DE69633071T2

DE69633071T2 - Zeit-temperatur integrierender indikator

Info

Publication number: DE69633071T2
Application number: DE69633071T
Authority: DE
Inventors: P. Robert ARENS; D. Russell BIRKHOLZ; Lynn Dee JOHNSON; P. Theodore LABUZA; L. Curtis LARSON; J. David YARUSSO
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2016-03-08
Also published as: EP0879404B1; CA2213732A1; DE69633071D1; WO1996028714A1; EP0879404A1; AU5523796A; US5667303A; AU689041B2; CA2213732C; JP3763578B2; AR001180A1; JPH11502023A

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturanzeigeeinrichtung und insbesondere eine selektiv aktivierte Zeit-Temperatur-Integrierungseinrichtung zum Bereitstellen einer visuell beobachtbaren Anzeige kumulativer Wärmeexposition, wobei ein viskoelastisches Material in eine diffus lichtreflektierende, poröse Matrix mit einer Geschwindigkeit migriert, die mit der Temperatur variiert, um die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend zu ändern und dadurch die visuell beobachtbare Anzeige bereitzustellen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist wünschenswert, eine Anzeige darüber bereitzustellen, wann die Lebensdauer eines verderblichen Produkts abgelaufen ist. Zu solchen verderblichen Produkten zählen unter anderem Lebensmittel, Lebensmittelzusätze wie etwa Aspartam, biologische Materialien, Arzneien, Kosmetika, Hilfsstoffe für die Fotographie und Impfstoffe. Ein einfacher Weg, diese Anzeige bereitzustellen, besteht darin, jedes Produkt mit einem vorgeschlagenen Datum zu markieren, bis zu dem das Produkt verwendet werden sollte. Dieses Verfahren hat jedoch dadurch einen Mangel, daß die eigentliche Lebensdauer von verderblichen Produkten von der Temperaturvorgeschichte abhängig ist, der das Produkt exponiert ist, weil die Abbaugeschwindigkeit eines verderblichen Produkts üblicherweise mit der Temperatur zunimmt. Mit anderen Worten weist ein verderbliches Produkt im allgemeinen eine kürzere verbleibende Lebensdauer auf, wenn es über einen bestimmten Zeitraum einer relativ hohen Temperatur exponiert ist, als wenn es über den gleichen Zeitraum einer relativ niedrigen Temperatur exponiert ist. Allgemeiner ausgedrückt kann die Änderungsgeschwindigkeit einer bestimmten Eigenschaft oder Charakteristik eines beliebigen Materials oder Produkts mit der Temperatur zunehmen. Das Markieren eines Produkts mit einem Verfallsdatum muß deshalb auf Annahmen über die erwartete kumulative Wärmeexposition des jeweiligen Produkts basieren. Die tatsächliche Exposition kann jedoch nicht immer vorhergesagt oder gesteuert werden. Es besteht deshalb ein Bedarf an der Bereitstellung einer Anzeige der Lebensdauer eines Produkts unter Berücksichtigung der tatsächlichen kumulativen Wärmeexposition des Produkts, indem die tatsächliche Temperaturexposition über die Zeit integriert und eine visuelle Anzeige der Exposition bereitgestellt wird, die gleich einer vorbestimmten zulässigen kumulativen Wärmeexposition ist oder diese übersteigt. Ein derartiger Indikator sollte in der Lage sein, für den ganzen Bereich von Temperaturen hinweg, denen das Produkt exponiert wird, und für den ganzen Bereich von Temperaturen, bei denen es im Produkt zu einer nennenswerten Änderung kommen kann, die Temperatur über die Zeit zu integrieren.
Ein besonderes Problem ist, daß die Geschwindigkeit des Abbaus oder einer anderen Änderung bei einer gegebenen Temperatur von Produkt zu Produkt verschieden ist, wie auch die Veränderung der Abbaugeschwindigkeit mit der Temperatur. Einige Produkte zeigen eine größere Zunahme bei der Veränderungsgeschwindigkeit bei einer gegebenen Temperaturzunahme als andere Produkte. Eine nützliche Art und Weise, dies zu quantifizieren, ist unter Bezugnahme auf den Q₁₀-Wert einer Reaktion. Der Q₁₀-Wert ist eine Anzeige dessen, um wieviel schneller eine Reaktion (wie etwa eine chemische Änderung, mikrobielles Wachstum oder enzymatisches Schlechtwerden eines verderblichen Produkts) als Reaktion auf eine Temperaturerhöhung von 10°C eintritt: Q10 = (Änderungsgeschwindigkeit bei T + 10°C)/ (Änderungsgeschwindingkeit bei T)
Beispielsweise weisen die meisten verderblichen Lebensmittel, die gekühlt gelagert werden, Q₁₀-Werte auf der Basis des Schlechtwerdens durch mikrobielles Wachstum auf, die im Bereich zwischen etwa 2 und 10 liegen. Mit anderen Worten nimmt die Abbaugeschwindigkeit je nach dem jeweiligen Lebensmittel als Reaktion auf eine Temperaturerhöhung von 10°C um einen Faktor zwischen etwa 2 und 10 zu. Andere verderbliche Stoffe wie etwa Arzneien, biologische Materialien und Impfstoffe zeigen ebenfalls für jeden einzelnen Stoff verschiedene Q₁₀-Werte.
Auch die Arrheniussche Gleichung ist ein nützliches Werkzeug zum quantifizieren des Effekts der Temperatur auf viele chemische und physikalische Prozesse. Die Arrheniussche Gleichung lautet: k = k0exp(–Ea/RT)wobei k = die Geschwindigkeitskonstante bei der Temperatur T;
k₀ = der präexponentielle Faktor;
R = die Gaskonstante und
Ea = die Aktivierungsenergie ist.
Es ist möglich, Versuche mit bestimmten verderblichen Produkten durchzuführen, um die Abbaugeschwindigkeiten bei verschiedenen Temperaturen zu bestimmen, und dann die Arrheniussche Gleichung auf diese Versuche anzuwenden, um für jedes bestimmte verderbliche Produkt innerhalb eines gegebenen Temperaturbereichs eine gemessene Aktivierungsenergie (Ea) zu berechnen. Nach Beobachtung entsprechen solche Daten für viele verderbliche Produkte gut der Arrheniusschen Gleichung, wobei vorausgesetzt wird, daß Ea temperaturunabhängig ist. Wie bei dem Q₁₀-Wert variiert der jeweilige Wert von Ea mit dem jeweiligen zu überwachenden Produkt. Für eine weitere Erörterung über die Analyse und Quantifizierung des Abbaus von Lebensmitteln wird Bezug genommen auf Theodore P. Labuza, Shelf-Life Dating of Foods 41–87 (Food & Nutrition Press, Inc. 1982).
Es ist somit zu erkennen, daß ein Bedarf besteht für die Bereitstellung eines Indikators für kumulative Wärmeexposition, bei dem der Q₁₀- oder Ea-Wert der Bereitstellung einer visuellen Anzeige der kumulativen Wärmeexposition ungefähr an den Q₁₀- oder Ea-Wert der Änderung des zu überwachenden Objekts angepaßt werden kann. Die Anzeige der kumulativen Wärmeexposition kann deshalb ungefähr an den kumulativen Abbau des zu überwachenden Objekts angepaßt werden.
Es ist außerdem wünschenswert, einen Zeit-Temperatur-Indikator bereitzustellen, der einen inaktivierten Zustand aufweist, in dem er über längere Zeiträume ohne Änderung bei variierenden Temperaturen gelagert werden kann. Wenngleich es wünschenswert sein kann, den Indikator zu aktivieren, während er hergestellt wird, sollte es auch möglich sein, den Indikator selektiv vor, nach oder zum Zeitpunkt seines Befestigens an einem zu überwachenden Objekt, nachdem ein Behälter mit zu überwachendem Inhalt befüllt wurde, nach dem Öffnen eines Behälters mit zu überwachendem Inhalt oder zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt nach der Herstellung des Indikators in einen aktivierten Zustand umzuschalten. Ein derartiger Indikator, ob aktiviert oder inaktiviert, sollte durch Umweltfaktoren wie etwa Feuchtigkeit und Licht nicht negativ beenflußt werden.
Zeit- und Temperaturindikatoren, die Temperaturexposition visuell anzeigen, sind bekannt. Für eine Erörterung verschiedener Arten von Indikatoren wird Bezug genommen auf Dee Lynn Johnson, Indicating Devices, in The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 400–406 (John Wiley & Sons, 1986).
Ein Zeit-Temperatur-Indikator, der auf der Basis von Diffusionseigenschaften arbeitet und eine visuelle Anzeige mit Hilfe einer chemischen Reaktion liefert, ist aus dem an Patel erteilten US-Patent Nr. 5,053,339 mit dem Titel „Color Changing Device for Monitoring Shelf-Life of a Perishable Product" (das 339er Patent) bekannt. Das 339er Patent offenbart eine Farbänderungseinrichtung zum Überwachen der Zeit-Temperatur-Vorgeschichte von verderblichen Produkten, die ein Aktivatorband und ein anzeigendes Band enthält. Das Aktivatorband enthält eine Aktivatorzusammensetzungsmatrix, die eine aktivierende Zusammensetzung wie etwa eine organische Säure enthält. Das anzeigende Band enthält eine anzeigende Zusammensetzungsmatrix, die eine anzeigende Zusammensetzung wie etwa einen Farbstoffindikator auf Säurebasis enthält. Bei einer oder beiden der Matrizen handelt es sich um einen Haftklebstoff. Der Indikator erzeugt eine Farbänderung, wenn die aktivierende Zusammensetzung aus der Aktivatormatrix ausdiffundiert und in die Indikatormatrix hineindiffundiert, und reagiert chemisch mit der anzeigenden Zusammensetzung in der anzeigenden Matrix. Die Farbe wird mit der Zeit und der Temperatur intensiver, wenn mehr Aktivatorzusammensetzung in die Indikatormatrix diffundiert und reagiert. Zusammenfassung, Zeilen 1–17. Weil der aus dem 339er Patent bekannte Indikator eine auf dem pH-Wert basierende Farbänderung erzeugt, ist seine Funktionsweise für Änderungen bei der Umgebungsfeuchtigkeit anfällig.
Eine andere Art von Indikator ist aus dem an Manske erteilten US-Patent Nr. 3,954,011 mit dem Titel „Selected Time Interval Indicating Device" (das 011er Patent). Das 011er Patent offenbart einen Indikator, der ein poröses fluidtragendes Kissen, ein Imprägniermittelmaterial, ein Dochtmaterial für das Imprägniermittel und ein Indikatormittel enthält, wodurch der Fortschritt des Imprägniermittels von dem porösen tragenden Kissen entlang dem Dochtmaterial sichtbar angezeigt werden kann und zum Messen des Ablaufs von Zeit, der Exposition einer gegebenen Mindesttemperatur oder einer Zeit-Temperatur-Beziehung verwendet werden kann. Zusammenfassung, Zeilen 1–9. Wenn das Imprägniermittel so gewählt wird, daß es sich bei der beabsichtigten Lagerungstemperatur in einem flüssigen Zustand befindet, zeigt der Indikator den Ablauf eines Zeitintervalls an, wenn die Flüssigkeit entlang des Dochts voranschreitet. Spalte 5, Zeilen 12–21. Das Imprägniermittel kann statt dessen so gewählt werden, daß es bei gewünschten Lagerungstemperaturen, bei denen gefrorene Lebensmittel gespeichert werden, fest ist und bei Temperaturen, bei denen das Lebensmittel auftaut, flüssig wird. Das Imprägniermittel bleibt fest, wenn der Indikator die gewünschte Lagerungstemperatur hat. Das Imprägniermittel schmilzt zu einem tränkenden Zustand und breitet sich dann entlang des Dochtes aus, während sich der Indikator über der vorbestimmten Temperatur befindet, wodurch der Ablauf von Zeit über der vorbestimmten Temperatur angezeigt wird. Spalte 5, Zeilen 22–44. Mehrere Imprägniermittelmaterialien mit variierenden Gefrierpunkten, die jeweils ihren eigenen Saugweg aufweisen, können dazu verwendet werden, die Zeit der Exposition mit diskreten vorbestimmten Temperaturbereichen anzuzeigen. Spalte 5, Zeile 45 bis Spalte 6, Zeile 5. Ein derartiger Indikator kann jedoch nicht das Verstreichen von Zeit unter der Schmelztemperatur des Imprägniermittels aufzeichnen.
Ein weiterer Indikator ist aus dem an Arens erteilten US-Patent Nr. 4,428,321 mit dem Titel „Thermally-Activated Time-Temperature Indicator" (das 321er Patent). Das 321er Patent offenbart eine Einrichtung, die eine visuelle Anzeige liefert, daß eine zulässige Zeit innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs überschritten worden ist. Spalte 2, Zeilen 9–12. Die Einrichtung enthält eine undurchsichtige mikroporöse Folie mit einer gefärbten Lage auf ihrer Rückseite und einer auf ihre Vorderseite gebundenen transparenten schmelzbaren Beschichtung. Die schmelzbare Beschichtung ist eine feste Lösung aus einem in einem kristallisierbaren Lösungsmittel wie etwa Wachs gelösten amorphen kautschukartigen Polymer. Das Lösungsmittel weist einen Schmelzpunkt unter dem unteren Ende des vorbestimmten Temperaturbereichs auf, und das Polymer weist eine Glasübergangstemperatur unter dem unteren Ende des vorbestimmten Temperaturbereichs auf. Die feste Lösung dringt nicht nennenswert in die mikroporöse Beschichtung ein. Spalte 2, Zeilen 20–37. Unter der Schmelztemperatur des Lösungsmittels ist die Zusammensetzung ein nicht eindringender Festkörper. Wenn der Indikator auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, schmilzt das feste Wachslösungsmittel und löst das kautschukartige Polymer, was zu einem flüssigen durchdringenden Zustand führt, der langsam die mikroporöse Schicht durchdringt. Spalte 2, Zeilen 59–64; Spalte 3, Zeilen 23–28. Da der Brechungsindex der Zusammensetzung aus Polymer und Wachs im wesentlichen gleich dem der festen Komponente der mikroporösen Schicht ist, wird die mikroporöse Schicht allmählich transparent. Spalte 2, Zeilen 64–67. Der aus dem 321er Patent bekannte Indikator kann keine kumulative Wärmeexposition unter dem Schmelzpunkt der Wachslösungsmittelkomponente der Beschichtung anzeigen. Außerdem schlägt das 321er Patent weder das Anwenden der schmelzbaren Beschichtung auf eine Unterlage zum späteren Anbringen an der porösen Beschichtung noch irgendein anderes Mittel vor, um die schmelzbare Beschichtung selektiv außer Kontakt mit der mikroporösen Beschichtung zu halten. Der Indikator des 321er Patents muß deshalb vor seiner Verwendung unter der Schmelztemperatur des Wachses gelagert werden.
Es wird jedoch nicht vorgeschlagen, eine Zeit-Temperatur-integrierende Einrichtung bereitzustellen, um eine visuell beobachtbare Anzeige kumulativer Wärmeexposition zu liefern, bei der ein viskoelastisches Material mit einer sich mit der Temperatur ändernden Geschwindigkeit in eine diffus lichtreflektierende, poröse Matrix migriert, und die selektiv aus einem inaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand über einen großen Temperaturbereich umgeschaltet werden kann.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Unter einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zeit- und Temperaturintegrierungseinrichtung zum Bereitstellen einer visuell beobachtbaren Anzeige kumulativer Wärmeexposition bereitgestellt, wobei die Einrichtung folgendes umfaßt:

a) eine diffus lichtreflektierende, poröse Matrix, wobei die poröse Matrix eine exponierte Oberfläche enthält;
b) eine erste Unterlage, die eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche umfaßt, wobei die erste Oberfläche der Unterlage ein darauf angeordnetes, viskoelastisches Material enthält und wobei das viskoelastische Material gegenüber der Unterlage eine exponierte Oberfläche enthält; und
c) Betätigungsmittel zum selektiven Umschalten der Einrichtung aus einem inaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand; wobei das viskoelastische Material sich im wesentlichen außer Kontakt mit der porösen Matrix befindet, wenn sich die Einrichtung in dem inaktivierten Zustand befindet; wobei das Betätigungsmittel, wenn sich die Einrichtung in dem aktivierten Zustand befindet, die exponierte Oberfläche des viskoelastischen Materials und die exponierte Oberfläche der porösen Matrix in wesentlichem Kontakt miteinander hält, derart daß das viskoelastische Material mit einer mit der Temperatur steigenden Geschwindigkeit fortschreitend in die poröse Matrix migriert; und wobei die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend ändert, um eine visuell beobachtbare Anzeige einer kumulativen Wärmeexposition bereitzustellen.

Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung reduziert die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend, um die visuell beobachtbare Anzeige kumulativer Wärmeexposition bereitzustellen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das viskoelastische Material einen Haftklebstoff.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verbindet sich der Haftklebstoff als Reaktion auf die Ineingriffnahme des Betätigungsmittels mit der porösen Matrix.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die visuell beobachtbare Anzeige latente Angaben, wobei die latenten Angaben nicht visuell beobachtet werden können, wenn sich der Indikator in seinem inaktivierten Zustand befindet, und wobei die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix derart ausreichend erhöht, daß die latenten Angaben visuell beobachtbar werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die visuell beobachtbare Anzeige verdunkelbare Angaben, wobei die zweite Oberfläche des Substrats eine Farbe und optische Dichte umfaßt, die der Farbe und optischen Dichte der verdunkelbaren Angaben ausreichend ähnlich sind, daß die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix ausreichend erhöht, daß die zweite Oberfläche des Substrats durch die poröse Matrix hindurch fortschreitend sichtbar wird und dadurch der Kontrast zwischen den verdunkelbaren Angaben und dem Substrat fortschreitend reduziert wird, um dadurch die verdunkelbaren Angaben zu verdunkeln.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das viskoelastische Material (38) eine effektive Aktivierungsenergie auf, die derart gewählt ist, daß die Einrichtung eine vorbestimmte zulässige kumulative Wärmeexposition anzeigt.
Die Aktivierungsenergie beträgt bevorzugt zwischen 8–40 kcal pro Mol. Besonders bevorzugt liegt die Aktivierungsenergie zwischen 12–30 kcal pro Mol. Die Aktivierungsenergie kann mindestens 30 kcal pro Mol betragen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren bereit zum Bereitstellen einer visuell beobachtbaren Anzeige der kumulativen Wärmeexposition, mit den folgenden Schritten: a) Auftragen einer viskoelastischen Flüssigkeit auf eine exponierte Oberfläche einer diffus lichtreflektierenden, porösen Matrix; wobei die viskoelastische Flüssigkeit mit einer mit der Temperatur zunehmenden Geschwindigkeit fortschreitend in die poröse Matrix migriert; b) Exponieren der viskoelastischen Flüssigkeit einem Zeit- und Temperaturprofil; und c) Migrieren der viskoelastischen Flüssigkeit in die poröse Matrix als Reaktion auf das Zeit- und Temperaturprofil, um dadurch die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix zu ändern, um eine visuell beobachtbare Anzeige der kumulativen Wärmeexposition bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das zusätzlich die folgenden Schritte enthält: a) Anbringen eines ersten Substrats an dem Objekt, wobei das Substrat eine erste Seite und eine zweite Seite umfaßt, wobei die zweite Seite eine diffus lichtreflektierende, poröse Matrix enthält; b) Anlegen einer ersten Oberfläche einer ersten Unterlage gegen die poröse Matrix, wobei die erste Oberfläche der Unterlage ein darauf angeordnetes viskoelastisches Material enthält; wobei das viskoelastische Material mit einer Geschwindigkeit, die mit zunehmender Temperatur zunimmt, fortschreitend in die poröse Matrix migriert; und wobei die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend ändert, um die visuell beobachtbare Anzeige bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das die folgenden zusätzlichen Schritte umfaßt: a) Ausbilden einer Öffnung in einem allgemein planaren Abstandshalter, wobei der Abstandshalter eine Oberseite und eine Unterseite umfaßt; b) Auftragen eines Klebstoffs zumindest auf die Bodenseite des Abstandshalters; c) Ankleben eines ersten Substrats an die Bodenseite des Abstandshalters, so daß es zumindest teilweise über der Öffnung liegt, wobei das erste Substrat eine über der Öffnung liegende diffus lichtreflektierende, poröse Matrix umfaßt; und d) Anbringen einer ersten Oberfläche einer ersten Unterlage an dem Abstandshalter, so daß sie zumindest teilweise über der Öffnung und der porösen Matrix liegt, wobei die erste Unterlage ein viskoelastisches Material umfaßt, das über der Öffnung liegt; wobei durch Aktivieren des Indikators durch Kontaktieren des viskoelastischen Materials und der porösen Matrix miteinander durch die Öffnung das viskoelastische Material mit einer Geschwindigkeit, die mit zunehmender Temperatur zunimmt, fortschreitend in die poröse Matrix migriert; wobei die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend ändert, um die visuell beobachtbare Anzeige bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren weiter erläutert, wobei in den mehreren Ansichten auf eine gleiche Struktur mit gleichen Zahlen Bezug genommen wird. Es zeigen:
1A eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Zeit-Temperatur-Integrierungsindikators in seinem inaktivierten Zustand;
1B eine Querschnittsansicht des Indikators von 1A in seinem aktivierten Zustand;
2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Zeit-Temperatur-Integrierungsindikators;
3A eine Querschnittsansicht des Indikators von 2 in seinem inaktivierten Zustand entlang der Linie 3A-3A;
3B eine Ansicht des Indikators von 3A in seinem aktivierten Zustand;
4 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Zeit-Temperatur-Integrierungsindikators;
5A eine Querschnittsansicht des Indikators von 4 in seinem inaktivierten Zustand entlang der Linie 5A-5A;
5B eine Ansicht des Indikators von 5A in seinem aktivierten Zustand;
6A eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Zeit-Temperatur-Integrierungsindikators in seinem inaktivierten Zustand in Kombination mit einem Behälter mit einem Körper und einer Kappe;
6B eine Ansicht des Indikators von 6A in seinem aktivierten Zustand;
7A eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Zeit-Temperatur-Integrierungsindikators in seinem inaktivierten Zustand;
7B eine Ansicht des Indikators von 7A in seinem aktivierten Zustand;
8A eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Zeit-Temperatur-Integrierungsindikators in seinem inaktivierten Zustand;
8B eine Ansicht des Indikators von 8A in seinem aktivierten Zustand;
8C eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Zeit-Temperatur-Integrierungsindikators in seinem inaktivierten Zustand;
8D eine Ansicht des Indikators von 8C in seinem aktivierten Zustand;
9A eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Zeit-Temperatur-Integrierungsindikators in seinem inaktivierten Zustand;
9B eine Ansicht des Indikators von 9A in seinem aktivierten Zustand;
10 eine Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Indikators gemäß der vorliegenden Erfindung;
11A eine Querschnittsansicht des Indikators von 9 in seinem inaktivierten Zustand;
11B eine Ansicht des Indikators von 10A in seinem aktivierten Zustand;
12 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Indikators gemäß der vorliegenden Erfindung;
13A eine isometrische Ansicht eines inaktivierten ersten Laminatabschnitts des Indikators gemäß der vorliegenden Erfindung mit latenten Angaben, die noch nicht visuell beobachtet werden können;
13B eine isometrische Ansicht wie 13A mit dem zweiten Laminatabschnitt der vorliegenden Erfindung, die die latenten Angaben zeigt, die visuell beobachtbar geworden sind;
13C eine Querschnittsansicht des Indikators von 13B entlang der Linie 13C-13C.
14A eine Draufsicht auf einen Indikator mit verdunkelbaren Angaben;
14B eine Ansicht des Indikators von 14A, bei dem die verdunkelbaren Angaben verdunkelt worden sind;
14C eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Indikators von 14B;
15A eine Draufsicht auf einen Indikator, der verdunkelbare Angaben und latente Angaben umfaßt, bei dem die verdunkelbaren Angaben noch visuell beobachtet werden können und die latenten Angaben noch nicht visuell beobachtet werden können;
15B eine Draufsicht auf den Indikator von 15A, bei dem die latenten Angaben visuell beobachtbar geworden sind und die verdunkelbaren Angaben verdunkelt worden sind;
16A eine Draufsicht auf einen Indikator gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem latenten Bild und einem Vergleichsbild;
16B eine Draufsicht auf den Indikator von 16A, bei dem das latente Bild visuell beobachtbar geworden ist;
17 eine Schemaansicht einer ersten Vorrichtung zur Bereitstellung eines Indikators gemäß der vorliegenden Erfindung;
18 eine Schemaansicht einer zweiten Vorrichtung zum Bereitstellen eines Indikators gemäß der vorliegenden Erfindung;
19 eine isometrische Ansicht eines Streifens aus Indikatoren gemäß der vorliegenden Erfindung;
20 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform des Indikators von 4;
21 eine Querschnittsansicht des Indikators von 20 in seinem inaktivierten Zustand entlang der Linie 21-21;
22 eine Draufsicht auf eine weitere alternative Ausführungsform des Indikators von 4;
23 eine Querschnittsansicht des Indikators von 22, der teilweise aktiviert worden ist, entlang der Linie 23-23;
24 eine Draufsicht auf den ersten Laminatteil eines Indikators gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer alternativen Ausführungsform eines latenten Bilds und eines Vergleichsbilds;
25 eine Draufsicht auf den zweiten Laminatteil eines Indikators gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer alternativen Ausführungsform eines latenten Bilds und eines Vergleichsbilds; und
26 eine Querschnittsansicht des Indikators der 24 und 25 in seinem aktivierten Zustand.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In den 1A und 1B ist eine erste Ausführungsform einer Zeit-Temperatur-Anzeigeeinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Indikator enthält ein erstes Laminat 12 und ein zweites Laminat 30, die außer Kontakt miteinander sind, wenn sich der Indikator 10 in einem inaktivierten Zustand befindet, wie in 1A dargestellt.
Das erste Laminat 12 enthält ein allgemein planares Substrat 14 mit einer ersten Seite 16 und einer zweiten Seite 18. Eine poröse Matrix 20 ist auf der zweiten Seite 18 des Substrats vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die poröse Matrix mehrere Teilchen 24, die durch ein Bindemittel 25 auf offenporige Art zusammengehalten werden. Die poröse Matrix 20 enthält eine exponierte Oberfläche 22 gegenüber der zweiten Seite 18 des Substrats. Das erste Laminat 12 enthält wahlweise ein Mittel zum Befestigen des Indikators 10 an einem Objekt 11, dessen kumulative Wärmeexposition angezeigt werden soll. Ein mögliches Befestigungsmittel ist als eine auf der ersten Seite 16 des Substrats bereitgestellte Klebstoffschicht 26 und ein entfernbar an der Klebstoffschicht haftendes Trägermaterial 28 dargestellt. Die Klebstoffschicht 26 kann beispielsweise ein Haftklebstoff sein, wie in der Technik bekannt ist. Der Indikator der vorliegenden Erfindung kann statt dessen durch beliebige andere geeignete Mittel an dem zu überwachenden Objekt angebracht werden. Das direkte Anbringen des Indikators an dem zu überwachenden Objekt 11 stellt sicher, daß der Indikator der gleichen Zeit-Temperatur-Vorgeschichte exponiert wird wie das zu überwachende Objekt. Viele andere Abwandlungen werden in Betracht gezogen. Wenn der Indikator die kumulative Wärmeexposition eines Objekts überwachen soll, dann ist der Indikator bevorzugt operativ thermisch mit dem Objekt verbunden oder ist der gleichen Temperaturvorgeschichte wie das Objekt ausgesetzt.
Die poröse Matrix 20 am Substrat 14 kann eine beliebige geeignete mikroporöse, diffus Licht reflektierende Schicht sein, die zunehmend durchscheinend oder transparent gemacht werden kann, indem ihre Hohlräume mit einem Material mit einem Brechungsindex gefüllt werden, der dem der Matrix nahe liegt. Die poröse Matrix ist bevorzugt undurchsichtig oder fast undurchsichtig, bevor ihre Hohlräume mit einem entsprechenden transparentmachenden Material gefüllt werden. Zu bekannten mikroporösen Schichten zählen unter anderem Vliessubstrate, mikroporöse Polymerfilme und jene undurchsichtigen mikroporösen Schichten, die in den US-Patenten Nr. 2,299,991; 3,031,328 und 3,508,344 gezeigt sind. Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind das Substrat 14 und die poröse Matrix 20 des ersten Laminats 12 bevorzugt mit den Lehren des US-Patents Nr. 4,299,880 mit dem Titel „Demand and Timed Renewing Imaging Media" (Arens) hergestellt.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform kann das Substrat 14 beispielsweise Klassen von Materialien umfassen, wie etwa Polymerfilme, Papier und Metallfolien, einschließlich unter anderem acrylbeschichtetes Aluminium, Glas, Cellulose, Celluloseester, Polycarbonat, Nylon, PETG, Pergamin, fettdichtes Papier, biaxial orientiertes Polypropylen oder biaxial orientiertes Polyethylenterephthalat. Ein bevorzugtes Substrat 14 umfaßt ein 40-Pfund-Kraftpapiersubstrat, das mit einer beliebigen geeigneten Farbe und Farbdichte bedruckt oder beschichtet ist, die für die jeweilige Anwendung gewählt ist, laminiert auf eine Polyethylenfilmunterlage. Ein zweites Papier ist bevorzugt auf die zweite Seite des Polyethylenfilms laminiert, um zu helfen, während der Verarbeitung ein flaches Substrat 14 beizubehalten. Für mehrere Anwendungen hat sich ein schwarzes Substrat als vorteilhaft herausgestellt, einschließlich dort, wo die visuell beobachtbare Anzeige einen laserlesbaren UPC-Strichcode umfaßt.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform umfaßt die poröse Matrix 20 mehrere Teilchen 24 in einem Bindemittel 25. Die Teilchen 24 können beispielsweise Aluminiumoxid, hydratisiertes Aluminiumoxid, Glas, Siliciumoxid, silanbehandeltes Siliciumoxid, Siliciumdioxid, Reisstärke, Titandioxid, Zinkoxid, Calciumfluorid oder Calciumcarbonat umfassen. Zu bevorzugten Teilchen zählen Calciumcarbonat, Siliciumdioxid und Calciumfluorid. Der Durchmesser der Teilchen kann im Bereich zwischen 0,01 und 750 Mikrometern liegen, bevorzugt im Bereich zwischen etwa 0,5 und 40 Mikrometern und besonders bevorzugt bei etwa 8 Mikrometern.
Das Bindemittel 25 der ersten bevorzugten Ausführungsform kann ein polymeres Bindemittel umfassen, beispielsweise unter anderem Acryl, Epoxid, Polyurethan und wärmehärtbares Alkyd. Ein bevorzugtes Bindemittel umfaßt ein gehärtetes Acrylharz. Um das Vorliegen von Mikrohohlräumen in der Schicht sicherzustellen, ist das Mengenverhältnis Bindemittel zu Teilchen so gewählt, daß die Teilchen in einer pseudogesinterten Nebeneinanderanordnung gehalten werden. Diesen Effekt erzielt man durch ein Mengenverhältnis Bindemittel zu Teilchen im Bereich zwischen etwa 1 : 20 und 2 : 3, bevorzugt etwa 1 : 5 und 1 : 2. Allgemein wird ein relativ niedriges Mengenverhältnis Bindemittel zu Teilchen verwendet, wenn die meisten der Teilchen eine relativ große Größe aufweisen; entsprechend wird ein relativ hohes Verhältnis verwendet, wenn die meisten der Teilchen eine relativ geringe Größe aufweisen.
Die Teilchen 24 sollten einen Brechungsindex aufweisen, der bevorzugt im Bereich zwischen etwa 1,3 und 2,2 liegt, besonders bevorzugt im Bereich zwischen etwa 1,4 und 1,8 und noch mehr bevorzugt einen einzigen Brechungsindex von etwa 1,5 aufweisen. Das Bindemittel 25 weist bevorzugt einen Brechungsindex im gleichen Bereich wie die Teilchen 24 auf, beispielsweise innerhalb von 0,4 des Brechungsindexes der Teilchen und besonders bevorzugt im wesentlichen den gleichen wie die Teilchen 24.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der porösen Matrix 20 umfaßt einen mikroporösen Polymerfilm. Zu geeigneten Filmen zählen der mikroporöse Film Teslin^TM (erhältlich von der Firma PPG Industries, Inc.), und der mikroporöse teilchengefüllte Teflon-Film Empore^TM (erhältlich von der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, USA). Zu bevorzugten mikroporösen Filmen zählen die im US-Patent Nr. 4,539,256 „Microporous Sheet Material, Method of Making and Articles Made Therewith" (Shipman) beschriebenen. Besonders bevorzugt werden die in den Beispielen 23 und 24 von Shipman beschriebenen mikroporösen Polyethylenfilme, die gewaschen worden sind, um etwaige Öle zu entfernen, die vom Herstellungsprozeß noch vorliegen können. Der mikroporöse Film wird zur zweckmäßigen Befestigung am Objekt 11 bevorzugt am Substrat 14 wie oben beschrieben laminiert, obwohl der mikroporöse Film ohne das Substrat 14 verwendet werden kann.
Das zweite Laminat 30 enthält eine allgemein planare lichtdurchlässige Unterlage 32 mit einer ersten Oberfläche 34 und einer zweiten Oberfläche 36. Unter lichtdurchlässig wird verstanden, daß die Unterlage 32 ausreichend lichtdurchlässig oder durchscheinend ist, damit eine Benutzer des Indikators 10 die Anzeige der kumulativen Wärmeexposition visuell durch die Unterlage 32 beobachten kann. Die Unterlage 32 kann bevorzugt durchscheinend, transparent oder fast transparent sein. Eine Schicht aus lichtdurchlässigem viskoelastischem Material 38 ist auf der ersten Oberfläche 34 der Unterlage 32 vorgesehen. Die erste Oberfläche 34 kann behandelt werden, um die Haftung des viskoelastischen Materials 38 zu verbessern, wobei solche Behandlungen in der Technik bekannt sind und beispielsweise Coronaentladungsbehandlung umfassen können, wenn das viskoelastische Material 38 einen Haftklebstoff umfaßt. Die Schicht aus viskoelastischem Material 38 weist gegenüber der ersten Oberfläche 34 der Unterlage eine exponierte Oberfläche 40 auf. Das zweite Laminat 30 kann wahlweise eine zweite lichtdurchlässige Unterlage 42 mit einer ersten Oberfläche 44 und einer zweiten Oberfläche 46 enthalten. Die zweite Unterlage 42 ist auf der zweiten Oberfläche 36 der ersten Unterlage mit Hilfe eines Haftklebstoffs oder thermischer Laminierung mit einem wärmeaktivierten Klebstoff (als Beispiel) vorgesehen. Die erste Unterlage 32 oder gegebenenfalls die zweite Unterlage 42 können eine Trennbeschichtung auf ihrer exponierten Oberfläche aufweisen, damit das zweite Laminat 30 ohne eine Trennlage auf sich selbst aufgewickelt werden kann, so daß die exponierte Oberfläche 40 auf der Trennbeschichtung auf der exponierten Oberfläche der Unterlage ruht. Bevorzugte Arten von Trennbeschichtungen sind die siloxan- und acrylatbasierten Verbindungen, die aus dem US-Patent Nr. 4,973,513 an Riedel bekannt sind, und das wasserunlösliche hydrophobe Urethan-(Carbamat-)Copolymer aus Polyvinylalkohol und Octadecylisocyanat, das aus dem US-Patent Nr. 2,532,011 an Dahlquist et al. bekannt ist, beide Patente sind an die Firma Minnesota Mining and Manufacturing Company of St. Paul, Minnesota, USA, übertragen.
Die erste lichtdurchlässige Unterlage 32 kann ein beliebiges geeignetes Substrat wie etwa Glas, Cellophan oder Film umfassen und umfaßt bevorzugt einen Polymerfilm, beispielsweise einen transparenten Film aus biaxial orientiertem Polyethylenterephthalat oder biaxial orientiertem Polypropylen. Die Unterlage 32 kann einen weicheren Film wie etwa Polyethylen niederer Dichte umfassen, wenn Flexibilität oder Anpassung an eine Kontur erwünscht ist. Die Unterlage kann eine beliebige geeignete Dicke aufweisen, und Dicken zwischen 12,7 und 50,8 Mikrometern (0,0005 und 0,002 Inch) haben sich als nützlich herausgestellt, obwohl dickere oder dünnere Unterlagen verwendet werden können. Die fakultative zweite Unterlage 42 kann jedes geeignete Material und jeden geeigneten Aufbau umfassen, einschließlich beliebiger derjenigen, die unter Bezug auf die erste Unterlage beschrieben sind.
Die lichtdurchlässigen Unterlagen können behandelt werden, um die Beschichtung des Klebstoffs und/oder der Trennbeschichtung zu verbessern. Zu Behandlungen zählen solche, die in der Industrie üblich sind, einschließlich chemischer Grundierung, Flammenbehandlung und Coronabehandlung. Die Coronabehandlung ist besonders geeignet, da sie die Haftung der Beschichtung an der Unterlage erhöhen kann, und kommerzielles Gerät für die Coronabehandlung ist ohne weiteres erhältlich.
Der Indikator 10 ist in 1B in seinem aktivierten Zustand dargestellt. Zur Aktivierung des Indikators 10 werden die exponierte Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials 38 und die exponierte Oberfläche 22 der porösen Matrix 20 in Kontakt miteinander gebracht und in Kontakt gehalten. Unter Bezug auf die exponierte Oberfläche 22 und die exponierte Oberfläche 44 wird der Ausdruck „exponiert" hier mit der Bedeutung verwendet, daß die exponierten Oberflächen 22 und 40 in operativen Kontakt miteinander kommen können, wenn sich der Indikator in seinem aktivierten Zustand befindet. Die exponierten Oberflächen 22 und 40 können jedoch bedeckt sein oder auch nicht, wenn sich der Indikator in seinem inaktivierten Zustand befindet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das viskoelastische Material 38 einen Haftklebstoff, der dadurch das viskoelastische Material 38 und die poröse Matrix 20 in Kontakt miteinander hält. Es ist auch möglich, eine zweite Unterlage 42, die größer ist als die erste Unterlage 32, zu verwenden, die einen Klebstoff umfaßt, um das zweite Laminat 30 an das erste Laminat 12 und/oder an das Objekt 11 zu kleben, wodurch das viskoelastische Material 38 und die poröse Matrix 20 in Kontakt miteinander gehalten werden. Die zweite Unterlage 42 kann ein Etikett umfassen, das an einem Objekt 11 wie etwa einem Behälter so angebracht wird, daß der Indikator 10 zwischen der Außenfläche des Behälters und der ersten Oberfläche 44 der Unterlage 42 befestigt ist. Die zweite Unterlage 42 kann eine Öffnung 43 dorthindurch von entsprechender Größe und Konfiguration enthalten, damit ein Benutzer den Indikator 10 durch die Unterlage 42 sehen kann, wenn die Unterlage 42 undurchsichtig ist, wie dies der Fall sein kann, wenn die Unterlage 42 beispielsweise ein Papieretikett umfaßt.
Wenn sich der Indikator 10 in seinem aktivierten Zustand befindet, migriert das viskoelastische Material in die poröse Matrix. Es wird angenommen, ohne durch irgendeine bestimmte Theorie begrenzt sein zu wollen, daß die Kapillarwirkung der Primärmechanismus sein kann, der die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix verursacht. Andere Faktoren jedoch, wie etwa die Affinität des viskoelastischen Materials und der porösen Matrix für einander, der viskoelastische Fluß, Druck und Schwerkraft, können außerdem oder statt dessen eine Migration bewirken. Die Geschwindigkeit der Migration nimmt mit der Temperatur zu. Diese temperaturabhängige Geschwindigkeit der Migration liefert die Integration von Zeit und Temperatur durch den Indikator 10.
Die poröse Matrix 20 ist anfänglich undurchsichtig oder fast undurchsichtig, weil sie diffus reflektiert, wenn ihre Hohlräume mit einem Material mit einem Brechungsindex gefüllt sind, der sich von den Brechungsindizes der Teilchen 24 und des Bindemittels 25 ausreichend unterscheidet, um die Undurchsichtigkeit zu verursachen. In der Regel sind die Hohlräume anfänglich mit Luft gefüllt, können aber auch mit jedem Material gefüllt sein, durch das die poröse Matrix 20 den gewünschten Grad an Undurchsichtigkeit erhält. Wenn das viskoelastische Material 38 fortschreitend in die poröse Matrix 20 migriert, füllt es allmählich die Hohlräume der Matrix 20, wodurch Luft aus den Hohlräumen verdrängt wird. Das viskoelastische Material 38 und die Komponenten der Matrix 20 sind so gewählt, daß sie ausreichend ähnliche Brechungsindizes derart aufweisen, daß die Matrix 20 zunehmend lichtdurchlässig wird, wenn das viskoelastische Material 38 die Hohlräume der Matrix 20 füllt. Wenn die Brechungsindizes der Teilchen 24, des Bindemittels 25 und des viskoelastischen Materials 38 ausreichend ähnlich sind, kann die Matrix 20 im wesentlichen transparent werden, wenn das viskoelastische Material 38 die poröse Matrix 20 füllt. Durch die zunehmende Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix 20, wenn das viskoelastische Material 38 in die Matrix migriert, erhält man eine visuell beobachtbare Anzeige der kumulativen Wärmeexposition. Dieser Effekt wird unten ausführlicher beschrieben.
Das viskoelastische Material 38 kann jedes geeignete viskoelastische Material umfassen, das als Reaktion auf kumulative Wärmeexposition die gewünschten Eigenschaften für die Migration in die poröse Matrix 20 liefert und einen Brechungsindex bevorzugt im gleichen Bereich wie die Teilchen 24 und das Bindemittel 25 aufweist. Das viskoelastische Material 38 weist einen Brechungsindex bevorzugt innerhalb 0,4 der Brechungsindizes der Komponenten der porösen Matrix 20 und besonders bevorzugt einen Brechungsindex auf, der den Komponenten der porösen Matrix im wesentlichen gleich ist. Damit Kapillarwirkung die Migration des viskoelastischen Materials 38 in die poröse Matrix 20 antreibt, bewirken die Oberflächenenergien der Systemkomponenten, daß der lokale Kontaktwinkel des viskoelastischen Materials 38 auf der Oberfläche des Materials der porösen Matrix 20 unter 90° liegt. Der Kontaktwinkel ist eine Funktion oder Oberflächenenergie der porösen Matrix 20, der Oberflächenenergie des viskoelastischen Materials 38 und der Grenzflächenenergie zwischen den beiden.
Ein viskoelastisches Material ist eines, das gleichzeitig elastische und viskose Eigenschaften aufweist. Elastische Eigenschaften können unter Bezug auf klassische elastische Festkörper erläutert werden. Elastische Festkörper reagieren auf externe Beanspruchung durch Verformung und reagieren auf das Entfernen der Beanspruchung dadurch, daß sie in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Eine derartige Reaktion wird als elastisch bezeichnet. Einige elastische Materialien weisen eine direkte Proportionalität zwischen der Beanspruchung und der Verformung auf, wodurch sie der als Hookesches Gesetz bekannten Gesetzmäßigkeit entsprechen. Es gibt auch elastische Materialien, die nicht dem Hookeschen Gesetz gehorchen und eine nichtlineare Beziehung zwischen Beanspruchung und Verformung aufweisen. Viskose Eigenschaften können unter Bezug auf klassische viskose Fluide erläutert werden. Wenn eine externe Beanspruchung auf ein viskoses Fluid ausgeübt wird, verformt es sich und verformt sich solange weiter, wie die Beanspruchung vorliegt. Das Entfernen der Beanspruchung führt nicht dazu, daß das Fluid in seinen unverformten Zustand zurückkehrt. Eine derartige Reaktion wird als viskos bezeichnet. Wenn zwischen der Beanspruchung und der Verformungsgeschwindigkeit in einem viskosen Fluid eine direkte Proportionalität vorliegt, dann ist das Fluid ein Newtonsches Fluid. Es gibt auch Nicht-Newtonsche viskose Fluide, die zwischen der Beanspruchung und der Verformungsgeschwindigkeit eine nichtlineare Abhängigkeit aufweisen. Materialien, die sowohl elastische als auch viskose Eigenschaften aufweisen, werden als viskoelastische Materialien bezeichnet. Viskoelastische Materialen werden manchmal entweder als viskoelastische Festkörper, d. h. elastische Festkörper, die bei der Verformung gewisse viskose Effekte aufweisen, oder viskoelastische Flüssigkeiten, d. h. viskose Flüssigkeiten, die gewisse elastische Effekte aufweisen, klassifiziert. Eine viskoelastische Flüssigkeit kann als ein viskoelastisches Material identifiziert werden, das sich unbestimmt weiter verformt, wenn es einer Scherbeanspruchung ausgesetzt wird. Ein viskoelastisches Material kann bei einer als die Glasübergangstemperatur T_g bekannten Temperatur einen Übergang von einem unbeweglichen, glasartigen Zustand zu einem viskoelastischen flüssigen Zustand aufweisen. Bei der Temperatur, bei der das kristalline Material schmilzt, T_m, kann es auch einen Übergang von einem teilkristallinen Zustand zu einem amorphen Zustand aufweisen. Oftmals verhält sich ein derartiges Material unter T_m wie ein viskoelastischer Festkörper. Ein viskoelastisches Material kann auch chemisch vernetzt sein, wodurch es ein viskoelastischer Festkörper wird. Es kann physikalisch durch das Vorliegen von kristallinen oder glasartigen dispergierten Phasen vernetzt sein, die chemisch mit der Matrixphase gekoppelt sind. Es kann aufgrund des Vorliegens einer Ionenbindung oder Wasserstoffbindung zwischen Polymermolekülen auch viskoelastische Festkörpereigenschaften aufweisen. Für eine weitere Erörterung der Eigenschaften und eine Analyse von viskoelastischen Materialien wird auf John D. Ferry, Viscoelastic Properties of Polymers (John Wiley & Sons, Inc. 1980) verwiesen.
Bei der Indikatoreinrichtung der vorliegenden Erfindung befindet sich das viskoelastische Material bei allen erwarteten Temperaturen, denen das zu überwachende Objekt exponiert sein wird, bevorzugt in einem viskoelastischen flüssigen Zustand. Dies kann durch Wahl eines viskoelastischen Materials bewerkstelligt werden, das alle derartigen Wärmeübergänge bei Temperaturen unter dem erwarteten Temperaturbereich aufweist, dem das zu überwachende Objekt exponiert sein wird. Dies gestattet einen Indikator, der sich bei dem Kontaktieren des viskoelastischen Materials mit der porösen Matrix in seinem aktivierten Zustand befindet. Dies gestattet außerdem, daß das viskoelastische Material durch den ganzen erwarteten Temperaturbereich in die Matrix migriert. Auf diese Weise kann der Indikator eine kontinuierliche Integration der Zeit-Temperatur-Exposition über den ganzen Temperaturbereich hinweg bereitstellen, dem das zu überwachende Objekt exponiert sein wird. Es wird außerdem bevorzugt, daß sich das viskoelastische Material in seinem viskoelastischen flüssigen Zustand befindet und deshalb in der Lage ist, bei jeder Temperatur, bei der eine nennenswerte Verschlechterung oder eine andere Änderung in dem überwachten Produkt auftreten kann, in die poröse Matrix zu migrieren.
Obwohl bei der vorliegenden Erfindung viskoelastische flüssige Materialien bevorzugt werden, ist es möglich, daß gewisse viskoelastische feste Materialien funktionieren, vorausgesetzt der Elastizitätsmodul des Materials ist niedrig genug, damit es sich unter dem Einfluß der Kappilarwirkung oder anderen Antriebskräften, die in der Einrichtung vorliegen, verformt und ganz durch die poröse Matrix hindurchtritt.
Es wird außerdem bevorzugt, daß das viskoelastische Material unter den Bedingungen, unter denen der Indikator aktiviert wird, ein Haftklebstoff ist, damit man eine Haftung an der porösen Matrix erhält. Es ist nicht zu erwarten, daß man mit einem Haftklebstoffmaterial oder einem anderen viskoelastischen Material unter seinem T_g- oder T_m-Wert zum Zeitpunkt der Aktivierung eine Anfangshaftung erhält.
Ein viskoelastischer Festkörper mit einer kristallinen oder glasartigen kontinuierlichen Phase würde nicht wahrnehmbar in die Matrix migrieren oder, wenn er es täte, mit einer derartig langsamen Geschwindigkeit, daß dies für die Bereitstellung einer visuellen Anzeige der kumulativen Wärmeexposition unpraktisch ist. Ein viskoelastisches Material, das in dem erwarteten Temperaturbereich eine kristalline oder glasartige kontinuierliche Phase aufweist, wäre deshalb nicht in der Lage, über den ganzen Temperaturbereich hinweg, dem das zu überwachende Objekt exponiert wird, eine Integration der Temperatur zu liefern. Falls sich das viskoelastische Material in seinem glasartigen oder kristallinen Zustand befindet, wenn das viskoelastische Material 38 in Kontakt mit der porösen Matrix 20 gebracht wird, würde der Indikator effektiv nicht zu dieser Zeit aktiviert werden, weil zu dieser Zeit keine effektive Migration beginnen könnte. Der Indikator könnte effektiv erst dann aktiviert werden, wenn das viskoelastische Material über seinem T_g- oder T_m-Wert liegt. Bei bestimmten Anwendungen kann ein viskoelastisches Material wünschenswert sein, das über einer Schwellwerttemperatur fließfähig wird. Wenn der Übergang jedoch bei einer Temperatur auftritt, die innerhalb des Temperaturbereichs liegt, in der eine nennenswerte Verschlechterung des Produkts eintreten kann, dann stellt der Indikator möglicherweise keine präzise Integration der kumulativen Wärmeexposition bereit, obwohl das Produkt potentiell Zeiträume bei einer Temperatur verbringt, die eine Verschlechterung gestattet.
Eine veranschaulichende, aber keineswegs ausschließliche Liste von viskoelastischen Materialien, die für die Verwendung mit dem Indikator der vorliegenden Erfindung geeignet sein können, enthält Naturkautschuk, Butylkautschuk, Polybutadien und seine Copolymere mit Acrylonitril und Styrol, Polyalphaolefine wie etwa Polyhexen, Polyocten und Copolymere von diesen und anderen, Polyacrylate, Polychloropren, Silikon-Haftklebstoff und Blockcopolymere wie etwa Styrol-Isopren-Blockcopolymere und Mischungen von beliebigen der obigen. Das viskoelastische Material 38 umfaßt bevorzugt einen Haftklebstoff. Der Haftklebstoff kann beispielsweise einen Haftklebstoff auf der Basis von Polyisopren, ataktischem Polypropylen, von Polybutadien, Polyisobutylen, Silikon, Ethylenvinylacetat und Acrylat umfassen und kann in der Regel einen Klebrigmacher und/oder einen Weichmacher enthalten. Der Klebstoff ist bevorzugt ein Klebstoff auf Acrylatbasis, wie in dem US-Patent Nr. Re. 24906 „Pressure-Sensitive Adhesive Sheet Material" (Ulrich) beschrieben. Zu bevorzugten Klebstoffen zählt ein Haftklebstoff auf der Basis von Isooctylacrylat (IOA) oder Isooctylacrylat-Acrylsäure (IOA/AA). Die Klebstoffe der Erfindung werden bevorzugt aus Haftklebstoffzusammensetzungen hergestellt, die etwa 50 bis 100 Gewichtsteile aus mindestens einem Alkylacrylatmonomer und entsprechend zwischen etwa 50 bis 0 Gewichtsteile eines optionalen verstärkenden Comonomers umfassen. In dieser ganzen Anmeldung sind Zusammensetzungen in Gewichtsprozentsätzen oder Gewichtsverhältnissen beschrieben, soweit nicht anders angeführt.
Bei der Ausübung der Erfindung geeignete Monomere sind diejenigen mit einer Homopolymer-Glasübergangstemperatur unter etwa 0°C. Geeignete Alkylacrylate sind ungesättigte monofunktionelle Methacrylsäureester von nicht-tertiären Alkylalkoholen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen im Alkylanteil und bevorzugt 4 bis 18 Kohlenstoffatomen und besonders bevorzugt 4 bis 12 Kohlenstoffatomen. Zu Beispielen für geeignete Alkylacrylatmonomere zählen unter anderem n-Butylacrylat, Hexylacrylat, Octylacrylat, Isooctylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Isononylacrylat, Decylacrylat, Dodecylacrylat, Laurylacrylat, Octadecylacrylat und Mischungen davon.
Das optionale verstärkende Comonomer ist ein monoethylenisch ungesättigtes Monomer mit einer Homopolymer-Glasübergangstemperatur von über 25°C und ist bevorzugt mit den Acrylatmonomeren copolymerisiert. Zu Beispielen für geeignete copolymerisierbare Monomere zählen unter anderem Methacrylsäure, N-Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam, substituierte Methacrylamide wie etwa N,N-Dimethylacrylamide, Acrylnitril, Isobornylacrylat und Mischungen davon. Wenn ein copolymerisierbares Monomer verwendet wird, liegt das Alkylacrylat in der Zusammensetzung in Mengen zwischen etwa 50 und 99 Gewichtsteilen vor und das copolymerisierbare Monomer liegt in den entsprechenden Mengen zwischen 50 und 1 Gewichtsteilen vor, wobei die Gesamtgewichtsmenge 100 beträgt.
Ein bevorzugter polarer IOA/AA-Klebstoff enthält ein Gewichtsverhältnis von IOA/AA zwischen etwa 80/20 und 98/2. Zu geeigneten, auf IOA/AA basierenden Haftklebstoffen zählen solche mit Verhältnissen von 90/10 und 94/6. Zu weiteren geeigneten Haftklebstoffen zählen unpolare Copolymere von Isooctylacrylat-methacrylat (IOA/MA), Isooctylacrylat-isobornylacrylat (IOA/IBA) oder Ethylacrylat-methylacrylat (EA/MA). Der Haftklebstoff kann einen zugesetzten Klebrigmacher und/oder Weichmacher in einem Flächengewichtsverhältnis Klebrigmacher zu Klebstoff oder einem Flächengewichtsverhältnis Weichmacher zu Klebstoff von bis zu etwa 2 : 1 enthalten. Zu geeigneten Klebrigmachern zählen hydrierte Kolophoniumharze, die im Handel erhältlich sind, wie etwa Foral 85^TM, Foral 105^TM oder Abitol^TM E, und Kohlenwasserstoff-Klebrigmacher wie etwa Regalrez^TM, alle erhältlich von der Firma Hercules Incorporated in Wilmington, Delaware, USA. Zu geeigneten Weichmachern zählen Kohlenwasserstofföle wie etwa Shellflex^TM (erhältlich von der Firma Shell Chemical Co.), USP-grade-Mineralöl und Phthalate einschließlich Alkylphthalate wie etwa Dioctylphthalat und Diisononylphthalat, und Allylphthalate.
Die Menge des auf die Unterlage 32 aufgetragenen viskoelastischen Materials 38 sollte ausreichen, genügend Hohlräume in der porösen Matrix 20 zu füllen, damit man den gewünschten Grad an Lichtdurchlässigkeit erhält. Viskoelastisches Material 38 kann über jedes geeignete Mittel auf die Unterlage 32 aufgetragen werden, einschließlich durch Beschichten aus organischen Lösungsmitteln oder Emulsionen auf Wasserbasis mit einer Rakelauftragmaschine oder einer Walzenstreichmaschine, durch 100% feste nachgehärtete Oligomere oder Heißschmelzbeschichtung oder durch Extrusion. Das viskoelastische Material 38 kann in Mengen von etwa 0,16 bis 2,6 Gramm pro 155 cm² (2,5 bis 40 Körner pro 24 Quadratinch) aufgetragen werden, damit man eine etwa 6,3 bis 100 Mikrometer (0,00025 bis 0,004 Inch) dicke Schicht erhält, jedoch kann gegebenenfalls mehr oder weniger aufgetragen werden.
Die Komponenten des viskoelastischen Materials 38 sollten so gewählt werden, daß man eine gewünschte Migrationsgeschwindigkeit in die poröse Matrix 20 erhält, die bevorzugt mit der Temperatur auf ausreichend ähnliche Weise wie mit der Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit des zu überwachenden Objekts zunimmt, damit man einen geeigneten Zeit-Temperatur-Indikator erhält. Durch Steuern der Eigenschaften des viskoelastischen Materials kann die Anzeigeeinrichtung so konstruiert werden, daß sie eine visuelle beobachtbare Anzeige einer vorbestimmten kumulativen Wärmeexposition liefert. Es wird oftmals nützlich sein, eine Anzeige einer vorbestimmten zulässigen kumulativen Wärmeexposition für ein bestimmtes verderbliches Produkt zu liefern, wie etwa Lebensmittel, Medizin, fotographische Hilfsmittel und Impfstoffe. Es ist dementsprechend wünschenswert, ein viskoelastisches Material 38 auswählen zu können, das geeignete Eigenschaften für das jeweilige zu überwachende Produkt aufweist.
Wie oben erörtert, eignen sich Q₁₀ und Ea als eine Quantifizierung der Zersetzungsgeschwindigkeit oder einer anderen Veränderungsgeschwindigkeit eines zu überwachenden Objekts. Eine Quantifizierung des effektiven Ea- oder Q₁₀-Werts des viskoelastischen Materials 38 ist nützlich, um eine geeignete Zusammensetzung des viskoelastischen Materials für das zu überwachende Objekt zu wählen. Wie bei dem jeweiligen zu überwachenden Objekt ist es möglich, verschiedene viskoelastische Materialien 38 zu formulieren und Versuche an Indikatoren durchzuführen, die das viskoelastische Material umfassen, um die Änderungsgeschwindigkeit der visuell beobachtbaren Anzeige bei verschiedenen Temperaturen für jedes viskoelastische Material 38 zu bestimmen. Es ist dann möglich, für verschiedene viskoelastische Materialien Ea- und/oder Q₁₀-Meßwerte zu berechnen und ein viskoelastisches Material zu wählen, das der beabsichtigten Verwendung des Indikators am besten entspricht. Es ist außerdem möglich, die Temperaturabhängigkeit der Strömungseigenschaften des viskoelastischen Materials unabhängig zu messen und die effektive Aktivierungsenergie zu schätzen. Beispielsweise können die dynamischen mechanischen Eigenschaften des Materials als Funktion der Frequenz bei verschiedenen Temperaturen gemessen und gemäß den klassischen Vorgehensweisen, wie in der Technik bekannt, eine Zeit-Temperatur-Überlagerung durchgeführt werden. Die temperaturabhängigen Verschiebungsfaktoren, die entstehen, können an die Williams-Landel-Ferry-Gleichung angepaßt werden, und dann kann die effektive Aktivierungsenergie entsprechend der Gleichung von Ferry berechnet werden. Siehe Ferry, oben. Eine beliebige einer Reihe anderer rheologischer Eigenschaften könnte gemessen werden, wie etwa Kriechnachgiebigkeit, dynamische Viskosität usw., und ihre Temperaturabhängigkeit zum Schätzen der effektiven Aktivierungsenergie verwendet werden.
Es wurde beobachtet, daß die gemäß der hier beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele formulierten viskoelastischen Materialien einen Ea-Wert aufweisen, der etwas mit der Temperatur variiert. In diesem Fall kann ein mittlerer oder effektiver Ea-Wert über einen Temperaturbereich berechnet werden. Entsprechend würde erwartet, daß der Q₁₀-Wert des viskoelastischen Materials für eine bestimmte Temperaturerhöhung von beispielsweise 20°C auf 30°C sich etwas von dem Q₁₀-Wert für eine Temperaturerhöhung von 30°C auf 40°C unterscheidet. Dennoch ist beobachtet worden, daß der Ea- und Q₁₀-Wert mit der Temperatur um einen Betrag variieren, der klein genug ist, daß sich die viskoelastischen Materialien immer noch als ein präziser Integrator der Temperatur über die Zeit eignen, damit man eine präzise Angabe der vorbestimmten zulässigen Wärmeexposition erhält. Außerdem wird der Ea-Wert bei Temperaturerhöhungen über T_g weniger empfindlich gegenüber einer Temperaturänderung. Ein effektiver oder mittlerer Ea-Wert kann für jedes viskoelastische Material über einen gegebenen Temperaturbereich berechnet werden. Das viskoelastische Material kann dann so gewählt werden, daß man eine Anzeige einer vorbestimmten Wärmeexposition für ein gegebenes zu überwachendes Objekt erhält.
Eine weitere Eigenschaft des Indikators, die nach Beobachtung die Eignung des Indikators für ein bestimmtes zu überwachendes Objekt beeinflußt, ist die Auslaufzeit. Dies ist der Zeitraum, den die Migration des viskoelastischen Materials 38 benötigt, um die Mikrohohlräume der porösen Matrix 20 in einem ausreichenden Grad zu füllen, damit man für die Bereitstellung der visuell beobachtbaren Anzeige eine ausreichende Änderung bei der Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix 20 erhält. Wie unten ausführlicher beschrieben, ist dies der Punkt, an dem ein latentes Bild jedweder festgelegten Referenz entspricht, oder an welchem latente Angaben von einem Benutzer oder einer geeigneten Scaneinrichtung gelesen werden können. Auch ist dies der Punkt, an dem ein verdunkelbares Bild merklich verdunkelt wird oder eine verdunkelbare Angabe nicht länger von einem Benutzer oder einer geeigneten Scaneinrichtung gelesen werden kann. Das viskoelastische Material 38, die Eigenschaften der porösen Matrix 20 und die optische Dichte oder Schwarzheit des Substrats und der Angaben steuern die Auslaufzeit eines bestimmten Indikators.
Durch Wahl eines viskoelastischen Materials mit dem gewünschten effektiven Ea- (oder Q₁₀-)Wert und viskoelastischen Material und porösen Matrixsystems mit der gewünschten Auslaufzeit ist es möglich, für ein bestimmtes verderbliches Produkt eine Angabe der kumulativen Wärmeexposition zu liefern.
Unter besonderer Bezugnahme auf die bevorzugten viskoelastischen Materialien 38, die wie oben erörtert Haftklebstoff umfassen, sind die folgenden Beobachtungen gemacht worden. Bei den hier beschriebenen Haftklebstoffen sind effektive Ea-Werte von etwa 5 kcal/Mol bis etwa 70 kcal/Mol beobachtet worden. Es wurde beobachtet, daß die Wahl des Elastomers, auf dem das druckempfindliche Material basiert, bei der Bestimmung des effektiven Ea-Werts für ein bestimmtes viskoelastisches Material ein Hauptfaktor ist. Beispielsweise weisen Haftklebstoff aus 100% IOA über den Temperaturbereich von 0 bis 50°C einen Ea-Wert im Bereich zwischen etwa 12–20 kcal/Mol auf. Durch Zusetzen von höheren Mengen an Klebrigmachern werden allgemein die Glastemperatur und der effektive Ea-Wert des Haftklebstoffs angehoben. Durch Zusatz von Weichmacher sinken im allgemeinen die Glasübergangstemperatur und der effektive Ea-Wert des Haftklebstoffs. Indem bestimmte Haftklebstoffe als viskoelastisches Material 38 gewählt und verschiedene Mengen an Klebrigmacher und/oder Weichmacher bereitgestellt werden, können die Migrationseigenschaften des viskoelastischen Materials gesteuert werden. Das viskoelastische Material 38 befindet sich bevorzugt bis mindestens unter 50°C, besonders bevorzugt unter 20°C, noch mehr bevorzugt unter 0°C, noch weiter bevorzugt unter –20°C und ganz besonders bevorzugt bis mindestens unter –40°C in seinem amorphen flüssigen Zustand. Bei den hier beschriebenen viskoelastischen Materialien ist eine Glasübergangstemperatur von etwa –125°C bis 10°C beobachtet worden. Einige der hier beschriebenen viskoelastischen Materialien bleiben eine verwendbare viskoelastische Flüssigkeit bis auf Temperaturen von mindestens 100°C, und es kann möglich sein, viskoelastische Materialien zu formulieren, die sich für Temperaturen bis zu 200°C oder höher eignen.
Der Indikator gemäß der vorliegenden Erfindung erhält bevorzugt ein Betätigungsmittel zum selektiven Umschalten des Indikators aus seinem inaktivierten Zustand in seinen aktivierten Zustand. Wenn sich der Indikator in dem inaktivierten Zustand befindet, hält das Betätigungsmittel das viskoelastische Material 38 im wesentlichen außer Kontakt mit der porösen Matrix 20. Wenn sich der Indikator in seinem aktivierten Zustand befindet, hält das Betätigungsmittel das viskoelastische Material 38 und die poröse Matrix 20 in wesentlichem Kontakt miteinander. Bezüglich des Indikators der 1A und 1B kann das Betätigungsmittel ein beliebiges geeignetes Mittel, ob mechanisch oder manuell, umfassen, um das zweite Laminat 30 auf das erste Laminat 12 aufzubringen und dadurch den Indikator zu aktivieren. Dies kann wahlweise Mittel zum Aufbringen des ersten Laminats 20 auf das zu überwachende Objekt enthalten. Vor der Aktivierung können das erste und zweite Laminat für fast unbestimmte Zeit getrennt gelagert werden.
Das Betätigungsmittel kann auch jedes geeignete Mittel enthalten, um das erste und zweite Laminat als einen integralen, aber nicht aktivierten Indikator beizubehalten, der zu jeder gewünschten Zeit entweder vor oder nach dem Anbringen an dem zu überwachenden Objekt aktiviert werden kann. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Betätigungsmittels ist in den 2–3B dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber sind das erste Laminat 12 und das zweite Laminat 30 in dem Indikator 60 in den 2–3B dargestellt, ohne die einzelnen Komponenten der Laminate 12 und 30 zu zeigen. Das erste Laminat 12 und das zweite Laminat 30 sind gemäß der oben unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschriebenen Ausführungsform vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Betätigungsmittel einen Abstandshalter 62 mit einer oberen Fläche 64 und einer unteren Fläche 66. Im Abstandshalter 62 ist eine Öffnung 68 vorgesehen. Eine bevorzugte Form der Öffnung 68 ist rechteckig, wie in 2 dargestellt, doch kann sie auch beispielsweise kreisförmig sein oder jede andere gewünschte Form aufweisen. Die bevorzugte Öffnung 68 ist als eine umschlossene Öffnung dargestellt, die von dem Körper des Abstandshalters 62 vollständig begrenzt ist, kann aber auf einer oder mehreren Seiten offen sein. Der Abstandshalter 62 ist bevorzugt einstückig, wie dargestellt, kann aber auch zwei oder mehr getrennte Komponenten umfassen. Der Abstandshalter kann aus Kunststoff, Papier, Holz, Keramik, Stoff, geschäumten Materialien und Schaumband wie etwa Polyethylen, Urethan und Neopren oder einem beliebigen anderen geeigneten Material ausgebildet sein. Ein bevorzugter Abstandshalter 62 wird aus massivem oder geschäumtem Kunststoff mit einer Dicke von etwa 1 mm (0,040 Inch) hergestellt und kann etwa 22 mm (0,87 Inch) breit mal 24 mm (0,94 Inch) lang sein, wenngleich er eine beliebige andere geeignete Form aufweisen kann.
Das zweite Laminat 30 ist auf der oberen Fläche 64 des Abstandshalters 62 vorgesehen, wobei sich die exponierte Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials 38 neben der oberen Fläche 64 befindet. Das zweite Laminat 30 liegt zumindest teilweise über der Öffnung 68. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform liegt das zweite Laminat 30 vollständig über der Öffnung 68 und ist etwas kleiner als der Abstandshalter 62. Alternativ kann sich die Peripherie des ersten Laminats 30 teilweise oder vollständig in der gleichen Richtung wie die Peripherie des Abstandshalters 62 erstrecken. Wenn das viskoelastische Material 38 einen Haftklebstoff umfaßt, kann das zweite Laminat 30 zweckmäßigerweise durch das viskoelastische Material an der oberen Fläche 64 haften. Alternativ kann das zweite Laminat 30 über eine wahlweise zweite Unterlage 42, die einen Haftklebstoff umfassen und ausreichend größer als die erste Unterlage 32 sein kann, an der oberen Fläche 64 haften, damit das zweite Laminat 30 an der oberen Fläche 64 des Abstandshalters 62 haftet. Das zweite Laminat kann mechanisch an der oberen Fläche des Abstandshalters 62 befestigt werden, beispielsweise mit Hilfe von Heftklammern, einem Blasenpaket oder einem anderen geeigneten Gehäuse- oder Verpackungsmittel.
Das erste Laminat 12 ist auf ähnliche Weise auf der Bodenfläche 66 des Abstandshalters 62 vorgesehen, wobei sich die exponierte Oberfläche 22 der porösen Matrix 20 neben der Bodenfläche 66 befindet. Wie in 3A dargestellt, hält der Abstandshalter 62 das viskoelastische Material 38 und die poröse Matrix 20 außer Kontakt miteinander, wenn sich der Indikator in seinem inaktivierten Zustand befindet. Das erste Laminat 12 muß mindestens teilweise über der Öffnung 68 und einem Teil des zweiten Laminats 30 liegen, und zwar derart, daß ein Teil des ersten Laminats 12 und des zweiten Laminats 30 durch die Öffnung 68 miteinander in Kontakt gebracht werden können, wenn sich der Indikator in seinem aktivierten Zustand befindet, wie in 3B bei A dargestellt. Das erste Laminat 12 kann mit Hilfe eines Haftklebstoffs um die Peripherie der Bodenfläche 68 des Abstandshalters 62 herum an der Bodenfläche 66 des Abstandshalters 62 angebracht sein. Alternativ kann das erste Laminat 12 mit Hilfe von Heftklammern oder einem beliebigen geeigneten Blasenpaket oder einer anderen Umhüllung oder einem anderen Gehäuse mechanisch am Abstandshalter 62 befestigt sein.
Der Abstandshalter 62 kann das viskoelastische Material 38 über einen längeren Zeitraum hinweg außer Kontakt mit der porösen Matrix 20 halten, um den Indikator in seinem inaktivierten Zustand zu halten. Dies liefert den Vorteil, daß man einen Indikator 60 mit einer vor seiner Aktivierung sehr langen Lagerzeit hat. Dadurch kann der Indikator 60 an einem Ort und zu einem Zeitpunkt hergestellt werden, die von dem Objekt entfernt sind, an dem er schließlich angebracht wird.
Außerdem kann der Indikator 60 an einem leeren Behälter befestigt werden, wie etwa einer Dose oder einem Glas für Lebensmittel, oder einem Medizinröhrchen (als Beispiel) und über einen langen Zeitraum hinweg inaktiviert bleiben. Nachdem der Behälter mit seinem gewünschten Inhalt gefüllt wurde, kann der Indikator 60 dann, wie in 3B dargestellt, aktiviert werden. Dies kann einfach mit einem Finger, durch Einsatz eines Kolbens, einer Bürste oder einer anderen Einrichtung geeigneter Größe erfolgen. Der Indikator kann aber auch nach dem Füllen des Behälters in seinem inaktivierten Zustand gehalten werden und beispielsweise aktiviert werden, wenn der Behälter zum ersten mal geöffnet wird, beispielsweise durch die Greifkraft einer Benutzerhand, wenn er eine Kappe von einem Behälter entfernt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Betätigungsmittels ist in den 4–5B dargestellt. Das Betätigungsmittel dieser Ausführungsform umfaßt einen Barrierenfilm 63. Der Barrierenfilm 63 kann beispielsweise eine beliebige geeignete Papier- oder Filmtrennlage oder -folie umfassen. Der Barrierenfilm 63 ist zwischen zumindest einem Teil des zweiten Laminats 30 und des ersten Laminats 12 angeordnet. Die exponierte Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials 30 befindet sich neben einer Seite des Barrierenfilms 63, während sich die exponierte Oberfläche 22 der porösen Matrix 20 neben der anderen Seite des Barrierenfilms befindet. Dies hält den Indikator in seinem inaktivierten Zustand, wie in 5A dargestellt. Das erste Laminat 12 und das zweite Laminat 30 können entlang drei Rändern ihrer Peripherien um den Barrierenfilm 63 herum aneinander befestigt werden. Zum Aktivieren des Indikators wird der Barrierenfilm 63 in Richtung B gezogen, wie in 5A gezeigt. Dadurch können die übrigen Teile des ersten Laminats 12 und des zweiten Laminats 30 in Kontakt miteinander gelangen, wie in 5B dargestellt. Es ist auch möglich, Abschnitte des Indikators sequenziell zu aktivieren, indem der Barrierenfilm 63 teilweise entfernt wird. Der Barrierenfilm 63 ist bevorzugt J-förmig gefalzt, wie gezeigt, um das Entfernen zu erleichtern, indem man ein gleitendes Lösen gegen die poröse Matrix 20 und ein nichtgleitendes abziehendes Lösen von der exponierten Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials 38 hat. Alternativ können das erste Laminat 12 und das zweite Laminat 30 nur an einem Rand verbunden sein, wobei ein ungefalzter Barrierenfilm 63 entfernt wird, indem das erste und zweite Laminat weit genug aufgefaltet werden, damit der Barrierenfilm 63 vom zweiten Laminat 30 abgezogen werden kann.
Der Barrierenfilm 63 kann vorteilhafterweise eingesetzt werden, wenn die Aktivierung des Indikators verzögert werden soll. Beispielsweise kann der Indikator zu einem Zeitpunkt und an einem Ort hergestellt werden, die vom Objekt entfernt sind, dessen kumulative Wärmeexposition überwacht werden soll. Der Indikator kann aktiviert werden bei Anbringung an dem Objekt durch Entfernen des Barrierenfilms. Alternativ kann der Aktivator an einem leeren Behälter befestigt sein und bei Füllen des Behälters aktiviert werden, wie unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 2 beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann aber auch verwendet werden, wenn der Indikator aktiviert werden soll, nachdem ein Benutzer den Behälter öffnet und dadurch den Inhalt Umgebungsbedingungen aussetzt oder Bestandteile zusetzt oder mischt. Beispielsweise kann ein Indikator gemäß der vorliegenden Ausführungsform an einem Behälter 250 befestigt werden, der dem Endverbraucher mit nichtaktiviertem Indikator verkauft wird. Der Indikator kann an dem Körper 252 des Behälters befestigt werden, während das exponierte Ende des Barrierenfilms mit der Kappe 254 des Behälters verbunden sein kann, wie in 6A gezeigt. Das Entfernen der Kappe 252 könnte den Barrierenfilm 63 von dem Indikator wegziehen, wie in 6B dargestellt, wodurch der Indikator aktiviert wird. Eine derartige Anordnung kann vorteilhafterweise beispielsweise mit Kosmetika verwendet werden.
Eine Alternative der obigen Ausführungsform ist in den 20–21 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wirkt der Barrierenfilm 63 als ein länglicher kontinuierlicher Träger für mehrere nichtaktivierte Indikatoren 10. Wie in 21 zu sehen ist, enthält jeder diskrete Indikator 10 ein erstes Laminat 12 und ein zweites Laminat 30, die entlang einem einzigen Rand aneinander angebracht sind. Durch diese Ausführungsform erhält man ein zweckmäßiges Mittel, um mehrere Indikatoren 10 in Rollenform zu lagern. In dieser Ausführungsform ist außerdem eine längliche kontinuierliche Ausführungsform der Trennlage 28 dargestellt. Eine derartige wahlweise Ausführungsform der Trennlage kann als ein Träger für die diskreten Indikatoren 10 dienen, nachdem der Barrierenfilm 63 entfernt worden ist, um die Indikatoren zu aktivieren. Individuelle Indikatoren können dann von dem kontinuierlichen Trägermaterial 28 abgezogen und an einem gewünschten Objekt angebracht werden.
Eine Alternative zu der obigen Ausführungsform ist in den 22–23 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind das erste und zweite Laminat 12 und 30 wie auch der Barrierenfilm 63 länglich und durchgehend. Wie man in 23 sehen kann, sind das erste und zweite Laminat 12 und 30 an einem Rand miteinander verbunden. Der Barrierenfilm 63 hält den Indikator 10 in seinem inaktivierten Zustand, indem er das erste und zweite Laminat 12 und 30 außer Kontakt voneinander hält. Auf diese Weise kann eine Rollenform der inaktivierten Indikatoren 10 zweckmäßig versandt und über lange Zeiträume gelagert werden. Diese Ausführungsform wird aktiviert, indem das erste und zweite Laminat 12 und 30 in Richtung A kontinuierlich vorgeschoben werden, während der Barrierenfilm 63 in Richtung B entfernt wird. Der Barrierenfilm kann auf sich selbst gefaltet werden, um ein gleitendes Entfernen relativ zu der porösen Matrix und ein ablösendes Entfernen relativ zu dem viskoelastischen Material ohne die Notwendigkeit für einen J-Falz im Barrierenfilm 63 zu gestatten. Nach dem Entfernen des Barrierenfilms 63 kann der längliche aktivierte Indikator 10 für das Anbringen an gewünschten Objekten geschnitten oder auf andere Weise zu diskreten Indikatoren vereinzelt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Betätigungsmittels ist in den 7A und 7B dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das zweite Laminat 30 eine erste Unterlage 32, die so geprägt ist, daß sie Täler, oder nahe Abschnitte, 31 und Spitzen, oder entfernte Teile, 33 aufweist. Die Täler 31 haften anfänglich an den entsprechenden Abschnitten der porösen Matrix 20 und können diese Abschnitte lokal transparent machen oder auch nicht. Das erste und zweite Laminat werden jedoch in den erhöhten Bereichen oder Spitzen 33 im wesentlichen außer Kontakt gehalten. Der Indikator wird aktiviert, indem mit einem beliebigen geeigneten Mittel auf das zweite Laminat 30 gedrückt wird, damit mindestens ein Teil der Spitzen 33 in Kontakt mit der porösen Matrix kommt. Wenn das viskoelastische Material 38 ein Haftklebstoff ist, hält dieser die Spitzen in Kontakt mit der porösen Matrix. Andere geeignete mechanische Mittel können vorgesehen werden, um den Kontakt aufrecht zu erhalten, wie etwa ein Blasenpaket, das beim Drücken den Druck auf das zweite Laminat 30 aufrechterhält. Analog können im Substrat 14 des ersten Laminats 12 zusätzlich zu oder anstelle des zweiten Laminats 30 nahe Abschnitte und entfernte Abschnitte ausgebildet sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Betätigungsmittels ist in den 8A und 8B dargestellt. Diese Ausführungsform enthält ein Betätigungssubstrat 61, das einen beliebigen geeigneten Aufbau umfassen kann, einschließlich derjenigen, die hier für das Substrat 14 und die Unterlage 32 beschrieben sind. Das erste Laminat 12 und das zweite Laminat 30 werden durch ein beliebiges geeignetes Mittel, wie etwa Haftklebstoff, aneinander entlang am Betätigungssubstrat 61 befestigt. Sowohl die exponierte Oberfläche 22 der porösen Matrix 20 als auch die exponierte Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials 38 weisen vom Betägigungssubstrat 61 weg, wodurch der Indikator in seinem inaktivierten Zustand gehalten wird, wie in 8A dargestellt. Um eine Verunreinigung zu verhindern, wird bevorzugt anfänglich eine Trennlage 65 an den exponierten Oberfläche 22 und 40 befestigt. Zum Aktivieren des Indikators wird die Trennlage 65 entfernt und das Substrat 61 gefalzt, wie durch Pfeil C dargestellt, wodurch das viskoelastische Material 38 in einen Kontakt vom Rippenabdichtungstyp mit der porösen Matrix 20 gebracht wird, wie in 8B dargestellt. Alternativ können das erste Laminat 12 und das zweite Laminat 30 an gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats 61 befestigt werden, wie in 8C gezeigt, um um ein Objekt oder einen Behälter 11 gewickelt und in einen überlappenden Kontakt gebracht zu werden, wie in 8D dargestellt. Ein Befestigungsklebstoff 26 kann auf dem Substrat 61 enthalten sein, wie gezeigt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Betätigungsmittels ist in den 9A und 9B dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Betätigungsmittel Beabstandungskörper 67, die zwischen dem erstem Laminat 12 und dem zweiten Laminat 30 angeordnet sind. Die Beabstandungskörper 67 sind kugelförmig dargestellt, können aber jede geeignete Konfiguration aufweisen, einschließlich Polyeder wie etwa Würfel, oder Stäbe, Stangen, Rippen, Drähte und dergleichen. Beabstandungskörper 67 sind so bemessen und angeordnet, daß sie die exponierte Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials 38 und die exponierte Oberfläche 22 der porösen Matrix im wesentlichen außer Kontakt halten, wenn sich der Indikator in seinem inaktivierten Zustand befindet, wie in 9A dargestellt. Der Indikator wird aktiviert, indem mit einem beliebigen geeigneten Mittel auf den Indikator gedrückt wird, um die exponierten Oberflächen 40 und 22 in wesentlichen Kontakt miteinander zwischen den Beabstandungskörpern 67 zu bringen, wie in 9B dargestellt. Wenn der Indikator aktiviert wird, paßt sich das viskoelastische Material 38 um die Beabstandungskörper 67 herum an, wenn Beabstandungskörper verwendet werden, die ihre Form beibehalten. Alternativ können die Beabstandungskörper unter dem Druck kollabieren, wie in dem US-Patent Nr. 3,413,168 „Adhesive Bonding Method Permitting Precise Positioning" (Danielson et al.) gelehrt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Betätigungsmittels wird von dem US-Patent Nr. 4,793,717 „Device for Visually Indicating a Pressure or Temperature Condition" (Manske) gelehrt. Wie in 10 dargestellt, enthält das Betätigungsmittel 200 eine Basis 212 mit integralen hochstehenden bogenförmigen Wänden, die die Schultern 214 definieren, die wiederum einen Innenhohlraum 216 definieren. Die Schultern 214 sind durch diametral gegenüber angeordnete Schlitze 218 getrennt. Die Basis 212 und die integralen hochstehenden Schultern 214 können aus jedem Material mit geeigneter Festigkeit konstruiert sein und sind bevorzugt aus Polyesterfilm ausgebildet.
Das erste Laminat 12 ist so bemessen, daß es in dem Reservoir 216 neben der Basis 212 aufgenommen wird, wobei die exponierte Oberfläche 22 von der Basis 12 wegweist. Das erste Laminat 12 enthält sich diametral erstreckende Fahnen 21, die so ausgelegt sind, daß sie in die Basisschlitze 218 passen, und die sich jenseits der Außenfläche der Schultern 214 erstrecken. Die Fahnen 21 verhindern zusammen mit den Schlitzen 218 eine Drehung des ersten Laminats 12 und werden dazu verwendet, das erste Laminat 12 auf eine nachfolgend zu beschreibende Weise neben der Basis 212 zu halten. Das zweite Laminat 30 ist so bemessen, daß es auf den Schultern 214 ruht und sich nicht über die äußeren Flächen der hochstehenden Schultern 214 erstreckt. Die exponierte Fläche 40 ist dem ersten Laminat 12 zugewandt.
Eine Abdeckung 226 liegt über dem zweiten Laminat 30, dem ersten Laminat 12 und der Basis 212 und enthält eine zylindrische Wand 228, die dafür ausgelegt ist, eng um die Außenfläche der Schultern 214 zu passen, einen nach innen verlaufenden Absatz 230, der als ein über den Schultern 214 liegender ringförmiger Ring ausgebildet ist, einen konvergent abfallenden mittleren Abschnitt 232, der an seiner Peripherie an dem Absatz 230 befestigt ist, und eine Umfangsgrenze 234, die sich gleich mit der Basis 212 erstreckt. Die Grenze 234 kann durch jedes geeignete Mittel wie etwa Kleben, Wärmeversiegeln, Punktschweißen oder dergleichen an der Basis 212 angebracht oder mit ihr verschmolzen werden. Der sich nach innen erstreckende Absatz 230 liegt an den hochstehenden Schultern 214 an und klemmt das zweite Laminat 30 dazwischen fest. Alternativ kann das zweite Laminat 30 an die Innenfläche des Doms 232 geklebt sein. Das viskoelastische Material 38 kann aber auch direkt auf die Innenfläche des Doms 232 aufgebracht sein, wobei dann der Dom 232 die Stelle der ersten Unterlage 32 übernimmt.
Da sich die Fahnen 21 durch die Schlitze 218 und über die Außenfläche der Schultern 214 hinaus erstrecken, sind die Fahnen 21 zwischen der Grenze 234 und der Basis 212 festgelegt, wodurch gleichzeitig eine Drehung und Aufwärtsbewegung der Fahnen 21 und des ersten Laminats 12 verhindert wird. Es ist zu erkennen, daß die Fahnen 21 eliminiert werden können und eine Aufwärtsbewegung des ersten Laminats 12 verhindert werden kann, indem das erste Laminat 12 durch solche konventionelle Mittel wie etwa Kleben oder mechanische Befestigungsmittel an der Basis 212 befestigt wird.
In der Mitte der Abdeckung 226 befindet sich der konvergent abfallende Abschnitt 232, der eine beliebige Pyramiden- oder Kegelform annehmen kann, die eine Umkehrung gestattet, aber wegen der Einfachheit der Herstellung bevorzugt aus einem flach gekrümmten konvexen kugelförmigen Dom ausgebildet ist, der an seiner Peripherie an dem Absatz 230 befestigt ist. Der Dom 232 weist einen Radius auf, der so gewählt ist, daß er eine „Schnapp"-Bewegung zwischen nichtaktivierten und aktivierten Positionen mit Stabilität und entgegengesetzter Krümmung gestattet, wie in den 11A bzw. 11B gezeigt. Die Abdeckung 226 kann aus einem beliebigen Material, das für die Basis 212 geeignet ist, ausgebildet sein, mit der zusätzlichen Einschränkung, daß der domförmige Abschnitt 232 transparent sein muß, um eine visuelle Beobachtung in das Betätigungsmittel 200 zu gestatten.
11A zeigt den Dom 232 in einer nichtaktivierten Position, in der er sich konvex von der Basis 212 weg erstreckt. Bei Ausübung von Kraft auf die Außenfläche des Doms 232 bewegt sich der Dom 232 um eine kurze Entfernung und schnappt dann in seine zweite Position der Stabilität, die aktivierte Position, die äußerlich konkav ist und gegen die Basis 212 in dem Hohlraum 216 drückt, wie in 11B gezeigt. Der Dom 232 hält in der aktivierten Position den Kontakt des zweiten Laminats 30 mit dem ersten Laminat 12 aufrecht.
Die Außenfläche der Base 212 kann mit einem Haftklebstoff 226 beschichtet und mit einem darüber liegenden Schutzfilm oder einer Trennlage 228 bedeckt sein. Ein kleines Loch 240, das die Außenfläche der Abdeckung 226 und das innere Reservoir 216 verbindet, ist am Absatz 230 vorgesehen, damit innerhalb des Betätigungsmittels 200 gefangene Luft entweichen kann, wenn sich der Dom 232 aus seiner nichtaktivierten Position in seine aktivierte Position bewegt.
Bei den hier beschriebenen Aktivierungsmitteln, die aktiviert werden, indem zuerst das erste Laminat 12 und das zweite Laminat 30 zusammengedrückt werden, kann auch der Indikator aktiviert werden, indem zwischen die Laminate ein Vakuum angelegt wird, um sie zusammenzuziehen.
Jeder der hier beschriebenen Indikatoren kann mit mehr als einem zweiten Laminat 12 versehen sein. Wie in 12 zu sehen ist, ist es möglich, beispielsweise drei zweite Laminate 72, 74 und 76 zu haben. Jedes der zweiten Laminate kann ein anderes viskoelastisches Material 38 haben, um eine jeweilige vorbestimmte zulässige kumulative Wärmeexposition anzuzeigen. Der Indikator kann außerdem oder statt dessen mehrere verschiedene poröse Matrizen 20 aufweisen, damit man variierende Migrationsgeschwindigkeiten oder Auslaufzeiten für den Indikator erhält. Die mehreren porösen Matrizen 20 können auch verschiedene Substratfarben und/oder -dichten aufweisen, damit man eine Vielzahl gewünschter visueller Anzeigen erhält. Es ist auch möglich, separate Substrate 14 mit jeweils einer anderen porösen Matrix 20 oder mehrere, auf einem einzigen Substrat 14 ausgebildete poröse Matrizen 20 zu haben.
Wie in den 13A und 13B dargestellt, kann der Indikator der vorliegenden Erfindung latente Angaben 50 umfassen, die anfänglich nicht visuell beobachtet werden können, wenn die poröse Matrix 20 vor der Migration des viskoelastischen Materials 38 in die Matrix undurchlässig ist. Die latenten Angaben 50 werden sichtbar beobachtbar, wenn die Migration des viskoelastischen Materials 38 in die poröse Matrix 20 die Matrix 20 zunehmend lichtdurchlässig macht. Der Indikator kann anstelle von latenten Angaben (14A, 14B und 14C) oder zusätzlich zu latenten Angaben (15A und 15B) verdunkelbare Angaben 51 enthalten. Die verdunkelbaren Angaben 51 können anfänglich visuell beobachtet werden, wenn die poröse Matrix 20 vor der Migration des viskoelastischen Materials 38 in die Matrix 20 undurchlässig ist. Die verdunkelbaren Angaben werden zunehmend verdunkelt, wenn die Migration des viskoelastischen Materials 38 in die poröse Matrix 20 die Matrix 20 zunehmend lichtdurchlässig macht. Der Indikator kann dadurch eine sichtbar beobachtbare Anzeige der kumulativen Wärmeexposition liefern, indem er latente Angaben 50 offenbart, verdunkelbare Angaben 51 verdunkelt oder beides. Die visuell beobachtbare Anzeige wird bereitgestellt, wenn latente Angaben ausreichend offengelegt werden, um visuell beobachtbar zu werden oder mit einem Strichcodescanner oder einer anderen Einrichtung lesbar zu werden oder wenn verdunkelbare Angaben derart ausreichend verdunkelt werden, daß die Änderung bei ihrer Erscheinung visuell beobachtet werden kann oder die verdunkelbaren Angaben nicht länger von einem Benutzer oder mit einem Strichcodelaserscanner oder einer anderen derartigen optischen Vergleichseinrichtung gelesen werden können. Es ist nicht notwendig, verdunkelbare Angaben komplett auszulöschen, obwohl der Indikator dies möglicherweise tut, wenn die poröse Matrix 20 lichtdurchlässig wird.
Die latenten Angaben 50 können auf verschiedene Weise bereitgestellt werden. Die optische Dichte der latenten Angaben 50 nimmt bevorzugt um mindestens 0,2 zu, wenn das viskoelastische Material 38 in die poröse Matrix 20 migriert. Ein Indikator kann ein oder mehrere latente Bilder enthalten, die in einer beliebigen Kombination der hier beschriebenen Möglichkeiten bereitgestellt werden. Wenn das Substrat 14 lichtdurch lässig ist, ist es möglich, latente Angaben auf der ersten Seite 16 des Substrats 14 bereitzustellen. Wenn die Matrix 20 transparent wird, lassen sich die latenten Angaben 50 visuell durch das Substrat 14, die Matrix 20, die viskoelastische Schicht 38 und die Unterlage 32 beobachten. Analog können die latenten Angaben 50 auf einem optionalen zweiten Substrat bereitgestellt werden, das auf der ersten Seite 16 des Substrats 14 vorgesehen ist. Die latenten Angaben 50 können auf dem Objekt 11 selbst bereitgestellt werden, wenn der Indikator an dem Objekt 11 befestigt ist, wie in 1B zu sehen ist.
Die latenten Angaben 50 können auf der zweiten Seite 18 des Substrats 14 vorgesehen sein, wobei die poröse Matrix 20 über den latenten Angaben liegt. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es nicht notwendig, daß das Substrat 14 lichtdurchlässig ist, obwohl es lichtdurchlässig sein kann. Je nach den latenten Angaben und der Oberfläche des Objekts 11, auf dem der Indikator angebracht werden kann, kann es bevorzugt werden, daß das Substrat 14 undurchlässig ist, damit man einen kontrastierenden Hintergrund für latente Angaben 50 erhält, die auf der zweiten Seite 18 des Substrats vorgesehen sind. Wenn die poröse Matrix 20 lichtdurchlässig wird, lassen sich die latenten Angaben visuell durch die Matrix 20, die viskoelastische Schicht 38 und die Unterlage 32 beobachten.
Latente Angaben 50 können in oder auf der exponierten Oberfläche 40 der porösen Matrix 20 vorgesehen werden, wie in 13A dargestellt. Bei einer derartigen Ausführungsform wird ein unsichtbares Abstoßungsmittel 52 auf einen ersten Abschnitt 54 der porösen Matrix 20 aufgetragen, wie in dem US-Patent Nr. 5,354,598 „Article Capable of Displaying Defined Images" (Arens) gelehrt wird. Auf diese Weise kann das viskoelastische Material 38 als Reaktion auf eine Wärmeexposition in den zweiten Abschnitt 56 der porösen Matrix bei 20b migrieren, kann aber nicht in den ersten Abschnitt 54 der porösen Matrix bei 20a migrieren, wie in 13C dargestellt. Alternativ kann das Abstoßungsmittel die Migration verlangsamen, statt sie zu verhindern, und dadurch eine zweistufige Anzeige der Wärmeexposition liefern. Indem ein kontrastierend gefärbtes oder undurchlässiges Substrat 14 verwendet wird, werden die latenten Angaben 50 visuell beobachtbar, wenn die zweite Seite 18 des Substrats visuell durch den zweiten Abschnitt 56 der Matrix beobachtbar wird, wie in 13B dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber ist nicht der ganze zweite Abschnitt 56 in 13B mit vergrößerter Transparenz dargestellt, obwohl im wesentlichen der ganze zweite Abschnitt 56 nach der Aktivierung des Indikators mit der gleichen Geschwindigkeit transparent wird. Der zweite Abschnitt 56 der porösen Matrix kann wie in 13B dargestellt ein negatives Bild der latenten Angaben liefern oder statt dessen ein positives Bild der latenten Angaben liefern. Alternativ kann das Abstoßungsmittel auf die exponierte Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials aufgebracht werden. Das Abstoßungsmittel verlangsamt dann die Migration lokal oder verhindert sie, wie oben beschrieben. Bei dem Abstoßungsmittel 52 kann es sich um ein beliebiges geeignetes Material handeln, um die Migration des viskoelastischen Materials 38 in den ersten Abschnitt 54 der porösen Matrix lokal zu verlangsamen oder zu verhindern. Ein bevorzugtes Abstoßungsmittel umfaßt ein fluorchemisches Abstoßungsmittel, das unter dem Handelsnamen Scotchgard^TM erhältlich ist, erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, USA. Zu anderen geeigneten Abstoßungsmitteln zählen Elmers Glue-All^TM, erhältlich von Borden Inc., Cincinnati, Ohio, USA, und Silikon. Latente Angaben können analog bereitgestellt werden, indem viskoelastisches Material 38 in einem die latenten Angaben umfassenden Muster auf die Unterlage 32 aufgebracht wird. Beispielsweise können die latenten Angaben durch Konterdruck einer latenten Textnachricht wie etwa „REPLACE" mit dem viskoelastischen Material 38 auf der Unterlage 32 bereitgestellt werden. Diese musterförmige Beschichtung migriert in die poröse Matrix 20, um die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix lokal zu erhöhen. Wenn das Substrat 14 durch den lokal transparenten Abschnitt der porösen Matrix sichtbar wird, lassen sich die latenten Angaben 50 visuell beobachten. Analog kann die poröse Matrix 20 in einem Muster auf das Substrat 14 aufgebracht werden.
Die verdunkelbaren Angaben 51 können auf mehrere Weisen bereitgestellt werden. Ein Indikator kann ein oder mehrere verdunkelbare Bilder enthalten, die in einer beliebigen Kombination der hier beschriebenen Möglichkeiten bereitgestellt werden. Was die Ausführungsformen von verdunkelbaren Angaben, die unten beschrieben sind, gemeinsam haben, besteht darin, daß die verdunkelbaren Angaben vor ihrem Hintergund weniger wahrnehmbar werden, wenn das viskoelastische Material 38 in die poröse Matrix 20 migriert und die Matrix zunehmend lichtdurchlässig macht. Beispielsweise werden die verdunkelbaren Angaben 51 weniger wahrnehmbar, wenn die zweite Seite 18 des Substrats 14 zunehmend durch die poröse Matrix 20 gesehen werden kann. Die Farb- und optische Dichte der zweiten Seite 18 des Substrats und der verdunkelbaren Angaben 51 sind so gewählt, daß der Kontrast der verdunkelbaren Angaben 51 vor ihrem Hintergrund reduziert wird, wenn die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix 20 zunimmt. Wenn ein lichtdurchlässiges Substrat 14 verwendet wird, macht die zunehmende Sichtbarkeit eines optionalen zweiten Substrats oder des Objekts 11 die verdunkelbaren Angaben 51 weniger wahrnehmbar. Bevorzugt nimmt die Differenz der optischen Dichte der verdunkelbaren Angaben 51 relativ zu ihrem Hintergrund um mindestens 0,2 ab, wenn das viskoelastische Material 38 in die poröse Matrix 20 migriert.
Die verdunkelbaren Angaben 51 können auf der porösen Matrix 20 bereitgestellt werden. Die verdunkelbaren Angaben können auf die exponierte Oberfläche 22 gedruckt werden und sollten eine Farbe und Dichte aufweisen, die der zweiten Seite 18 des Substrats ähnlich ist. Wenn die poröse Matrix 20 zunehmend lichtdurchlässig wird, nimmt der Kontrast der verdunkelbaren Angaben 51 gegenüber der zweiten Oberfläche 18 ausreichend ab, daß die Angaben verdunkelt werden.
Die verdunkelbaren Angaben 51 können bereitgestellt werden, indem ein Abschnitt der porösen Matrix 20 permanent transparent gemacht wird, wie in der Technik bekannt ist und von dem US-Patent Nr. 4,428,321 „Thermally-Activated Time-Temperature Indicator" exemplifiziert wird. Wenn das viskoelastische Material 38 in den Rest der porösen Matrix 20 migriert, wird die Matrix zunehmend lichtdurchlässig, wodurch die zweite Seite 18 des Substrats 14 zunehmend sichtbar wird. Dies reduziert den Kontrast zwischen den verdunkelbaren Angaben 51 und dem permanent transparent gemachten Abschnitt der Matrix 20, um dadurch die Angaben zu verdunkeln. Bei jeder der obigen beiden Ausführungsformen lassen sich die verdunkelbaren Angaben 51 anfänglich visuell durch das viskoelastische Material 38, die erste Unterlage 32 und gegebenenfalls durch die optionale zweite Unterlage 42 beobachten.
Die verdunkelbaren Angaben 51 können auf die exponierte Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials 38 gedruckt werden. Sie lassen sich anfänglich visuell durch das viskoelastische Material 38, die erste Unterlage 32 und gegebenenfalls die optionale zweite Unterlage 42 beobachten. Die verdunkelbaren Angaben können auf der ersten Oberfläche 34 oder der zweiten Oberfläche 36 der Unterlage 32 vorgesehen werden. Alternativ können die verdunkelbaren Angaben auf einer optionalen lichtdurchlässigen Unterlage 42 vorliegen, die auf der zweiten Oberfläche 36 der ersten Unterlage 32 vorgesehen sein kann, wie man in 1A sehen kann.
Eine Ausführungsform von verdunkelbaren Angaben 51 ist in den 14A–14C dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfassen die verdunkelbaren Angaben einen Strichcode 51, der anfänglich beobachtet werden kann, wie in 14A zu sehen ist. Wenn die poröse Matrix 20 zunehmend lichtdurchlässig wird, wird die zweite Seite 18 des Substrats 14 sichtbar, wodurch der Kontrast zwischen dem Strichcode 51 und seinem Hintergrund ausreichend reduziert wird, daß der Strichcode von einem Strichcodelesegerät nicht gelesen werden kann, wie in 14B veranschaulicht. Der Übersichtlichkeit halber ist in 14B nur ein Abschnitt des Strichcodes als verdunkelt dargestellt, obwohl im allgemeinen die ganze poröse Matrix den Strichcode nach dem Aktivieren des Indikators mit etwa der gleichen Geschwindigkeit verdunkeln wird. Alternativ können die verdunkelbaren Angaben 51 verdunkelt werden, indem latente Angaben 50 verdunkelt werden, die über den verdunkelbaren Angaben 51 erscheinende Linien oder Bänder umfassen, wie in 14C dargestellt. Die latenten Angaben können durch eine Musterbeschichtung des viskoelastischen Materials 38 auf der Unterlage 32 vorgesehen werden, wie oben beschrieben.
Wie man in den 15A und 15B sehen kann, kann der Indikator sowohl latente Angaben 50 als auch verdunkelbare Angaben 51 umfassen. Die verdunkelbaren Angaben 51 lassen sich anfänglich visuell beobachten, wie in 15A zu sehen. Wenn die zweite Seite 18 des Substrats 14 sichtbar wird, wird der Kontrast der verdunkelbaren Angaben 51 reduziert, bis er nicht länger wahrnehmbar ist, wie in 15B zu sehen. Die latenten Angaben 50 lassen sich anfänglich nicht visuell beobachten, wie in Figur 15A dargestellt, und werden visuell als ein positives Bild beobachtbar, wie in 15B dargestellt.
Wie in den 16A und 16B gezeigt, kann der Indikator eine visuell beobachtbare Anzeige der kumulativen Wärmeexposition mit Hilfe eines einfachen latenten Bilds 50 bereitstellen, das beispielsweise ein kreisförmiger oder rechteckiger Fleck sein kann. Vorgesehen ist auch ein Vergleichsbild 58, das überall auf dem Indikator vorgesehen sein kann, bevorzugt unmittelbar neben dem latenten Bild 50. Das Vergleichsbild 58 kann beispielsweise auf die obere Fläche 64 des Abstandshalters 62 unmittelbar neben der Öffnung 68 gedruckt sein, wie dargestellt. Alternativ kann das Vergleichsbild auf eine der Weisen bereitgestellt werden, die oben für das Bereitstellen eines verdunkelbaren Bilds beschrieben sind. Beispielsweise kann das Vergleichsbild 58 auf der porösen Matrix neben dem latenten Bild durch Bedrucken eines Abschnitts der porösen Matrix 20 oder durch permanentes Transparentmachen eines Abschnitts der porösen Matrix wie oben beschrieben bereitgestellt werden. Das Vergleichsbild 58 kann aber auch auf die erste Unterlage 32 oder die zweite Unterlage 42 gedruckt sein. Wie oben beschrieben wird durch Migration des viskoelastischen Materials 38 in die poröse Matrix 20 das latente Bild 50 zunehmend visuell beobachtbar. Wenn das latente Bild 50 hinsichtlich Farbe und Dichte dem Vergleichsbild 58 entspricht, liefert dies die visuell beobachtbare Anzeige der kumulativen Wärmeexposition. Alternativ kann das Vergleichsbild 58 mehrere Farben und/oder Dichten umfassen. Beispielsweise kann das Vergleichsbild 58 drei Bereiche zunehmender Dichte umfassen, wie in 16A dargestellt. Eine visuell beobachtbare Anzeige einer vorbestimmten Wärmeexposition wird bereitgestellt, wenn das latente Bild 50 dunkler ist als das hellste Vergleichsbild, dem dazwischenliegenden Vergleichsbild entspricht und heller ist als das dunkelste Vergleichsbild, wie in 16B dargestellt.
Eine alternative Ausführungsform der Bereitstellung eines Vergleichsbilds ist in den 24–26 dargestellt. 24 ist eine Draufsicht auf ein erstes Laminat 12, das ein kreisförmiges planares Substrat 14 mit einer porösen Matrix 20 darauf umfaßt. Das kreisförmige Substrat und die poröse Matrix werden an einer kontinuierlichen, länglichen Unterlage 15 mit Klebstoff 26 und Trägermaterial 28 darauf angebracht. 25 ist eine Draufsicht auf das zweite Laminat 30 mit einer ovalen lichtdurchlässigen Unterlage 32 mit viskoelastischem Material 38 darauf. Bei dieser Ausführungsform ist das Vergleichsbild 58 ein auf die exponierte Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials gedrucktes Bild mit einem unbedruckten Bereich 58 in der Mitte des Bilds. Die lichtdurchlässige Unterlage 32 wird an der kontinuierlichen, länglichen zweiten lichtdurchlässigen Unterlage 42 angebracht. Bei einer Version dieser Ausführungsform können das erste und zweite Laminat über lange Zeiträume in Rollenform getrennt gelagert werden. Diese Indikatoren werden dann aktiviert, indem das erste und zweite Laminat 12 und 30 aneinander befestigt werden, die indexiert werden müssen, so daß das viskoelastische Material 38 über der porösen Matrix 20 liegt. Eine Querschnittsansicht des aktivierten Indikators ist in 26 gezeigt, bei der die Dicken der Elemente zu Veranschaulichungszwecken vergrößert worden sind. Nachdem das längliche erste und zweite Laminat 12 und 30 aneinander angebracht worden sind, können individuelle Indikatoren 10 ausgeschnitten und dann an einem gewünschten Objekt angebracht werden. Bei einer weiteren Version dieser Ausführungsform können das längliche, kontinuierliche erste und zweite Laminat zusammen mit einer nicht dargestellten Barrierenlage dazwischen gelagert werden, wie oben bezüglich der in den 20–21 und 22–23 dargestellten Ausführungsformen beschrieben.
Alternativ können individuelle Indikatoren 10 gemäß dieser Ausführungsform konstruiert werden, indem diskrete Segmente des ersten und zweiten Laminats 12 und 30, gerade beschrieben, aneinander angebracht werden.
Die latenten Angaben 50 und verdunkelbaren Angaben 51 können beliebige geeignete Angaben umfassen, einschließlich unter anderem Textnachrichten, grafische Bilder und UPC-Strichcodes. Bei den Angaben kann es sich beispielsweise um eine gedruckte Nachricht handeln, die vom Benutzer gelesen werden soll. Ein latentes Bild wie etwa „EXPIRED", „DO NOT USE" oder dergleichen kann dazu verwendet werden, eine ein vorbestimmtes zulässiges Maximum übersteigende kumulative Wärmeexposition anzuzeigen. Ein verdunkelbares Bild wie etwa „FRESH" kann zusätzlich zu dem oder anstelle vom latenten Bild verwendet werden. Die Angabe „FRESH" würde verdunkelt werden, um eine kumulative Wärmeexposition anzuzeigen, die ein vorbestimmtes zulässiges Maximum übersteigt. Ein latentes und ein verdunkelbares Bild können so kombiniert werden, daß ein Abschnitt eines Bilds von einem latenten Bild verdunkelt oder dadurch ersetzt wird. Zudem können verdunkelbare und latente Angaben so kombiniert werden, daß das Sichtbarwerden der latenten Angaben den Kontrast der verdunkelbaren Angaben solange reduziert, bis sie im wesentlichen gleich sind, so daß weder die latenten noch die verdunkelbaren Angaben individuell wahrgenommen werden können. Mit anhaltender Migration des viskoelastischen Materials werden die latenten Angaben dunkler als die verdunkelbaren Angaben, wodurch die verdunkelbaren Angaben von einem positiven zu einem negativen Bild oder von einem negativen Bild zu einem positiven Bild umgekehrt werden.
Die Angaben können einen laserlesbaren Strichcode wie etwa ein UPC-Symbol umfassen. Verdunkelbare Strichcode angaben würden verdunkelt werden, um kumulative Wärmeexposition anzuzeigen, die ein vorbestimmtes zulässiges Maximum übersteigt. Wenn der Strichcode verdunkelt ist, würde er von einem Laserstrichcodelesegerät nicht gelesen werden können, was den Verkauf eines Objekts verhindert, dessen Nutzlagerdauer überschritten ist. Latente Strichcodeangaben könnten in Verbindung mit verdunkelbaren Strichcodeangaben verwendet werden, um einem Gegenstand einen neuen Preis zu geben, wenn die verbleibende Lagerzeit reduziert ist.
Ein nützliches Verfahren zum Messen der Effektivität des Indikators beim Bereitstellen von latenten Strichcodeangaben oder Verdunkeln von verdunkelbaren Strichcodeangaben 51 ist der Einsatz eines optischen Meßgeräts, das Messungen der Hunter-L-Skala liefert. Die Hunter-L-Skala ist ein Maß für die Schwarzheit eines Objekts. Wenn ein Substrat 14 mit einer schwarzen zweiten Seite 18 mit einer oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der porösen Matrix 20 beschichtet wird, erscheint die exponierte Oberfläche 22 der Matrix hellgrau. Wenn das viskoelastische Material 38 in die Matrix 20 migriert, ändert sich das Erscheinungsbild der exponierten Oberfläche von hellgrau zu dunkelgrau (nähert sich schwarz an), wenn die zweite Seite 18 zunehmend sichtbar wird. Dieser Fortschritt kann auf der Hunter-L-Skala gemessen werden und nimmt nach Beobachtung von einem Wert von etwa 70 vor der Migration des viskoelastischen Materials 38 auf einen Wert von etwa 20 ab, wenn das viskoelastische Material 38 die Hohlräume der Matrix 20 im wesentlichen füllt. Verdunkelbare Strichcodeangaben 51 werden vor der Aktivierung des Indikators auf die exponierte Oberfläche 22 gedruckt. Wenn der Indikator eine kumulative Wärmeexposition erfährt, werden Hunter-L-Messungen genommen. Außerdem werden die verdunkelbaren Strichcodeangaben mit einem Laserscanner von dem Typ gescannt, der als der Quick-Check 5 mit einem 633-Lichtgriffel bekannt ist, erhältlich von der Firma Photographic Sciences Corp., in Webster, New York, USA. Es wurde beobachtet, daß bei Absinken des Hunter-L-Werts der aktivierten Matrix 20 unter etwa 58–60 der Kontrast zwischen den verdunkelbaren Strichcodeangaben 51 und ihrem Hintergrund ausreichend reduziert wird, daß das Strichcodelesegerät den verdunkelbaren Strichcode 51 nicht länger lesen kann.
Alle hier beschriebenen Angaben können mit Hilfe beliebiger bekannter Drucktechniken auf die verschiedenen Komponenten des Indikators gedruckt werden, einschließlich unter anderem Offsetdruck, Siebdruck, Wärmetransfer, Elektrofotographie, Flexodruck oder Rotationstiefdruck.
Der Indikator der hier beschriebenen besonderen Ausführungsformen wurde so beschrieben, daß er ein transparentes zweites Laminat 30 aufweist, durch das hindurch die visuell beobachtbare Anzeige betrachtet werden konnte, und wurde so beschrieben, daß er am Objekt 11 derart befestigt werden kann, daß sich das erste Laminat 12 neben dem Objekt befindet. Es versteht sich natürlich, daß die vorliegende Erfindung so nicht eingeschränkt ist und statt dessen ein transparentes Substrat 14 enthalten kann, um das Ansehen der visuell beobachtbaren Anzeige durch das erste Laminat 12 hindurch zu gestatten. Bei einem derartigen Aufbau könnte der Indikator derart am Objekt 11 montiert sein, daß sich das viskoelastische Material 38 in der Nähe des Objekts 11 befindet. Eine derartige Anordnung kann das direkte Montieren des viskoelastischen Materials am Objekt 11 beinhalten, wobei das Objekt 11 dann als eine Unterlage 32 dienen würde, und eine separate Unterlage 32 entfallen kann. Außerdem kann der Indikator eine visuell beobachtbare Anzeige bereitstellen, indem ein viskoelastisches Material und eine poröse Matrix mit ausreichend verschiedenen Brechungsindizes derart gewählt werden, daß die Migration des viskoelastischen Materials die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix herabsetzt. Wahlweise kann der Unterlage, dem viskoelastischen Material, der porösen Matrix und/oder dem Substrat einer der hier beschriebenen Ausführungsformen wie gewünscht ein Farbton zugesetzt werden, um die gewünschte visuell beobachtbare Anzeige herzustellen.
Es ist zu erkennen, daß der Indikator der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den veranschaulichenden, nicht einschränkenden Anwendungen, die oben erörtert sind, mit einer großen Vielzahl von Objekten 11 verwendet werden kann. Der Indikator kann dazu verwendet werden, den Zeitpunkt anzuzeigen, zu dem ein Objekt weggeworfen, ersetzt oder gewartet werden sollte, selbst wenn sich das Objekt nicht als Reaktion auf die Temperatur zersetzt oder es normalerweise bei Raumtemperatur verwendet wird. Beispielsweise kann der Indikator auf eine Zahnbürste angebracht werden, um eine Anzeige darüber zu liefern, wann die Zahnbürste weggeworfen werden sollte. Der Indikator der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise auch als eine Art von Sicherheitsabzeichen oder Sicherheitspaß verwendet werden. Der Indikator könnte hergestellt werden, um beispielsweise eine vorbestimmte zulässige Zeit bei Raumtemperatur anzuzeigen. Ein derartiger Indikator könnte in ein Abzeichen oder einen Paß integriert werden, um einer Person für einen gewünschten Zeitraum Zugang zu einem Bereich zu gestatten, wie etwa für einen Tag oder eine beliebige gewünschte Anzahl von Tagen. Der Indikator würde zu Beginn der zulässigen Periode aktiviert werden und eine visuell beobachtbare Änderung liefern, um das Ablaufen der zulässigen Periode anzuzeigen.
Die vorliegende Erfindung enthält außerdem die folgenden Verfahren zur Bereitstellung eines Zeit-/Temperatur-integrierenden Indikators. Die unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschriebene Ausführungsform kann vorteilhafterweise mit Hilfe einer in 17 schematisch dargestellten Vorrichtung 80 konstruiert werden. Die Vorrichtung 80 enthält eine Abwickelrolle 82, auf die eine Länge des zweiten Laminats 30 gewickelt ist. Die Vorrichtung 80 enthält weiterhin eine Abwickelrolle 84, auf die eine Länge des ersten Laminats 12 gewickelt ist. Das erste Laminat wird von der Abwickelrolle 84 abgewickelt und läuft durch eine Druckstation 86. Die Druckstation 86 bringt latente oder verdunkelbare Angaben auf, wie oben beschrieben. Alternativ kann der Streifen aus dem ersten Laminat 12 bereits Angaben umfassen, bevor er auf die Abwickelrolle 84 gewickelt wird. Das zweite Laminat 30 wird gleichzeitig oder sequenziell von der Abwickelrolle 82 abgewickelt. Das zweite Laminat 30 kann wahlweise durch eine Druckstation ähnlich 86 laufen oder selbst bereits Angaben umfassen, bevor es auf die Abwickelrolle 82 gewickelt wird. Das erste Laminat 12 und das zweite Laminat 30 werden an dem zwischen den Laufrollen 90 und 92 ausgebildeten Spalt derart in Kontakt gebracht, daß die exponierte Oberfläche 22 der porösen Matrix 20 in Kontakt mit der exponierten Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials 38 gebracht wird, wodurch der Indikator aktiviert wird. Eine Schnittvorrichtung 94 schneidet den langen Indikator in diskrete Indikatoren, die dann auf Objekte 11 oder eine kontinuierliche Lage zur nachfolgenden Aufbringung auf Objekte 11 aufgebracht wird. Alternativ kann das erste Laminat anfänglich am Objekt 11 befestigt werden, und das zweite Laminat 30 kann danach am ersten Laminat 12 montiert werden. Bei der Vorrichtung 80 ist der Indikator nicht aktiviert, bevor das erste und zweite Laminat in Kontakt gebracht werden. Die Vorrichtung 80 ist deshalb eine Ausführungsform eines Betätigungsmittels gemäß der vorliegenden Erfindung.
In 18 ist als 100 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bereitstellen von Indikatoren gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 100 eignet sich insbesondere für die Bereitstellung von Indikatoren, die gemäß der bezüglich 2 beschriebenen Ausführungsform hergestellt werden. Die Vorrichtung 100 umfaßt eine Abwickelrolle 102, auf die eine Länge des zweiten Laminats 30 gewickelt ist, eine Abwickelrolle 106, auf die eine Länge des ersten Laminats 12 gewickelt ist, und eine Abwickelrolle 104, auf die eine Länge des Materials zum Ausbilden des Abstandshalters 62 gewickelt ist. Das Abstandshaltermaterial wird von der Abwickelrolle 104 abgewickelt und bewegt sich vor zu einer Stanzeinrichtung 108 und einer Unterlage 110 zum Ausbilden einer Öffnung 68 im Abstandshalter 62. Ausschnitte 69 werden aus dem Abstandshaltermaterial ausgeworfen. Das Abstandshaltermaterial läuft an einem Klebstoffbeschichter 111 vorbei und weiter zu dem zwischen den Laufrollen 112 und 114 ausgebildeten Spalt. Das erste Laminat 12 und das zweite Laminat 30 werden von ihren jeweiligen Rollen abgewickelt und bewegen sich vor zu dem zwischen den Rollen 112 und 114 ausgebildeten Spalt, entweder gleichzeitig oder sequenziell. Das zweite Laminat 30 wird an der oberen Fläche 64 des Abstandshalters 62 derart angebracht, daß die exponierte Oberfläche 40 des viskoelastischen Materials 38 an der oberen Fläche 64 haftet und die Öffnung 68 bedeckt. Das erste Laminat 12 wird an der unteren Fläche 66 des Abstandshalters 62 derart angebracht, daß die exponierte Oberfläche 22 der porösen Matrix 20 an der Bodenfläche 66 haftet und ebenfalls die Öffnung 68 bedeckt. Der Indikator bleibt in seinem inaktivierten Zustand, wobei das viskoelastische Material 38 und die Matrix 20 außer Kontakt gehalten werden, wie in 3A dargestellt. Der Indikator läuft dann weiter zur Schnittvorrichtung 116, wo er wie gezeigt in diskrete Indikatoren 60 geschnitten wird. Alternativ kann der Indikator in Längen aus mehreren angrenzenden Indikatoren mit Perforationen dazwischen geschnitten werden, um später getrennt zu werden, wie in 19 dargestellt. Die Indikatoren können über einen langen Zeitraum hinweg nicht aktiviert gelagert werden, bis sie an einem zu überwachenden Objekt befestigt und dann aktiviert werden.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden ausführlichen Beispiele näher beschrieben. Diese Beispiele werden dargeboten, um die verschiedenen spezifischen und bevorzugten Ausführungsformen und Techniken näher zu veranschaulichen. Es versteht sich jedoch, daß viele Variationen und Modifikationen vorgenommen werden können und gleichzeitig innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung bleiben.
TESTVERFAHREN
AUSLAUFZEIT
Die Auslaufzeit ist die Zeit, die ein Indikator nach seiner Aktivierung benötigt, um sich als Reaktion auf eine kumulative Wärmeexposition von einem Farbe-„L"-Wert von etwa 65 auf einen Farbe-„L"-Wert von 30 zu ändern. Die Farbe „L" ist das HunterLab-Maß dafür, wie hell oder dunkel eine Probe ist. Höhere Zahlen, d. h. näher bei 100 weisen auf zunehmend hellere Grauschattierungen hin, die sich weiß annähern, während sich 0 annähernde Zahlen zunehmend dunklere Grauschattierungen anzeigen, die sich schwarz nähern. Dazwischenliegende Zahlen, zwischen etwa 25 und 75, sind visuell unterscheidbare Grauschattierungen. Die Farbe eines Zeit-Temperatur-Indikators wird vor der Aktivierung gemessen und nach der Aktivierung periodisch überwacht, wobei ein Spektrophotometer (Spektrophotometer X-Rite^TM SP 68, erhältlich von X-Rite Inc., Grandville, MI, USA) verwendet wird. Die Meßwerte werden aufgezeichnet und analysiert, wobei QA-Master^TM-Software (erhältlich von X-Rite, Inc.) verwendet wird, und der HunterLab-Farbe-„L"-Wert wird als das Meßsystem ausgewählt. Der Test wird gemäß den Anweisungen des Herstellers durchgeführt und mit Standardfarbkacheln kalibriert.
GLASÜBERGANGSTEMPERATUR
Die Glasübergangstemperatur (T_g) des viskoelastischen Materials in Grad Celsius wird mit einem Differential-Scanning-Calorimeter (DSC 2920, erhältlich von TA Instruments Inc., New Castle DE, USA) und Wärmeanalysierersoftware (TA 2200 Thermal Analyzer von TA Instruments) oder unter Verwendung eines DSC 2200 und verwandter Software (früher erhältlich von DuPont Co.) bestimmt.
AKTIVIERUNGSENERGIE
Die effektive Aktivierungsenergie (Ea) des viskoelastischen Materials wird unter Verwendung der oben erörterten Arrhenius-Gleichung in Kilokalorien pro Mol (kcal/Mol) bestimmt. Die Geschwindigkeitskonstante k wird bei mehreren Temperaturen T für jedes viskoelastische Material bestimmt, in der Regel bei 12°C, 22,4°C, 30°C, 40°C und 50°C. Dann wird für ln(k) als Funktion von 1/T (°Kelvin) eine Kurve gezogen. Dann wird für die Daten eine am besten passende Gerade bestimmt, deren Steigung den Wert des effektiven Werts Ea/R darstellt, wobei R die universale Gaskonstante 1,987 cal/Mol°K ist. Die Steigung der Linie wird dann mit R multipliziert, um Ea zu berechnen, das in den unten tabulierten Ergebnissen angegeben ist.
EIGENVISKOSITÄT
Die Eigenviskosität des viskoelastischen Materials wird mit einem Canon-Fenske Viskosimeter Nr. 50 in einem auf 25–27°C gesteuerten Wasserbad bestimmt. Die Viskosität wird in Ethylacetat bei der in Gramm pro Deziliter (g/dl) angegebenen Konzentration gemessen. Die Prozedur ist in ASTM D2857-93 beschrieben. Die Eigenviskosität liefert eine Angabe über die relative Molekülmasse des viskoelastischen Materials.
Erstes Laminat A
Durch Vermischen von 23,23 Teilen Toluol, 3,24 Teilen Disisobutylketon, 6,5 Teilen Methylisobutylketon, 7,49 Teilen hydroxyfunktionellem Acrylharz (G-Cure 868-RX-60, erhältlich von Henkel Co.), 57,01 Teilen Natrium-Kalium-Aluminiumsilikat (Minex^TM 10, erhältlich von Indusmin Limited), 1,11 Teilen Celluloseacetatbutyrat (CAB 500-5, erhältlich von Eastman Chemical Co.) und 1,42 Teilen Hexamethylendiisocyanat (Desmodur^TM N-75, erhältlich von Mobay Chemical Co.) wurde eine Dispersion hergestellt. Ein Laminat mit einer porösen Matrix auf einer Seite wurde durch Vorhangbeschichten der Dispersion auf eine 0,2 mm dicke Papierlaminatkonstruktion mit zwei Blättern aus einseitig glattem schwarzem 40-Pfund-Kraftpapier hergestellt, die durch Extrudieren von hochdichtem Polyethylen zwischen den Blättern und Kalandrieren bis auf eine Dicke von etwa 0,18 mm (das Flächengewicht des Laminats betrug etwa 65 Gramm/Quadratmeter) zusammenlaminiert wurden. Die Beschichtung wurde in einem Ofen mit Luftumwälzung etwa eine Minute lang bei 100°C getrocknet, damit man eine trockene Beschichtungsdicke von etwa 12,7 Mikrometern (0,5 Milli-Inch) erhielt.
Erstes Laminat B
Durch Vermischen von 16,52 Teilen Toluol, 8,23 Teilen hydroxyfunktionellem Acrylharz (G-Cure 868-RX-60), 73,5 Teilen Calciumcarbonat (Dryca Flo 125, erhältlich von Sylacauga Calcium Products) und 1,42 Teilen Hexamethylendiisocyanat (Desmodur^TM N-75) wurde eine Dispersion hergestellt.
Ein Laminat mit einer porösen Matrix auf einer Seite wurde durch Vorhangbeschichtung der Dispersion auf eine 0,2 mm dicke Papierlaminatkonstruktion mit zwei Blättern aus einseitig glattem rosafarbigem 40-Pfund-Kraftpapier hergestellt, die mit hochdichtem Polyethylen wie bei Substrat I zusammenlaminiert wurden. Die Beschichtung wurde in einem Ofen mit Luftumwälzung etwa eine Minute lang bei 100°C getrocknet, damit man eine trockene Beschichtungsdicke von etwa 12,7 Mikrometern (0,5 Milli-Inch) erhielt.
Erstes Laminat C
Ein Laminat wurde wie in Erstes Laminat B hergestellt, wobei grünes Kraftpapier verwendet wurde.
Erstes Laminat D
Ein Laminat wurde wie in Erstes Laminat B hergestellt, wobei ein blaues Papier verwendet wurde.
Beispiel 1
Durch Vermischen von 100 Teilen Isooctylacrylat mit 0,002 Teilen 2,2'-Azobis(isobutyronitril)-Initiator (Vazo^TM 64, erhältlich von DuPont Company) in 81,8 Teilen einer Lösungsmittelmischung mit 98 Teilen Ethylacetat und 2 Teilen Isopropanol in einem Quart-Becher wurde eine viskoelastische Acrylatzusammensetzung hergestellt. Der Becher wurde 2 Minuten lang mit 1 Liter Stickstoff pro Minute gespült, versiegelt und 24 Stunden in ein sich drehendes erhitztes Wasserbad von etwa 55°C gesetzt. Der Prozentsatz an Feststoffen betrug 55%, und die Eigenviskosität nach Bestimmung gemäß der oben beschriebenen Prozedur bei einer Feststoffkonzentration von 0,25 Gramm/Deziliter ist in Tabelle 1 gezeigt.
Ein zweites Laminat wurde durch Auftragen der obigen Zusammensetzung bis auf ein Trockenbeschichtungsgewicht (Strichgewicht) von 0,38 Gramm pro 155 Quadratzentimeter (g/155 cm²) auf einen 0,05 Millimeter dicken, optisch transparenten coronabehandelten Polyesterfilm hergestellt, der auf der Rückseite mit einer Trennschicht behandelt worden war (mit Carbamat-Copolymer aus Polyvinylalkohol und Octadecylisocyanat, wie aus US-Patent Nr. 2,532,011 bekannt (Dahlquist et al.)). Das zweite Laminat wurde etwa 7 Minuten lang in einem Ofen bei etwa 71°C getrocknet.
Ein Zeit-Temperatur-Indikator wurde hergestellt und aktiviert, indem ein 2,54 cm breiter Streifen des zweiten Laminats auf das erste Laminat A aufgetragen und dann mit einer 2,3 Kilogramm-(5 lbs)-Walze sofort festgewalzt wurde. Der Farbe-„L"-Wert wurde als 65 bestimmt. Der Farbe-„L"-Wert wurde auf einer periodischen Basis (stündlich, täglich, wöchentlich, usw., passen dazu, wie schnell sich der Indikator in Dunkelheit änderte) gemessen, bis der Farbe-„L"-Wert auf 30 abfiel. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiele 2–4
Zeit-Temperatur-Indikatoren wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Ethylacetat/Isopropanol-Verhältnisse variiert wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt. Verschiedene Eigenviskositäten erhielt man durch Ändern des Lösungsmittelmischverhältnisses von Ethylacetat/Isopropanol, wie in der Tabelle angegeben.
Tabelle 1
Beispiele 5–8
Zeit-Temperatur-Indikatoren wurden wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer daß die Prozentsätze an Feststoffen variiert wurden, wie in Tabelle 2 gezeigt. Das Lösungsmittel war Ethylacetat. Die Polymerisierungsbedingungen für die Beispiele 5–7 waren die gleichen wie in Beispiel 1. Beispiel 8 wies 0,15 Teile Vazo^TM64-Initiator auf, und die Polymerisierung wurde bei 50°C durchgeführt. Alle Proben wurden 3 Minuten lang bei 1 Liter pro Minute mit Stickstoff vor der Polymerisierung gespült. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Die Daten in Tabelle 2 zeigen, daß man mit viskoelastischen Materialien mit einer höheren relativen Molekülmasse längere Auslaufzeiten erreichen kann, und daß bei höhreren Temperaturen die Auslaufzeiten verkürzt werden.
Beispiele 9–23
Zeit-Temperatur-Indikatoren wurden ähnlich wie Beispiel 1 hergestellt, außer daß eine viskoelastische Zusammensetzung mit 94 Teilen Isooctylacrylat (IOA) mit 6 Teilen Acrylsäure (AA) mit 0,002 Teilen Vazo^TM 64-Initiator verwendet wurde. Das viskoelastische Material weist bei einer Konzentration von 0,25 Gramm/Deziliter eine Eigenviskosität von 0,80 auf.
Viskoelastische Zusammensetzungen für die Beispiele 10–23 wurden hergestellt, indem der viskoelastischen Zusammensetzung Klebrigmacher und/oder Weichmacher in den in Tabelle 3 gezeigten Mengen pro 100 Teile des viskoelastischen Acrylatmaterials zugesetzt wurden (phr). Die Beispiele 10–14 wiesen unterschiedliche Mengen eines Kolophoniumharz-Klebrigmachers auf (Foral^TM 85, erhältlich von Hercules, Inc., in Wilmington, Delaware, USA). Beispiel 15 enthielt Dioctylphthalat, einen Weichmacher. Die Beispiele 16–18 enthielten Diisononylphthalat (Jayflex^TM-Diisononylphthalat, erhältlich von Exxon Chemical Co.). Die Beispiele 19–21 enthielten sowohl Klebrigmacher (Foral^TM 85) als auch einen Weichmacher (Diisononylphthalat). Die Beispiele 22–23 enthielten einen Hydroabietyl-Harz-Klebrigmacher (Abitol^TM E, erhältlich von Hercules, Inc.)
Tabelle 3
Die Daten in Tabelle 3 zeigen, wie einem viskoelastischen Material unterschiedliche Mengen an Weichmachern und/oder Klebrigmachern zugesetzt werden können, um die Glasübergangstemperatur, die Aktivierungsenergie und die Auslaufzeit eines Indikators zu modifizieren.
Beispiele 24–25
Zeit-Temperatur-Indikatoren wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß Beispiel 24 ein viskoelastisches Material verwendete mit einer Zusammensetzung aus 50 Gewichtsteilen Ethylacrylat und 50 Gewichtsteilen Methylacrylat, und Beispiel 25 verwendete ein viskoelastisches Material mit einer Zusammensetzung von 18 Gewichtsteilen Ethylacrylat und 82 Gewichtsteilen Methylacrylat. Das für diese Beispiele verwendete Lösungsmittel war eine 90/10-Mischung aus Ethylacetat/Isopropanol. Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Beispiele 26–27
Zeit-Temperatur-Indikatoren wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß Beispiel 26 ein viskoelastisches Material verwendete, das eine Zusammensetzung aus 60 Teilen Isooctylacrylat und 40 Teilen Isobornylacrylat aufwies, und Beispiel 27 verwendete ein viskoelastisches Material, das eine Zusammensetzung aus 53 Teilen Isooctylacrylat und 47 Teilen Isobornylacrylat aufwies. Das für diese Beispiele verwendete Lösungsmittel war eine 99/1-Mischung aus Ethylacetat/Isopropanol. Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Beispiel 28
Eine Haftklebstoffzusammensetzung wurde hergestellt durch Compoundierung von 100 Teilen eines Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymers (Kraton^TM 1107, erhältlich von Shell Chemical Co.), 100 Teilen klebrigmachenden Kohlenstoffharzes (Wingtack^TM Extra, erhältlich von The Goodyear Company) und 100 Teilen eines klebrigmachenden Harzes (Zonarez^TM A25, erhältlich von Arizona Chemical Co.) in 400 Teilen Toluol. Zugesetzt wurden außerdem Antioxidantien (1,5 Teile Irganox^TM 1076, erhältlich von Ciba Geigy, und 1,5 Teile Cyanox^TM LTDP, erhältlich von American Cyanamid Co.). Die Klebstoffzusammensetzung wurde bis auf eine Trockenbeschichtungsdicke von 30,5 Mikrometern auf einen transparenten coronabehandelten biaxial orientierten Polypropylenfilm aufgetragen, um ein zweites Laminat auszubilden. Dann wurde ein Zeit-Temperatur-Indikator hergestellt durch Laminieren eines 2,54 cm breiten Streifens des zweiten Laminats mit einer 2,3 kg-Walze auf Proben des ersten Laminats, die mit schwarzen UPC-Strichcodes bedruckt worden waren. Die Indikatoren wurden dann auf ihre Farben-„L"-Werte hin gemessen und der Strichcode wurde hinsichtlich Lesbarkeit mit einem Quick-Check^TM-Strichcodelesegerät mit einem 633-Lesestift (erhältlich von Photographic Sciences Corp., Webster, New York, USA) gescannt. Die Proben wurden dann bei 23,9°C und 48,9°C gealtert und überwacht. Der Strichcode ließ sich nicht länger von dem Strichcodelesegerät lesen, wenn der Farbe-„L"-Wert unter etwa 58 abfiel. Die Testergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
Die Daten in Tabelle 5 zeigen, daß ein Zeit-Temperatur-Indikator der Erfindung eine Anzeige über eine Exposition mit höheren Temperaturen liefert, indem er schneller dunkler wird, als wenn sich der Indikator auf einer niedrigeren Temperatur befinden würde.
Beispiele 28–30
Für Beispiel 28 wurde ein Zeit-Temperatur-Indikator durch Laminieren des zweiten Laminats von Beispiel 19 auf das erste Laminat D hergestellt. Die Beispiele 29 und 30 wurden durch Laminieren des zweiten Laminats von Beispiel 28 auf die ersten Laminate B bzw. C hergestellt. Die Beispiele 28–30 wurden nicht hinsichtlich spezifischer Auslaufzeiten überwacht, doch wurde beobachtet, daß über einen Zeitraum hinweg eine visuell beobachtbare Farbänderung auftrat.
Beispiele 31–40
Die Beispiele 31–40 wurden mit der porösen Matrix hergestellt, die aus Proben von 0,178 mm (0,007 Inch) dickem gewaschenem mikroporösem Polyethylenfilm bestanden. Die Beispiele 31–35 enthielten visko elastische Materialien, die durch Copolymerisation variierender Verhältnisse aus Isooctylacrylat (IOA) und Acrylsäure (AA) hergestellt wurden, wie in Tabelle 6 dargelegt. Die Beispiele 36–40 wurden durch Copolymerisation variierender Verhältnisse von Isooctylacrylat (IOA) und Methylacrylat (MA) hergestellt, wie in Tabelle 7 dargelegt. Die viskoelastischen Materialien wurden in Lösungen aus variierenden Mischungen aus Ethylacetat-/Isopropanol-(EtOAc/iPrOH)-Lösungsmittel mit variierenden Prozentsätzen an Feststoffen hergestellt, wie in den Tabellen 6 und 7 dargelegt. Die Lösungen wurden in Trocknungspfannen aus Aluminium mit einem Durchmesser von etwa 5,0 cm (2,0 Inch) gegossen und etwa 16 Stunden lang an Luft trocknen gelassen und dann 7 Stunden lang in einen Konvektionsofen bei 120°C gelegt. Die Proben wurden dann 16,5 Stunden lang in einen Vakuumofen bei 80°C gegeben. Die Klebstoffzusammensetzungen wiesen eine Trockenbeschichtungsdicke von etwa 1 mm auf. Proben des mikroporösen Polyethylenfilms wurden auf die exponierte Oberfläche jeder Probe aus viskoelastischem Material gegeben. Die Trocknungspfannen wurden durch Schneiden halbiert, wobei ein Satz bei 22°C (72°F) und der andere bei 49°C (120°F) gelagert wurde. Um in den Beispielen 31–49 die Auslaufzeit zu bestimmen, wurden die Proben periodisch überwacht, um visuell zu bestimmen, wann der poröse Film ausreichend durchscheinend wurde, damit man die Aluminiumpfanne durch den Polyethylenfilm und das viskoelastische Material hindurch sehen konnte. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 6 und 7 aufgeführt.
Tabelle 6
Tabelle 7
Die vorliegende Erfindung ist nun unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen davon beschrieben worden. Die obige ausführliche Beschreibung und die Beispiele sind nur zu ihrem besseren Verständnis aufgeführt worden. Es sollen daraus keine unnötigen Beschränkungen verstanden werden. Dem Fachmann ist klar, daß bei den beschriebenen Ausführungsformen viele Änderungen vorgenommen werden können, und die vorliegende Erfindung sollte auf die präzisen Details und Strukturen beschränkt sein, wie durch die Ansprüche definiert.

Claims

Zeit- und Temperaturintegrierungseinrichtung (10) zum Bereitstellen einer visuell beobachtbaren Anzeige kumulativer Wärmeexposition, wobei die Einrichtung folgendes umfaßt: a) eine diffus lichtreflektierende, poröse Matrix (20), wobei die poröse Matrix eine exponierte Oberfläche (22) enthält; b) eine erste Unterlage (32), die eine erste Oberfläche (34) und eine zweite Oberfläche (36) umfaßt, wobei die erste Oberfläche der Unterlage ein darauf angeordnetes, viskoelastisches Material (38) enthält und wobei das viskoelastische Material gegenüber der Unterlage eine exponierte Oberfläche (40) enthält; und c) Betätigungsmittel zum selektiven Umschalten der Einrichtung aus einem inaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand; wobei das viskoelastische Material (38) sich im wesentlichen außer Kontakt mit der porösen Matrix (20) befindet, wenn sich die Einrichtung in dem inaktivierten Zustand befindet; wobei das Betätigungsmittel, wenn sich die Einrichtung in dem aktivierten Zustand befindet, die exponierte Oberfläche (40) des viskoelastischen Materials (38) und die exponierte Oberfläche (22) der porösen Matrix (20) in wesentlichem Kontakt miteinander hält, derart daß das viskoelastische Material mit einer mit der Temperatur steigenden Geschwindigkeit fortschreitend in die poröse Matrix migriert; und wobei die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend ändert, um eine visuell beobachtbare Anzeige einer kumulativen Wärmeexposition bereitzustellen.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Migration des viskoelastischen Materials (38) in die poröse Matrix (20) die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend erhöht.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Migration des viskoelastischen Materials (38) in die poröse Matrix (20) die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend reduziert.
Einrichtung (10) nach Anspruch 2, weiterhin mit einem ersten Substrat (14), das eine erste Seite (16) und eine zweite Seite (18) enthält, wobei sich die poröse Matrix (20) auf der zweiten Seite des Substrats befindet.
Einrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei das viskoelastische Material (38) einen Haftklebstoff umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Haftklebstoff (38) sich als Reaktion auf die Ineingriffnahme des Betätigungsmittels mit der porösen Matrix (20) verbindet.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die visuell beobachtbare Anzeige latente Angaben (50) umfaßt, wobei die latenten Angaben nicht visuell beobachtet werden können, wenn sich der Indikator in seinem inaktivierten Zustand befindet, und wobei die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix derart ausreichend erhöht, daß die latenten Angaben visuell beobachtbar werden.
Einrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die latenten Angaben (50) einen Strichcode umfassen, der von einem Strichcodelesegerät nicht gelesen werden kann, wenn sich der Indikator in seinem inaktivierten Zustand befindet, und wobei die Migration des viskoelastischen Materials (38) in die poröse Matrix (20) die poröse Matrix ausreichend lichtdurchlässig macht, daß ein Strichcodelesegerät den Strichcode lesen kann.
Einrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die latenten Angaben (50) entweder auf der ersten Seite (16) des Substrats (14) und/oder der zweiten Seite (18) des Substrats und/oder der exponierten Oberfläche (22) der porösen Matrix und/oder der exponierten Oberfläche (40) des viskoelastischen Materials angeordnet sind.
Einrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei die latenten Angaben (50) ein auf einem ersten Teil entweder der exponierten Oberfläche (22) der porösen Matrix und/oder der exponierten Oberfläche (40) des viskoelastischen Materials angeordnetes Abstoßungsmittel (52) umfassen, und zwar zum Dämpfen der Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix bei dem ersten Teil (54), und wobei die Migration des viskoelastischen Materials bei einem zweiten Teil (56) der porösen Matrix die Lichtdurchlässigkeit des zweiten Teils der porösen Matrix ausreichend erhöht, daß das Substrat (14) an dem zweiten Teil durch die poröse Matrix hindurch sichtbar wird.
Einrichtung (10) nach Anspruch 7, weiterhin mit einem auf der ersten Seite (16) des ersten Substrats (14) angeordneten zweiten Substrat, wobei das zweite Substrat die latenten Angaben (50) enthält, wobei das erste Substrat lichtdurchlässig ist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 7, weiterhin mit einem Vergleichsbild (58), wobei die visuell beobachtbare Anzeige die latenten Angaben (50) mit einer Dichte umfaßt, die im wesentlichen genauso groß oder größer ist als die Dichte des Vergleichsbilds (58), wenn das viskoelastische Material (38) in die poröse Matrix (20) migriert.
Einrichtung (10) nach Anspruch 7, weiterhin mit einer Mehrzahl von Vergleichsbildern (58) zunehmender Dichte, wobei die visuell beobachtbare Anzeige die latenten Angaben (50) mit einer Dichte umfaßt, die im wesentlichen genauso groß oder größer ist als die Dichte eines der Mehrzahl von Vergleichsbildern (58), wenn das viskoelastische Material (38) in die poröse Matrix (20) migriert.
Einrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei entweder die poröse Matrix (20) und/oder das viskoelastische Material (38) in einem Muster aufgebracht wird/werden und wobei das Muster die latenten Angaben (50) umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die visuell beobachtbare Anzeige verdunkelbare Angaben (51) umfaßt, wobei die zweite Oberfläche (18) des Substrats (14) eine Farbe und optische Dichte umfaßt, die der Farbe und optischen Dichte der verdunkelbaren Angaben (51) ausreichend ähnlich sind, daß die Migration des viskoelastischen Materials (38) in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix (20) ausreichend erhöht, daß die zweite Oberfläche des Substrats durch die poröse Matrix hindurch fortschreitend sichtbar wird und dadurch der Kontrast zwischen den verdunkelbaren Angaben und dem Substrat fortschreitend reduziert wird, um dadurch die verdunkelbaren Angaben zu verdunkeln.
Einrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei die verdunkelbaren Angaben (51) einen Strichcode umfassen, wobei der Strichcode von einem Strichcodelesegerät gelesen werden kann, wenn die poröse Matrix (20) undurchsichtig ist, und wobei die Migration des viskoelastischen Materials (38) in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix ausreichend erhöht, daß der Strichcode ausreichend verdunkelt wird, daß er von einem Strichcodelesegerät nicht gelesen werden kann.
Einrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei die verdunkelbaren Angaben (51) entweder auf der exponierten Oberfläche (22) der porösen Matrix und/oder der exponierten Oberfläche (40) des viskoelastischen Materials und/oder der ersten Oberfläche (16) der Unterlage und/oder der zweiten Oberfläche (18) der Unterlage angeordnet sind.
Einrichtung (10) nach Anspruch 17, wobei die verdunkelbaren Angaben (51) einen permanent transparent gemachten Teil der porösen Matrix (20) umfassen.
Einrichtung (10) nach Anspruch 15, weiterhin mit einer über der ersten Unterlage (32) angeordneten zweiten Unterlage (42), wobei die verdunkelbaren Angaben (51) auf der zweiten Unterlage angeordnet sind.
Einrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die visuell beobachtbare Anzeige weiterhin verdunkelbare Angaben (51) umfaßt, wobei die zweite Oberfläche (18) des Substrats eine Farbe und optische Dichte umfaßt, die der Farbe und optischen Dichte der verdunkelbaren Angaben ausreichend ähnlich sind, daß die Migration des viskoelastischen Materials (38) in die poröse Matrix (20) die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix ausreichend erhöht, daß die zweite Oberfläche des Substrats durch die poröse Matrix hindurch fortschreitend sichtbar wird und dadurch der Kontrast zwischen den verdunkelbaren Angaben und dem Substrat fortschreitend reduziert wird, um dadurch die verdunkelbaren Angaben zu verdunkeln.
Einrichtung (10) nach Anspruch 20, wobei die latenten Angaben (50) einen ersten Strichcode umfassen, der von einem Strichcodelesegerät nicht gelesen werden kann, wenn sich der Indikator in seinem inaktivierten Zustand befindet, wobei die verdunkelbaren Angaben (51) einen von einem Strichcodelesegerät lesbaren zweiten Strichcode umfassen; und wobei die Migration des viskoelastischen Materials (38) in die poröse Matrix (20) die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix ausreichend erhöht, daß: (a) ein Strichcodelesegerät den ersten Strichcode lesen kann und (b) der zweite Strichcode ausreichend verdunkelt wird, daß er nicht von einem Strichcodelesegerät gelesen werden kann.
Einrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die optische Dichte der latenten Angaben (50) um mindestens 0,2 zunimmt, wenn die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix (20) zunimmt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei die Differenz zwischen der optischen Dichte der verdunkelbaren Angaben (51) und der optischen Dichte des Substrats (14) um mindestens 0,2 abnimmt, wenn die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix (20) zunimmt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die poröse Matrix (20) eine Mehrzahl von Teilchen (24) umfaßt, die von einem Bindemittel (25) auf offenporige Weise an dem Substrat (14) gehalten werden.
Einrichtung (10) nach Anspruch 24, wobei der Brechungsindex der Teilchen (24) ausreichend nahe am Brechungsindex des viskoelastischen Materials (38) ist, daß die poröse Matrix (20) ausreichend lichtdurchlässig wird, um die visuell beobachtbare Anzeige zu liefern, wenn das viskoelastische Material in die poröse Matrix migriert.
Einrichtung (10) nach Anspruch 25, wobei der Brechungsindex des viskoelastischen Materials (38) zwischen 1,3 und 2,2 und der Brechungsindex der Teilchen (24) zwischen 1,3 und 2,2 liegt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 25, wobei der Brechungsindex des viskoelastischen Materials (38) innerhalb einer Marge von bis zu 0,4 über oder unter dem Brechungsindex der Teilchen (24) liegt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das viskoelastische Material (38) eine effektive Aktivierungsenergie aufweist, die derart gewählt ist, daß die Einrichtung eine vorbestimmte zulässige kumulative Wärmeexposition anzeigt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 28, wobei die effektive Aktivierungsenergie derart gewählt ist, daß die Einrichtung eine vorbestimmte zulässige kumulative Wärmeexposition für ein Objekt anzeigt, dessen kumulative Wärmeexposition von der Einrichtung angezeigt werden soll.
Einrichtung (10) nach Anspruch 29 in Kombination mit einem Objekt (11), dessen kumulative Wärmeexposition von der Einrichtung angezeigt werden soll, wobei die Einrichtung thermisch mit dem Objekt gekoppelt ist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 28, wobei das viskoelastische Material (38) eine effektive Akti vierungsenergie zwischen 5 und 70 Kilokalorien pro Mol aufweist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 28, wobei das viskoelastische Material (38) eine effektive Aktivierungsenergie zwischen 8 und 40 Kilokalorien pro Mol aufweist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 28, wobei das viskoelastische Material (38) eine effektive Aktivierungsenergie zwischen 12 und 30 Kilokalorien pro Mol aufweist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 28, wobei das viskoelastische Material (38) eine effektive Aktivierungsenergie von mindestens 30 Kilokalorien pro Mol aufweist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die poröse Matrix (20) einen mikroporösen Polymerfilm umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das viskoelastische Material (38) bei 50°C einen viskoelastischen flüssigen Zustand umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 36, wobei das viskoelastische Material (38) bei 20ºC einen viskoelastischen flüssigen Zustand umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 37, wobei das viskoelastische Material (38) bei 0ºC einen viskoelastischen flüssigen Zustand umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 38, wobei das viskoelastische Material (38) bei –45ºC einen viskoelastischen flüssigen Zustand umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 30, wobei das viskoelastische Material (38) im ganzen Temperaturbereich, in dem bei dem zu überwachenden Objekt eine nennenswerte Änderung auftritt, einen viskoelastischen flüssigen Zustand umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das viskoelastische Material (38) zu dem Zeitpunkt, an dem das Betätigungsmittel den Indikator in den aktivierten Zustand umschaltet, einen viskoelastischen flüssigen Zustand umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Mehrzahl der viskoelastischen Materialien (38), wobei jedes der viskoelastischen Materialien eine jeweilige vorbestimmte zulässige kumulative Wärmeexposition anzeigt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Mehrzahl der porösen Matrizen (20), wobei jede der porösen Matrizen eine jeweilige vorbestimmte zulässige kumulative Wärmeexposition anzeigt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Haftklebstoff (38) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Klebstoffen auf der Basis von Polyisopren, ataktischem Polypropylen, von Polybutadien, Polyisobutylen, Silikon, Ethylenvinylacetat und Acrylat sowie Mischungen davon.
Einrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Haftklebstoff (38) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Klebstoff auf der Basis von Isooctylacrylat, Isooctylacrylat-Acrylsäure, Isooctylacrylat-methacrylat, aus Klebstoff auf der Basis von Ethylacrylat-methylacrylat und Isooctylacrylat-isobornylacrylat sowie Mischungen davon.
Einrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Haftklebstoff (38) einen Klebstoff auf der Basis von Isooctylacrylat und Acrylsäure mit einem Isooctylacrylat-Acrylsäure-Gewichtsverhältnis zwischen etwa 80/20 und 98/2 umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 45, wobei der Klebstoff auf der Basis von Isooctylacrylat und Acrylsäure ein Isooctylacrylat-Acrylsäure-Gewichtsverhältnis zwischen etwa 90/10 und 94/6 aufweist.
Einrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Haftklebstoff (38) weiterhin einen Klebrigmacher in einem Klebrigmacher-Klebstoff-Flächengewichtsverhältnis von bis zu 2 : 1 umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 48, wobei der Klebrigmacher ein hydriertes Kolophoniumharz umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Haftklebstoff (38) weiterhin einen Weichmacher in einem Weichmacher-Klebstoff-Flächengewichtsverhältnis von bis zu 2 : 1 umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 50, wobei der Weichmacher ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Mineralöl, Kohlenwasserstofföl, Alkylphthalaten und Allylphthalaten.
Einrichtung (10) nach Anspruch 24, wobei die Teilchen (24) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Aluminiumoxid, hydratisiertem Aluminiumoxid, Glas, Siliziumoxid, silanbehandeltem Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Reisstärke, Titandioxid, Zinkoxid, Calciumfluorid und Calciumcarbonat.
Einrichtung (10) nach Anspruch 24, wobei die Teilchen (24) einen mittleren Durchmesser zwischen 0,01 und 750 Mikrometern aufweisen.
Einrichtung (10) nach Anspruch 53, wobei die Teilchen (24) einen mittleren Durchmesser zwischen 0,5 und 40 Mikrometern aufweisen.
Einrichtung (10) nach Anspruch 54, wobei die Teilchen (24) einen mittleren Durchmesser von etwa 8 Mikrometern aufweisen.
Einrichtung (10) nach Anspruch 24, wobei das Bindemittel (25) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus Acrylbindemittel, Epoxidbindemittel, Polyurethanbindemittel und wärmehärtbarem Alkydbindemittel.
Einrichtung (10) nach Anspruch 24, wobei die poröse Matrix (20) ein Mengenverhältnis Bindemittel (25) zu Teilchen (24) im Bereich zwischen etwa 1 : 20 und 2 : 3 umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 57, wobei die poröse Matrix (20) ein Mengenverhältnis Bindemittel (25) zu Teilchen (24) im Bereich zwischen etwa 1 : 5 und 1 : 2 umfaßt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das viskoelastische Material (38) eine Migrationsgeschwindigkeit in die poröse Matrix (20) aufweist, die bei steigender Temperatur in einem vorbestimmten Ausmaß zunimmt, so daß die Einrichtung eine vorbestimmte zulässige kumulative Wärmeexposition anzeigt.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei das Betätigungsmittel einen Abstandshalter (62) mit einer oberen Oberfläche (64), einer unteren Oberfläche (66) gegenüber der oberen Oberfläche und einer Öffnung (68) dort hindurch umfaßt, wobei das erste Substrat (14) auf der unteren Oberfläche angeordnet ist, wobei die exponierte Oberfläche (22) der porösen Matrix zumindest teilweise über der Öffnung (68) liegt, wobei die erste Unterlage (32) auf der oberen Oberfläche (64) angeordnet ist, wobei die exponierte Oberfläche (40) des viskoelastischen Materials (38) zumindest teilweise über der Öffnung (68) und der porösen Matrix (20) liegt, wobei der Abstandshalter das viskoelastische Material im wesentlichen außer Kontakt mit der porösen Matrix hält, wenn sich der Indikator in dem inaktivierten Zustand befindet, und wobei sich das viskoelastische Material und die poröse Matrix durch die Öffnung im wesentlichen kontaktieren, wenn sich der Indikator in dem aktivierten Zustand befindet.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei das Aktivierungsmittel einen Barrierenfilm (63) mit einem ersten Teil, der zumindest teilweise über der exponierten Oberfläche (40) des viskoelastischen Materials liegt, und einem zweiten Teil, der mindestens teilweise über der exponierten Oberfläche (22) der porösen Matrix liegt, umfaßt, um das viskoelastische Material im wesentlichen außer Kontakt mit der porösen Matrix zu halten, wenn sich der Indikator in dem inaktivierten Zustand befindet, und wobei der Barrierenfilm von dem Indikator entfernt werden kann, damit sich das viskose Material und die poröse Matrix kontaktieren können, wenn sich der Indikator in dem aktivierten Zustand befindet.
Einrichtung (10) nach Anspruch 61 in Kombination mit einem Behälter (250), wobei: der Behälter ein erstes Glied (252) und ein zweites Glied (254) umfaßt; wobei das erste Substrat (14) an dem ersten Glied oder an dem zweiten Glied angebracht ist; und der Barrierenfilm (63) betriebsfähig derart an dem anderen des ersten Glieds und des zweiten Glieds angebracht ist, daß beim Trennen des ersten und zweiten Glieds der Barrierenfilm von dem Indikator entfernt wird, wodurch der Indikator in seinen aktivierten Zustand umgeschaltet wird.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei das Betätigungsmittel eine Mehrzahl naher Teile (31) und eine Mehrzahl entfernter Teile (33), die entweder in dem ersten Substrat (14) und/oder der ersten Unterlage (32) ausgebildet sind, umfaßt, wobei sich, wenn sich der Indikator in dem inaktivierten Zustand befindet, die exponierte Oberfläche (22) der porösen Matrix und die exponierte Oberfläche (40) des viskoelastischen Materials an den nahen Teilen kontaktieren und die entfernten Teile das viskoelastische Material und die poröse Matrix an den entfernten Teilen im wesentlichen außer Kontakt halten, und wobei die entfernten Teile verformt werden können, damit sich das viskoelastische Material und die poröse Matrix an der Mehrzahl von entfernten Stellen kontaktieren, wenn sich der Indikator in dem aktivierten Zustand befindet.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei das Betätigungsmittel ein Betätigungssubstrat (61) mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil umfaßt, wobei das erste Substrat (14) auf dem ersten Teil angeordnet ist und sich die exponierte Oberfläche (22) der porösen Matrix gegenüber dem Betätigungssubstrat befindet, wobei die erste Unterlage (32) auf dem zweiten Teil angeordnet ist und sich die exponierte Oberfläche (40) des viskoelastischen Materials gegenüber dem Betätigungssubstrat befindet, wobei, wenn sich der Indikator in dem inaktivierten Zustand befindet, das Betätigungssubstrat das viskoelastische Material im wesentlichen außer Kontakt mit der porösen Matrix hält, und wobei der Indikator in den aktivierten Zustand umgeschaltet werden kann, indem das Betätigungssubstrat auf eine solche Weise und so weit gefaltet wird, daß das viskoelastische Material und die poröse Matrix in wesentlichen Kontakt miteinander gebracht werden.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Betätigungsmittel eine Mehrzahl Beabstandungskörper (67) umfaßt, die zwischen der exponierten Oberfläche (22) der porösen Matrix und der exponierten Oberfläche (40) des viskoelastischen Materials angeordnet sind, um das viskoelastische Material außer Kontakt mit der porösen Matrix zu halten, wenn sich der Indikator in dem inaktivierten Zustand befindet, und wobei, wenn sich der Indikator in dem aktivierten Zustand befindet, das viskoelastische Material und die poröse Matrix im wesentlichen Kontakt miteinander zwischen den Beabstandungskörpern gehalten werden.
Einrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei das Betätigungsmittel eine transparente Abdeckung (236) umfaßt, die über der ersten Unterlage (32) und dem ersten Substrat (14) liegt, wobei die Abdeckung einen flach gekrümmten, nach außen konvexen Dom (232) mit einer Innenfläche enthält, die sich in einer inaktivierten Position der Stabilität von der ersten Unterlage und dem ersten Substrat weg erstreckt, wenn sich der Indikator in dem inaktivierten Zustand befindet; wobei die Abdeckung ein Profil aufweist, das so ausgewählt ist, daß es bei der Ausübung von Kraft auf die Abdeckung eine Schnappbewegung der Abdeckung aus der inaktivierten Position in eine aktivierte Position gestattet, wodurch die Abdeckung gezwungen wird, sich zur ersten Unterlage und dem ersten Substrat zu krümmen und das viskoelastische Material (38) in Druckkontakt mit der porösen Matrix (20) zu drücken, um den Indikator in den aktivierten Zustand umzuschalten.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, weiterhin mit Befestigungsmitteln (26) zum Befestigen des Indikators an einem Objekt, dessen kumulative Wärmeexposition angezeigt werden soll.
Einrichtung nach Anspruch 67, wobei das Befestigungsmittel einen Haftklebstoff (26) umfaßt.
Verfahren zum Bereitstellen einer visuell beobachtbaren Anzeige der kumulativen Wärmeexposition, mit den folgenden Schritten: a) Auftragen einer viskoelastischen Flüssigkeit (38) auf eine exponierte Oberfläche (22) einer diffus lichtreflektierenden, porösen Matrix (20); wobei die viskoelastische Flüssigkeit mit einer mit der Temperatur zunehmenden Geschwindigkeit fortschreitend in die poröse Matrix migriert; b) Exponieren der viskoelastischen Flüssigkeit einem Zeit- und Temperaturprofil; und c) Migrieren der viskoelastischen Flüssigkeit in die poröse Matrix als Reaktion auf das Zeit- und Temperaturprofil, um dadurch die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix zu ändern, um eine visuell beobachtbare Anzeige der kumulativen Wärmeexposition bereitzustellen.
Verfahren zum Bereitstellen einer visuell beobachtbaren Anzeige einer kumulativen Wärmeexposition eines Objekts nach Anspruch 69, mit dem weiteren Schritt des Befestigens der diffus lichtreflektierenden, porösen Matrix an dem Objekt (10), wobei Schritt b) beinhaltet, das Objekt einem Zeit- und Temperaturprofil zu exponieren.
Verfahren nach Anspruch 70, wobei der Befestigungsschritt Schritt b) vorausgeht.
Verfahren nach Anspruch 70, wobei der Befestigungsschritt Schritt a) vorausgeht.
Verfahren nach Anspruch 70, wobei der Befestigungsschritt gleichzeitig mit Schritt a) ausgeführt wird.
Verfahren zum Bereitstellen einer Zeit- und Temperaturintegrierungseinrichtung (10) zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 69, mit den folgenden Schritten: a) Ausbilden einer Öffnung (68) in einem allgemein planaren Abstandshalter (62), wobei der Abstandshalter eine Oberseite (64) und eine Unterseite (66) umfaßt; b) Auftragen eines Klebstoffs zumindest auf die Bodenseite des Abstandshalters; c) Ankleben eines ersten Substrats (14) an die Bodenseite des Abstandshalters, so daß es zumindest teilweise über der Öffnung liegt, wobei das erste Substrat eine über der Öffnung liegende diffus lichtreflektierende, poröse Matrix (20) umfaßt; und d) Anbringen einer ersten Oberfläche (34) einer ersten Unterlage (32) an dem Abstandshalter, so daß sie zumindest teilweise über der Öffnung und der porösen Matrix liegt, wobei die erste Oberfläche der Unterlage ein darauf angeordnetes viskoelastisches Material (38) enthält, das über der Öffnung liegt; wobei das viskoelastische Material mit einer Geschwindigkeit, die mit zunehmender Temperatur zunimmt, fortschreitend in die poröse Matrix migriert, um dadurch die Temperatur über die Zeit zu integrieren; und wobei die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend ändert, um die visuell beobachtbare Anzeige bereitzustellen.
Verfahren zum Bereitstellen einer Zeit- und Temperaturintegrierungseinrichtung (10) zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 69, mit den folgenden Schritten: a) Anbringen eines ersten Substrats (14) an dem Objekt (11), wobei das Substrat eine erste Seite (16) und eine zweite Seite (18) umfaßt, wobei die zweite Seite eine diffus lichtreflektierende, poröse Matrix (20) enthält; und b) Anlegen einer ersten Oberfläche (34) einer ersten Unterlage (32) gegen die poröse Matrix, wobei die erste Oberfläche der Unterlage ein darauf angeordnetes viskoelastisches Material (38) enthält; wobei das viskoelastische Material mit einer Geschwindigkeit, die mit zunehmender Temperatur zunimmt, fortschreitend in die poröse Matrix migriert; und wobei die Migration des viskoelastischen Materials in die poröse Matrix die Lichtdurchlässigkeit der porösen Matrix fortschreitend ändert, um die visuell beobachtbare Anzeige bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 75, wobei Schritt a) Schritt b) vorausgeht.
Verfahren nach Anspruch 75, wobei Schritt b) Schritt a) vorausgeht.
Verfahren nach Anspruch 75, wobei Schritt a) gleichzeitig mit Schritt b) durchgeführt wird.