 80 ° C, the samples were relieved at a rate of 10% min -1 before being finally finally cooled to 23 ° C without stress.
Zugversuche wurden bei Td = –30, –40, –50 und –60 °C aufgenommen, wobei die vorstehend genannten Deformierungs-Raten eingehalten wurden. Dabei ging es hier nicht um die Programmierung des Temperaturgedächtnis-Effekts (TGE-Programmierung), sondern um Zugversuche, aus denen die mechanischen Eigenschaften bei tieferen Temperaturen bestimmt wurden. Tensile tests were taken at T d = -30, -40, -50 and -60 ° C, with the above-mentioned rates of deformation observed. This was not about the programming of the temperature memory effect (TGE programming), but about tensile tests, from which the mechanical properties were determined at lower temperatures.
Zum Erhalt von Indikator-Proben mit oberflächlich eingebrachtem QR-Code wurden PEU-Proben oberflächlich eingefärbt und lasergraviert. Ein speziell entwickelter Prüfkörper hat die in
Die QR Codes wurden unter Verwendung einer frei über die Internetadresse „http://goQR.me“ zugänglichen Software unter Wahl des Fehlerkorrekturniveaus "M" (error correction level "M") erzeugt. Die Data Matrix Codes wurden über die von der Internet-Adresse http://www.barcode-generator.org verfügbare Software erzeugt. The QR codes were generated using a software freely accessible via the Internet address "http://goQR.me", selecting the error correction level "M" (error correction level "M"). The data matrix codes were generated via the software available from the Internet address http://www.barcode-generator.org.
Die Verformung und Rückstellung von QR-Code Trägern wurde unter Verwendung eines thermo-mechanischen Prüfstandes (MTS Insight 10) vorgenommen, der mit einer Thermokammer (Thermcraft) und einem Thermostat (Eurotherm 2404) ausgestattet war. Zunächst wurde der QR-Code Träger mit einem Klemmabstand a0 = 13.5 mm in die pneumatischen Klammern der Vorrichtung bei einem Anpressdruck von 5.6 bar eingespannt. Eine 250 N Kraftmessdose wurde zur Bestimmung der Kraft verwendet. Zur Programmierung des Temperaturgedächtniseffekts wurde der QR Code-Träger, d.h. ein Zeit-Temperatur-Indikator gemäß
Als maschinelles Lesegerät (Scanner) diente ein Samsung Galaxy S I9000 mit AndroidTM-Betriebssystem in der Version 2.3.3, das mit einem 1,4 GHz Prozessor und 5.0 Megapixel Kamera (2560×1920 Pixel) mit Autofokusfunktion ausgestattet war. Die verwendete Software war der Barcode Scanner (Version 3.6) des ZXing "zebra crossing" Teams. Diese wurde kostenfrei als Software-Anwendung ("App") aus dem Android Market™ heruntergeladen (open source). Ebenso können andere Kombinationen einer geeigneten Kamera oder eines Scanners mit angepasster Steuerungs- oder Bilderkennungssoftware zum maschinellen Lesen der Darstellung verwendet werden. As a machine scanner (scanner) was a Samsung Galaxy S I9000 with Android TM operating system version 2.3.3, which was equipped with a 1.4 GHz processor and 5.0 megapixel camera (2560 × 1920 pixels) with auto focus function. The software used was the barcode scanner (version 3.6) of the ZXing "zebra crossing" team. This was downloaded for free as a software application ("App") from the Android Market ™ (open source). Likewise, other combinations of a suitable camera or scanner with customized control or image recognition software may be used to machine-read the representation.
Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile. The accompanying drawings illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. The elements of the drawings are relative to one another and not necessarily to scale. Like reference numerals designate corresponding parts accordingly.
Insbesondere zeigt
Um den Einfluß der Programmierung auf das Temperaturgedächtnisverhalten von PEU zu erhellen, wurden zwei Szenarien untersucht. Im ersten wurde die Probe einer Zugbeanspruchung bei der Deformationstemperatur Td ausgesetzt, bevor sie unter konstant gehaltener Dehnung auf –20 °C gekühlt und dann entlastet wurde. Diese Temperatur entsprach dem DSC offset der Kristallisationstemperatur von PBA. So wurde mit Auswahl einer Td oberhalb der Entlastungstemperatur Tu (Td > Tu, Route 1) eine eher konventionelle Versuchsstrategie verfolgt [Xie T 2011 Recent advances in polymer shape memory Polymer 52 4985–5000; Kratz K, Madbouly SA, Wagermaier W and Lendlein A 2011 Temperature-Memory Polymer Networks with Crystallizable Controlling Units Adv Mater 23 4058–4062; Kratz K, Voigt U and Lendlein A 2012 Temperature-Memory Effect of Copolyesterurethanes and their Application Potential in Minimally Invasive Medical Technologies Adv Func Mater 22 3057–3065]. Im anderen Fall wurde eine uniaxiale Dehnung und Entlasten bei identischen Temperaturen (Td = Tu, Route 2) durchgeführt. Die Programmierung wurde sodann durch Kühlen der Probe auf –20 °C abgeschlossen. Unabhängig von der ausgewählten Programmierungs-Route, wurde in beiden Fällen eine maximale Zugdehnung εm von 100% bei Td aufgebracht (vgl.
Die Spannungs-Dehnungs-Kurven zeigen eindeutig den Einfluß der Elastizitätsmoduli, Young’s moduli und Streckspannungen auf Grund schrittweiser Verfestigung des Schaltsegments aus PBA beim Abkühlen auf Grund wachsender Kristallinität von PBA (die Kristallite wirken als Füllstoff) und der damit einhergehend wachsenden Dichte physikalischer Vernetzungen. Zugversuche bei –30, –40, –50 und –60 °C ergaben kontinuierlich wachsende Elastizitätsmoduli, Young’s moduli und Streckgrenzen (vgl. betreffende Kurvenverläufe in
Nach erfolgter Programmierung wurden die Proben belastungslos oder unter konstant gehaltener Dehnung auf 80 °C erwärmt (vgl.
Gemäß den thermo-mechanischen Protokollen der Route 1 setzten die Dehnungs- und Spannungsrückstellungen in den frühen Phasen des Heizens ein (
Die Erwärmung der gemäß Route 2 programmierten Proben ergab ein leicht abweichendes, aber ebenso charakteristisches Bild der Dehnungs- und Spannungsrückstellungen (vgl.
Im Unterschied zu den gemäß Route 1 programmierten Proben ist einer der bemerkenswertesten Aspekte ein Anwachsen mit Td der onset Rückstelltemperaturen Tsw,on und Tσ,on, welche den Beginn des Dehnungsabbaus und Spannungsanstieges markieren. Beide Temperaturen unterschieden sich von Td im Mittel um 7 °C bzw. 2 °C. Mit anderen Worten: es konnte eine Programmierung des onset-Temperaturgedächtnisses erreicht werden. In contrast to the samples programmed according to
Zur erleichterten Übersicht sind alle relevanten thermo-mechanischen Kennwerte in Tabelle 1 zusammengefasst. Tab. 1 For a better overview, all relevant thermo-mechanical characteristics are summarized in Table 1. Tab. 1
Wie zuvor beschrieben, wurde sowohl gemäß Route 1 als auch gemäß Route 2 eine maximale Zugdehnung εm von 100% bei der jeweils angegebenen Td aufgebracht. Jedoch können wesentlich höhere Dehnungen gemäß Route 2 in die Materialien einprogrammiert werden. Die dabei ermittelten Temperaturgedächtniseigenschaften sind in den
Die thermische Vorgeschichte der Proben (vor der Belastung) war für die Routen 1 und 2 identisch. Damit war sichergestellt, dass die Morphologie von PBA in den PEU-Proben vor der Verformung identisch war. Der wesentliche Unterschied zwischen Route 1 und Route 2 bestand darin, dass in Route 1 kein Spannungsabbau zugelassen wurde, bevor nicht die PBA-Kristallisation durch Abkühlen auf –20 °C vollständig abgeschlossen war. Während des Kühlens fiel die Spannung zunächst ab, hauptsächlich wohl auf Grund der Kristallisation von PBA, bevor es zu einem abschließenden Anstieg der Spannung kam (vgl.
Es ist wohl davon auszugehen, dass letzterer durch die eingeschränkte molekulare Beweglichkeit in amorphen Regionen des PBA auf Grund der Anwesenheit von Kristalliten verursacht ist. Eine während des Kühlens konstant gehaltene Dehnung ergab gute Dehnungsfixierungen (belegt durch Rf) und vergleichsweise höhere maximale Rückstellspannungen im darauffolgenden Aufheizen (vgl. Tab. 1). Hierbei stieg die fixierte Dehnung εu mit wachsender Td (vgl.
Ergänzend zum Aspekt der Kristallinität hier verwendeter Polymere wird auf die in situ Weitwinkelröntgendiffraktometrie (WAXS) hingewiesen. Mit dieser Methode kann das Kristallisations- und Schmelzverhalten von Schaltsegmenten untersucht werden. Aus den WAXS-Daten für die hier beschrieben PEUs wird deutlich, dass das Schaltsegment vor der Verformung in einer polymorphen Mixtur vorliegt, die sich aus einer thermo-dynamisch stabilen α-Phase (a = 6.777 Å, b = 7.905 Å, c = 14.42 Å, β = 135.6°) und einer metastabilen β-Phase (a = 5.06 Å, b = 7.35 Å, c = 14.67 Å) zusammensetzt. Im Zuge der WAXS-Untersuchungen zeigte sich, dass ein kristalliner Anteil in PEUs zwischen 10 und 20%, insbesondere zwischen 13 und 15%, den Nachweis ausgeprägter Temperaturgedächtniseigenschaften ermöglicht. In addition to the aspect of the crystallinity of polymers used here, reference is made to in situ wide-angle X-ray diffractometry (WAXS). With this method, the crystallization and melting behavior of switching segments can be investigated. From the WAXS data for the PEUs described here, it is clear that the switching segment prior to deformation is in a polymorphic mixture consisting of a thermo-dynamically stable α-phase (a = 6.777 Å, b = 7.905 Å, c = 14.42 Å, β = 135.6 °) and a metastable β-phase (a = 5.06 Å, b = 7.35 Å, c = 14.67 Å). In the course of the WAXS investigations, it was found that a crystalline fraction in PEUs between 10 and 20%, in particular between 13 and 15%, enables the detection of pronounced temperature-memory properties.
Im Grunde genommen bestimmen die Polymerketten, die bei Td in Route 2 in einem gummiartigen Zustand vorliegen, die Dehnung nach dem Entlasten. Es scheint vernünftig anzunehmen, dass kristalline Bestandteile zunehmend einer entropieelastischen Rückstellung der Proben bei niedrigen Temperaturen entgegenwirken, wodurch εu spürbar ansteigt (vgl.
Ein weitere Facette der Thermo-Responsivität stellt die Breite des beobachteten Temperaturgedächtnisüberganges dar. Gemäß Route 1 lag diese zwischen 60 und 75 °C, so dass sie sich unvorteilhafterweise über einen großen Teil des untersuchten Temperaturbereiches erstreckte. Im Gegensatz dazu wurde sie bei den gemäß Route 2 behandelten Proben mit steigenden Tds von ungefähr 70 auf 10 °C stetig kleiner (vgl.
Bemerkenswerterweise hatte die Programmierungs-Route keinen Einfluss auf die Rückstellbarkeit der Dehnung. Die Gesamtrückstellverhältnis Rr,tot lag stets zwischen 86 und 90% (vgl. Tab. 1). Jedoch waren die maximalen Rückstellspannungen in Route 1 höher, da die entropiegetriebene Rückstellung auch während der Programmierung von den PBA-Einheiten blockiert wurde, die während des Kühlens kristallisierten. Notably, the programming route had no effect on the recoverability of the strain. The total recovery ratio R r, tot was always between 86 and 90% (see Table 1). However, the maximum reset voltages in
Um die thermo-mechanischen Untersuchungen an Prüfstäben abzuschließen, wurde die Programmierungsroute 1 auf Temperaturen unterhalb des Glasübergangs von PBA ausgedehnt. Wiederum wurden dieselben Dehnungen wie zuvor aufgebracht, jedoch wurden die Proben nun auf –70 °C gekühlt, bevor sie bei konstanter Dehnung auf 80 °C erwärmt wurden (vgl.
Während der frühen Phase des Heizens bildete sich eine Druckkraft aus. Exakt zum Zeitpunkt der Annäherung an den Glasübergang war das Einsetzen einer Kontraktion feststellbar. Üblicherweise ist ein Wechsel des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von positiv zu negativ feststellbar, wenn gestreckte Elastomere unter konstanter Zugspannung auf eine Temperatur oberhalb ihres Tg erwärmt werden [Lendlein A and Kelch S 2002 Shape-Memory Polymers Angew Chem Int Ed 41 2034–2057]. Ein fortgesetztes Heizen erlaubte es wiederum, das Temperaturgedächtniseffekte nachzuweisen. Es wurde wie auch zuvor für Route 1 beobachtet, dass die maximale Rückstellspannung mit höheren Tds kleiner wurde. Das erscheint logisch, wenn man berücksichtigt, dass die Zugbelastungen mit steigender Temperatur ebenso abnahmen. In einem letzten Schritt erfolgte die Programmierung von Temperaturgedächtniseigenschaften am Beispiel von QR-Code-Trägern. Hierfür wurde Route 2 ausgewählt. Anschließend wurde die Thermoresponsivität untersucht (vgl.
Wie dargelegt, wurden Zugdehnungen ∆a/a0 von 150% (Td = 0 °C), 155% (Td = 10 °C) und 165% (Td = 20 °C) vor einer Entlastung und Kühlen auf –20 °C vorgenommen. Infolge der Programmierung konnten die QR-Code-Träger mit Dehnungen nahe 90% stabilisiert werden. Beim Heizen konnten die QR-Codes nach Bedarf von einem nicht lesbaren Zustand in einen bei 0 °C (Td = 0 °C), 10 °C (Td = 10 °C) und 20 °C (Td = 20 °C) lesbaren Zustand geschaltet werden. As stated, tensile strains Δa / a 0 of 150% (T d = 0 ° C), 155% (T d = 10 ° C) and 165% (T d = 20 ° C) were prior to relief and cooling, respectively. 20 ° C made. As a result of the programming, the QR code carriers could be stabilized with strains close to 90%. During heating, the QR codes could be changed from an unreadable state to one at 0 ° C (T d = 0 ° C), 10 ° C (T d = 10 ° C) and 20 ° C (T d = 20 ° C) readable state can be switched.
Am Auffälligsten war, dass programmierte Verformungen des QR-Codes bei vergleichbaren Dehnungen von rund 85% entzerrt werden konnten, womit die erneute Lesbarkeit einsetzte. Es ist bemerkenswert, dass die einzelnen Formen in jedem Zustand der in
Wie vorgeschlagen wird eine Überwachung, Anzeige und Kontrolle unerwünschter Temperaturüberschreitungen von Produkten erreicht, die einsatzbedingt einer durchgängigen Kühlung unterworfen sein müssen. As proposed, a monitoring, display and control of undesirable temperature exceedings of products is achieved, which must be subject to use of a continuous cooling.
Mit Hilfe des hier vorgeschlagenen Verfahrens kann ein maschinell lesbarer Code von einem temporär nicht lesbaren in einen maschinell lesbaren Zustand überführt werden. Typisch für die vorgeschlagene Lösung ist dabei die ständige und unzerstörbare Verbindung zwischen dem Polymer mit Temperaturgedächtnis und der Information, die im Gesamten die vollständige thermo-mechanische Vorbehandlung (Programmierung) durchläuft. With the aid of the method proposed here, a machine-readable code can be transferred from a temporarily unreadable to a machine-readable state. Typical of the proposed solution is the permanent and indestructible connection between the temperature-memory polymer and the information that undergoes complete complete thermo-mechanical pretreatment (programming).
Die Maschinenlesbarkeit des Codes ermöglicht außerdem eine Automatisierung und Fernüberprüfung des Zustandes in der Kühlkette, z. B. mittels eines Scanners. The machine readability of the code also enables automation and remote verification of the condition in the cold chain, e.g. B. by means of a scanner.
Zudem unterscheidet sich die Programmierung zur Einstellung der Schalttemperatur und Formänderung: Wie in der Druckschrift
Die Ergebnisse stellen eine Weiterentwicklung der Funktionalität von Informationsträgern dar. Grundsätzlich ist die Schalttemperatur eines Polymers mit Temperaturgedächtnis, insbesondere eines Informationsträgers umfassend ein solches, ein innovatives Echtheitsmerkmal. Die Kontrolle über die Funktionalität eines derartigen Etiketts erfordert einen breiten Fundus an thermo-mechanischem Funktionalisierungsrepertoire. The results represent a further development of the functionality of information carriers. Basically, the switching temperature of a polymer with temperature memory, in particular an information carrier comprising such an innovative authenticity feature. Control over the functionality of such a label requires a wide pool of thermo-mechanical functionalization repertoire.
Informationsträger mit Temperaturgedächtnis können als smarte Sensor-/Aktuator-Paare in Kühlketten zum Einsatz kommen. Dabei ist keine aufwändige Synthesevariation mehr nötig, um die gewünschte Schalttemperatur einzustellen, sondern nur eine einfache Anpassung der Programmierungsprozedur. Eine Überwachung kann mit Informationsträgern, Scan- und Decodiergeräten direkt am gekennzeichneten Produkt (Ware) erfolgen. Somit sind die Etiketten sowohl für den Produzenten als auch für Zwischenhändler und Endverbraucher als Gütesiegel zur Überprüfung der Qualität der Ware sinnvoll. Information carriers with temperature memory can be used as smart sensor / actuator pairs in cold chains. No elaborate synthesis variation is necessary to set the desired switching temperature, but only a simple adaptation of the programming procedure. Monitoring can be carried out with information carriers, scanning and decoding devices directly on the marked product (goods). Thus, the labels for both the producer and for intermediaries and end users as a seal of quality for checking the quality of the goods makes sense.
Auf eine besonders effektive Art und Weise können mit Hilfe von Scanvorgängen, die während des ohnehin erfolgenden Umschlags eine Ware erfolgen, Teile einer Kühlkette oder eine gesamte Kühlkette überwacht bzw. kontrolliert werden. In a particularly effective manner, parts of a cold chain or an entire cold chain can be monitored or controlled by means of scans that take place during the goods already being handled.
Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren. While specific embodiments have been illustrated and described herein, it is within the scope of the present invention to properly modify the illustrated embodiments without departing from the scope of the present invention. The following claims are a first, non-binding attempt to broadly define the invention.
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