DE2536773B2 - Thermographische Platte zur Messung von Temperaturverteilungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine thermographische Platte, die aus einer Trägerfolie, einer darauf aufgesprühten Schwarzschicht auf Latexbasis mit einer Gesamtdicke von weniger als 200μπι und einer Flüssigkristalle enthaldenden Schicht besteht.

Derartige Platten werden zur visuellen Darstellung von Temperaturverteilungen auf der Oberfläche von festen Körpern benutzt. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die medizinische Diagnostik. Mit thermographischen Platten bzw. Folien ist eine Identifizierung von bösartigen Tumoren, verstopften Blutgefäßen oder anderen thermischen Anomalien möglich.

Die temperaturempfindliche Schicht besteht aus einer Dispersion von Cholesterinestern in einem geeigneten Bindemittel. Cholesterinester zeigen bei einer bestimmten Temperatur charakteristische Farberscheinungen. Die Eigenschaften dieser Verbindungsklasse sind in der Literatur ausführlich beschrieben. Aus diesem Grunde soll hier nicht näher darauf eingegangen werden. Die Flüssigkristalle sind sehr empfindlich gegen Verunreinigungen und Oxydation durch Luft-Sauerstoff. Aus diesem Grunde werden die Cholesterinestertröpfchen mit einer Hülle aus Gelatine bzw. Gummiarabicum umgeben (Mikroverkapselungstechnik, siehe z. B. DTPS 16 48 266).

Die Flüssigkristallschicht wird auf eine Schwarzschicht aufgebracht. Die Schwarzschicht hat die Aufgabe, das von den Flüssigkristallen durchgelassene und das von der darunterliegenden Trägerfolie reflektierte Licht zu absorbieren. Die Flüssigkristallschicht wird also gegenüber einem schwarzen Hintergrund betrachtet. Bei zu dünner Schwarzschicht kann sich das Farbenspiel der Flüssigkristalle fast völlig verlieren. Als Trägerschicht werden im allgemeinen Thermoplast-Folien (z. B. Polyäthylenglykolterephtalat) verwendet.

Bei der medizinischen Diagnostik kommt es nun darauf an, möglichst geringe Temperaturunterschiede — oft kleiner als 0,5⁰C — mit Hilfe der thermosgraphischen Platte sichtbar zu machen. Die thermographische Platte muß also bei diesen Anwendungen die Temperaturverteilung auf der Oberfläche mit einer Auflösung von weniger als 0,5⁰C möglichst wahrheitsgetreu

ίο wiedergegen. Die Zeichnungsschärfe einer thermographischen Platte ist einerseits durch ihre Wärmeleitungseigenschaften und andererseits durch ihre optischen Eigenschaften bedingt. Die Wärmeleitungseigenschaften haben einen starken Einfluß, da die thermographisehe Platte mit ihrer unbeschichteten Folienseite auf die zu untersuchenden Körperteile aufgelegt wird. Die Wärme muß von der Hautoberfläche durch die Trägerfolie und die Schwarzschicht hindurch zur Flüssigkristallschicht diffundieren. Es ist leicht einzusehen, daß eine Wärmediffusion in seitlicher Richtung — d. h. parallel zur Schicht — zu einer Verminderung der Zeichnungsschärfe führt. In ungünstigen Fällen enthält man mehr oder weniger verschwommene Farbstrukturen, bei denen eine Lokalisierung von kleinen Anomaliebereichen nicht mehr möglich ist. Aus diesem Grunde muß die seitliche Wärmeleitung möglichst klein gehalten werden. In der DT-AS 2152 277 ist eine thermographische Platte beschrieben, bei der die Schwarzschicht einen »gitterartigen Aufbau« besitzt.

Unter dem »gitterartigen Aufbau« wird im wesentlichen eine Struktur verstanden, die optisch als eine Schicht mit statistisch schwankender Transparenz anzusehen ist. Diese Struktur soll die Wärmeleitung senkrecht zur Schicht im Vergleich zur seitlichen Wärmeleitung begünstigen. Die Herstellung dieser Schwarzschicht erfolgt durch Aufsprühen mehrerer Lagen eines schwarz eingefärbten Latex.

Die thermographische Platte gemäß DT-AS 21 52 277 hat sich in der medizinischen Diagnostik bereits bewährt. Weiterführende Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß in vielen Fällen trotzt ausreichender Zeichnungsschärfe die Bildqualität noch zu wünschen übrig läßt. Die Erklärung ist darin zu suchen, daß neben den Wärmeleitungsparametern die optischen Eigenschaften von maßgeblichem Einfluß auf die Bildqualität sind. Die optischen Eigenschaften der thermographischen Platte werden durch die farbmetrischen Größen Farbton, Sättigung und Helligkeit quantitativ bewertet.

so Ein anderer Typ einer thermographischen Platte ist in der DT-AS 2014 909 beschrieben. Die Flüssigkristallschicht wird hier unmittelbar auf eine schwarze Trägerfolie aufgebracht. Die schwarze Trägerfolie kann eine Dicke von ungefähr 15 bis 25μΐη haben. Das Schwarzpigment ist in die Folie eingelagert. Auf diese Weise lassen sich schwarze Basisfilme mit hoher optischer Dichte herstellen. Die Flüssigkristallschicht ist ebenfalls als homogene Schicht auf das Basismaterial aufgebracht. Die Dicke des Basisfilms wird deshalb so niedrig gewählt, weil die thermochrome Reaktion der Flüssigkristallschicht nicht verzögert werden soll. Es ist leicht einzusehen, daß bei einem derartigen Aufbau ein stärkerer Anteil von direkt reflektiertem Licht vorhanden ist. Die Flüssigkristallschicht und der Basisfilm

μ stellen in der Regel optische Medien mit verschiedenem Brechungsquotienten dar. An der Grenzfläche der beiden Medien tritt dann eine Reflexion auf, die sich nicht ohne weiteres unterdrücken läßt.

In der DT-OS 20 12 493 ist ferner vorgeschlagen, die Flüssigkristallschicht mit einem Schutzfilm zu überziehen. Es wird erwähnt, daß der Schutzfilm und/oder der Träger für die Flüssigkristallschicht geschwärzt sein können. Es werden jeodch keinerlei nähere Angaben über die Struktur der Schwarzschicht gemacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene thermographische Platte hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften zu verbessern. Die bisher erzielten guten thermischen Eigenschaften müssen dabei erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe einer Schwarzschicht gelöst, die keine zusammenhängende Pigmentschicht bildet, sondern aus einzelnen Inseln auf einem sonst transparenten Untergrund besteht und deren Dicke in einem Bereich von 4—18 μπι liegt.

Vorzugsweise ist die Schwarzschicht auf 4 bis 6 Latexlagen aufgebaut, von denen jede eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 3μπι aufweist.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Flüssigkristallschicht um den Faktor 2 bis 6 mal größer ist als die Dicke der Schwarzschicht.

Man konnte zunächst nicht erwarten, daß man durch eine Reduzierung der Schwarzschichtdicke eine Verbesserung der optischen Eigenschaften erreichen würde. Die Absorption und damit die Unterdrückung störender Reflexionen von der Trägerfolie her ist normalerweise umso besser, je größer die Schichtdicke der Schwarzschicht ist. Die verbesserten Eigenschaften der neuen thermographischen Platte hinsichtlich Farbton, Farbsättigung und Helligkeit sind überraschend, wenn man sich vergegenwärtigt, daß eine so dünne Schwarzschicht auf Latexbasis keine zusammenhängede Pigmentschicht mehr bildet, sondern aus einzelnen Inseln auf einem sonst transparenten Untergrund besteht. Die statistisch schwankende optische Transparenz dieser Schicht wird im Mikroskop ljei 40- bis 60facher Vergrößerung ohne weiteres sichtbar. Die guten thermischen Eigenschaften (Wärmeleitung) bleiben bestehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figur zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch den Schichtaufbau der thermographischen Platte. Der Schichtträger besteht aus einer Polyäthylenglykolterephthalat-Folie 1 mit einer Schichtdicke von 6μιτ..

Darauf befindet sich die Schwarzschicht 2, die ebenfalls eine mittlere Dicke von 6μηι aufweist. Sie besteht aus einem Copolymerisat von Methacrylsäure mit Methylester und Acrylsäureäthylester mit ca. 2 bis 3% Ruß als Schwarzpigment und ca. 2 bis 3%

ίο Siliciumdioxyd. Auf die Schwarzschicht 2 ist die Flüssigkristallschicht 3 aufgebracht. Sie besteilt aus mikroverkapselten flüssigen cholesterinischen Kristallen, die in einem Bindemittel dispergiert sind. Die Dicke der Flüssigkristallschicht beträgt hier 30μ. Die Schichtdicke der Schwarzschicht wird makroskopisch gemessen. Hierzu wurde ein Wirbelstromschichtdickenmesser mit einer Auflagefläche von einigen mm² verwendet. Die gemessene Schichtdicke stellt dann eine Art Mittelwert über diese Fläche dar.

Bei anderen Ausführungsbeispielen variiert die Dicke der Trägerfolie 1 von 5,8 bis ΙΟμίη, die Dicke der Schwarzschicht von 4 bis 12μπι und die Dicke der Flüssigkristallschicht von 20 bis 40μπι.

Die Herstellung einer solchen thermographischen Platte geht folgendermaßen vor sich

Auf die gut gereinigte Polyäthylenglykolterephthalat-Folie 1 werden mit einer Spritzpistole nacheinander bis zu 6 Latexlagen unter Zwischentrocknung aufgesprüht. Die Dicke einer Latexlage beträgt im Mittel 1 bis 3μΐτι.

Der Latex hat die oben angegebene Zusammensetzung und ist in Toluol gelöst (dispergiert). Nach dem Trocknen der Latex-Schwarzschicht 2 bringt man mit einem Ziehlineal die Flüssigkristallschicht 3 auf. Die Beschichtung mittels eines Ziehlineals ist von der Dünnschicht-Chromatographie her geläufig. Die Naßschichtdicke der Flüssigkristalle liegt bei 200-250μπι. Bei der Trocknung kann die Dicke der Flüssigkristallschicht um den Faktor 5 bis 10 schrumpfen. Die Trocknung erfolgt in üblicher Weise bei Zimmertemperatur. Eine Beschleunigung der Trocknung durch Anwendung höherer Temperaturen (30—40° C) ist jedoch ohne weiteres möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Thermographische Platte, bestehend aus einer Trägerfolie, einer darauf aufgesprühten Schwarzschicht auf Latexbasis mit einer Gesamtdicke von weniger als 200μπι und einer auf der Schwarzschicht aufgebrachten Flüssigkristallschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwarzschicht (2) keine zusammenhängende Pigmentschicht bildet, sondern aus einzelnen Inseln auf einem sonst transparenten Untergrund besteht und ihre Dicke in einem Bereich von4-18 μΐη liegt.

2. Thermographische Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwarzschicht aus 4 bis 6 Latexlagen aufgebaut ist, von denen jede eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 3 μιτι aufweist.

3. Thermographische Platte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Latex aus einem Mischpolymerisat aus Methacrylsäure-Methylester und Acrylsäureäthyleser mit Zusatz von Ruß als Schwarzpigment besteht.

4. Thermographische Platte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Flüssigkeitskristallschicht (3) um den Faktor 2 bis 6 mal größer ist als dieDicke der Schwarzschicht (2).

5. Thermographische Platte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Trägerfolie (1) zwischen 5,8 μΐη und 10 μπι, die Dicke der Schwarzschicht zwischen 4 μπι und 12 μιτι und die Dicke der Flüssigkristallschicht zwischen 20μηι und 40μπι liegt.