封閉系統通過螢光染料的密閉性檢驗的製作方法
2024-03-02 20:16:15 1
專利名稱：封閉系統通過螢光染料的密閉性檢驗的製作方法
引言封閉系統的密閉性檢驗在技術上特別重要。儘管部件如管通常由其製造所決定而是很可靠地密實的，然而每種連接如焊縫或者纖焊縫、螺栓連接或者法蘭聯接基本上是薄弱環節，其檢查需要特別小心。多數情況下洩漏是可以容忍的，在需要恆定容積的所有系統中，密閉性檢驗是一個特別問題。一種這樣的實例是液體-溫度位移傳感器，由於其液體含量的損失而首先失去調節準確度，然後失去其功能。有效並且可靠的檢查對於這樣的系統是絕對必要的。
通過氦氣可以非常靈敏地證實最小的漏洞。該方法的缺點在於，不是用最終填充的單元進行檢驗，而是必須進行事後填充，從而不能覺察到通過隨後過程產生的非密閉性。需提及的另一缺點是該方法有太高的靈敏性，因為該方法可發現最細小的漏洞，而該漏洞對於絕大多數設備的運行完全是微不足道的。最後需提及的是該漏洞檢驗儀器的工藝成本。
不過，目前，通過準確稱量而首先明顯並簡便地檢查填充的系統仍是不太合適的，因為必須確定大量物料僅是很小的重量改變，因此該測量非常易於失效。這裡，對於正常操作而言微不足道的表面氧化過程和腐蝕，對重量常數有非常妨礙性的影響。此外，尚有少量物質可以從表面蒸發，其被吸收或者從漆狀部分逸出。甚至這種對於系統運行完全是微不足道的量，對於檢驗物的重量常數也有不利的影響。
如果為了填充封閉系統而使用易於蒸發的液體，則可以檢查最終填充的檢驗物的周圍氣體空間所填充有液體的蒸氣。可以想像，這點可以用例如由氣相色譜已知的火焰電離化檢測器(FID)進行，用其可以測定有效的有機蒸氣。由於常常還有其他物質從技術製得的表面上蒸發，所以該方法是不可靠的。為了根本上提高方法的可靠性，這裡需要進行分子特定性的檢驗，例如質譜，例如使用四極質譜儀，可以實現這點。這樣的設備除了高的技術成本外，還需提及該檢驗方法重要的幹擾源所填充的液體從填充過程開始可以部分吸附在表面上，然後緩慢釋放。從而出現有誤差的檢驗結果。這可以補償或多或少任意升高的檢驗閾值，但是另一方面從而又使得方法是不可靠的。
一種用以證實最終填充的檢驗物中漏洞的簡便、可靠並且低成本的方法帶來明顯進步。如果檢驗結果可以可視地檢查，則更是特別符合希望的，這樣，在自動檢驗時可以抽查試樣來驗證檢驗結果。
描述適宜染料的螢光是很引入注意的，可以較高靈敏性地加以證實，因此，螢光原則上適於探測漏洞。不過，很多螢光染料光穩定性很差，例如螢光素，或者常常是中等的化學穩定性。
這裡，苝-3，49，10-四羧酸二醯亞胺1表現出其特別優異的性能，例如特別高的光化學和化學穩定性，螢光量子產率約100％，並且還表現出高的摩爾吸收係數([ε]約為85000到95000)。苝二醯亞胺通常是難溶的，所以其不能用作用於均勻溶液的螢光染料。該問題可以通過加入提高溶解性的基團如叔丁基或者長鏈仲烷基(「燕尾基團」)如1-己基庚基而得以解決。根據該概念開發的染料1a易溶於常用的有機溶劑如氯仿或者乙酸乙酯中，並且可以作為螢光染料用於均勻的溶液中。由於高的摩爾吸收係數，因此可以毫無問題地肉眼識別出10-6到10-7摩爾濃度的溶液。在機械檢驗時，還可以根本上提高靈敏性。
研究該螢光染料用於檢查封閉系統的密閉性。作為實例，這裡選擇液體-溫度位移傳感器，其中，通過封閉裝置中的液體容積膨脹進行溫度統計。選擇乙酸乙酯作為液體，由於多種原因，其特別適於這種裝置，尤其是毒性學上絕對不必擔心。在該液體-溫度位移傳感器中，類似於溫度計中那樣，由於液體熱膨脹的機制，一個銷軸發生移動；該銷軸的移動是調節過程所必需的。將封閉的液體容積安放在封裝的殼體中，該殼體由於製造原因而含有纖焊縫或焊縫和密封物。顯然，這種裝置的密閉性對於其功能是至關重要的，因為即使很小的液體損失也會立即對調節準確度產生影響，因此是不能忍受的。更多的液體損失會導致調節器失效。當用13g乙酸乙酯典型地填充溫度位移傳感器時，算得8年內最大可忍受的損失為45mg，這意味著每天15微克。為了明確排除如此小的洩漏，需要很靈敏的測試。
用染料1a使濃度為40mg/L的乙酸乙酯染色，從而得到發強螢光的溶液；染料溶液的低含量(由於1a的高吸收係數而成為可能)是重要的，從而不會明顯升高溶劑的粘度。這樣，該溫度位移傳感器得到填充，然後用該溶劑進行洗滌，結果，該工件表面沒有發螢光的雜質；從洗滌所用的溶劑流出時沒有每種螢光物可以看出這一點。由於該染料相對常用原料的金屬表面是完全惰性的，所以，一方面，該染料對於溫度位移傳感器的金屬部分不是問題，另一方面，該染料也不會被後者進攻，從而保證了填充物顏色的長壽命。因而可以長期檢查密閉性。
用乙酸乙酯和染料1a填充的溫度位移傳感器對很小的漏洞產生驚人快速、簡便並靈敏的檢驗，參見
圖1。這樣的漏洞用稱量法即使經過接近100天的時間也不能被發現，因為這樣的工業工件的重量波動在常規環境條件下，如果不用溶劑填充，由於不同過程而明顯超過上述忍受值(三倍及更多倍)。在圖1左側可見，在密封球體的左側，含有螢光染料1a的溶劑流出。在右側放大圖中清楚地可以看到，發螢光的乙酸乙酯從該球體左側流出。流出的染料可以用溶劑，如乙酸乙酯，從工件上洗掉。從而還可以通過吸附或者更靈敏地通過螢光強度定量地發現洩漏。不過，在絕大多數工藝相關情形下，根據圖1足以達到簡便、定量、可視的證實。
通過螢光物的證實原則上還可以被自動化，從而可以實現很有效的檢查。光學激發可以用多色光(例如白光)進行，或者還可以用單色光進行；後一種激發情況下，可以使散射光有效地漸隱。為此可以用例如汞蒸氣燈例如在365nm的UV光，用蘭光，例如用銦蒸氣燈(451nm)，用鉈蒸氣燈(535nm)，或者用488nm的氬氣-離子雷射器進行激發。在後者波長情況下，染料的摩爾吸附係數甚至為52400。
原則上可以用可溶的、發強螢光的苝染料證實洩漏。1b同樣是一種合適的染料，其中，通過叔丁基使溶解性升高。另一實例是與1a同系的染料，其中，側鏈的正烷基可以被加長或者縮短。縮短側鏈導致溶解性降低，所以，在短鏈情況下檢驗是成問題的。加長鏈導致溶解性升高，在整個側鏈中總共19個碳原子可以達到其最大值，但是之後又下降。染料1a在溶解性和良好的合成可實現性之間有良好的折衷性，因為對於有較長烷基鏈的染料，提純比1a顯然更耗費。具有1-丁基戊基側鏈的染料對於漏洞測試是特別有意義的，因為其表現出突出的固體螢光，這對於可視的漏洞試驗是特別有利的。
原則上，漏洞檢驗也可以用其他苝衍生物進行。這裡，特別是苝二羧酸醯亞胺如2和苝四羧酸酯如苝四羧酸四甲酯3或者其中甲基可以被更長烷基鏈代替的酯，並且它們也可以具有支化。
用於密閉性檢驗的其他苝衍生物是3-乙醯基苝和其中甲基與更長烷基鏈交換的同系物，並且也可以具有支化。同樣可提及二羧酸酯4作為用於密閉性檢驗的染料。在此情況下，甲基同樣可以與更長鏈的烷基進行交換。
所述密閉性檢驗可以用於多種封閉系統。在此的一個實例是溫度位移傳感器。其他實例是具有封閉循環的系統如冷卻裝置或空調設備。
標記清單圖1.含有螢光染料-溶劑-填充物的溫度位移傳感器。密封球體左側的非密閉性。左下面具有密封球體的傳感器的上面。右放大的球體，左側具有溶劑-染料-出口(球體邊緣的淺色區域)。
圖2.式1.
圖3.式1a.
圖4.式1b.
圖5.式2和3.
圖6.式4.
權利要求
1.密閉性檢驗的方法，其中，使用螢光染料用於密閉性檢驗，優選用於封閉系統的密閉性檢驗，更優選填充有液體的封閉系統如冷卻裝置或者溫度位移傳感器的密閉性檢驗，最優選溫度位移傳感器的密閉性檢驗。
2.密閉性檢驗的方法，其中，向根據1的封閉系統加入螢光染料，優選同樣的螢光染料，從而優選使得該螢光染料在填充有液體的系統中溶於該液體中。
3.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1和2的密閉性檢驗中使用低粘度的溶劑。優選乙酸乙酯、乙酸丁酯、氯仿、正庚烷、正戊烷、四甲基矽烷，六甲基二矽氧烷、氯仿、二氯甲烷和甲苯。最優選乙酸乙酯。
4.密閉性檢驗的方法，其中，優選對密封物、纖焊縫和焊縫進行研究。
5.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到4的方法中，直接目測檢驗漏洞點的非密閉性。此時，優選含有固體螢光物的螢光染料，例如1a。
6.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到4的方法中，通過用溶劑，優選用乙酸乙酯處理工件而進行非密閉性，使得流出的染料產生發螢光的溶液。
7.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到4的方法中，自動檢測漏洞點，例如用探測雷射束或者用各種不同的成像方法。
8.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到7的方法中，用多色光激發，優選用在染料的長波吸附區域的光。
9.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到7的方法中，使用單色光進行螢光激發，優選汞蒸氣燈在365nm的光，銦蒸氣燈在451nm的光或者雷射，後者優選氬氣-離子雷射器在488nm的雷射。在這些方法中優選過濾激發光，優選用幹涉過濾器。
10.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到9的方法中，使用通式I的苝-螢光染料 其中，基團R1到R2彼此可以相同或不同，並且彼此獨立地表示含有至少一個和至多37個碳原子的直鏈烷基，其中，1到10個CH2-單元可以彼此獨立地分別被以下基團所代替羰基、氧原子、硫原子、硒原子、碲原子、順-或反-CH＝CH-基團，其中一個CH-單元也可以被氮原子所代替，炔屬C≡C-基團，1，2-、1，3-或者1，4-取代的苯基，2，3-、2，4-、2，5-、2，6-、3，4-或者3，5-二取代的吡啶基，2，3-、2，4-、2，5-或者3，4-二取代的噻吩基，1，2-、1，3-、1，4-、1，5-、1，6-、1，7-、1，8-、2，3-、2，6-或者2，7-二取代的萘基，其中一個或兩個CH-基團可以被氮原子所代替，1，2-、1，3-、1，4-、1，5-、1，6-、1，7-、1，8-、1，9-、1，10-、2，3-、2，6-、2，7-、2，9-、2，10-或者9，10-二取代的蒽基，其中一個或兩個CH-基團可以被氮原子所代替；CH2-基團的至多12個單個氫原子即使在相同C-原子上也可以分別彼此獨立地被以下所代替滷素氟、氯、溴或碘或者氰基或者含有至多18個碳原子的直鏈烷基鏈，其中1到6個CH2-單元可以彼此獨立地被以下基團代替羰基、氧原子、硫原子、硒原子、碲原子、順-或反-CH＝CH-基團，其中一個CH-單元也可以被氮原子所代替，炔屬C≡C-基團，1，2-、1，3-或者1，4-取代的苯基，2，3-、2，4-、2，5-、2，6-、3，4-或者3，5-二取代的吡啶基，2，3-、2，4-、2，5-或者3，4-二取代的噻吩基，1，2-、1，3-、1，4-、1，5-、1，6-、1，7-、1，8-、2，3-、2，6-或者2，7-二取代的萘基，其中一個或兩個碳原子可以被氮原子所代替，1，2-、1，3-、1，4-、1，5-、1，6-、1，7-、1，8-、1，9-、1，10-、2，3-、2，6-、2，7-、2，9-、2，10-或者9，10-二取代的蒽基，其中一個或兩個碳原子可以被氮原子所代替。烷基的CH2-基團的至多12個單個氫原子即使在相同C-原子上也可以分別彼此獨立地被以下所代替滷素氟、氯、溴或碘或者氰基或者含有至多18個碳原子的直鏈烷基鏈，其中1到6個CH2-單元可以彼此獨立地被羰基、氧原子、硫原子、硒原子、碲原子、順-或反-CH＝CH-基團，其中一個CH-單元也可以被氮原子所代替，炔屬C≡C-基團，1，2-、1，3-或者1，4-取代的苯基，2，3-、2，4-、2，5-、2，6-、3，4-或者3，5-二取代的吡啶基，2，3-、2，4-、2，5-或者3，4-二取代的噻吩基，1，2-、1，3-、1，4-、1，5-、1，6-、1，7-、1，8-、2，3-、2，6-或者2，7-二取代的萘基，其中一個或兩個碳原子可以被氮原子所代替，1，2-、1，3-、1，4-、1，5-、1，6-、1，7-、1，8-、1，9-、1，10-、2，3-、2，6-、2，7-、2，9-、2，10-或者9，10-二取代的蒽基，其中一個或兩個碳原子可以被氮原子所代替；代替帶有取代基，次甲基或季碳原子的自由價可以成對地連接，從而形成環，例如環己烷環；基團R3到R6可以是氫或者彼此獨立地是一到四個對於R1到R2所述的基團。
11.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到9的方法中，使用通式II的苝-螢光染料， 其中，基團R1具有10中基團R1或R2的定義，並且基團R2到R7彼此可以相同或不同，並且彼此獨立地具有10中基團R3到R6的定義。
12.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到9的方法中，使用通式III的苝-螢光染料， 其中，基團R1具有10中基團R1或R2的定義，並且基團R2到R5彼此可以相同或不同，並且彼此獨立地具有10中基團R3到R6的定義。
13.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到9的方法中，使用通式III的苝-螢光染料， 其中，基團R1具有10中基團R1或R2的定義，並且基團R2到R5彼此可以相同或不同，並且彼此獨立地具有10中基團R3到R6的定義。
14.密閉性檢驗的方法，其中，在根據1到9的方法中，使用通式IV的苝-螢光染料， 其中，基團R1具有10中基團R1或R2的定義，並且基團R2到R7彼此可以相同或不同，並且彼此獨立地具有10中基團R3到R6的定義。
15.根據權利要求1的密閉性檢驗的方法，其特徵在於，該螢光染料結合在聚合物中，所述聚合物可溶於填充有液體的系統中的液體中。
16.根據權利要求15的密閉性檢驗的方法，其特徵在於，該聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
17.根據權利要求15的密閉性檢驗的方法，其特徵在於，聚甲基丙烯酸甲酯通過其單體存在於油相中的自由基聚合而沉澱在與螢光染料的界面處。
18.根據權利要求15的密閉性檢驗的方法，其特徵在於，該螢光染料在聚合前分散於水中。
19.根據權利要求15的密閉性檢驗的方法，其特徵在於，使用過二硫酸銨(APS)作為自由基聚合的自由基引發劑。
20.根據權利要求15的密閉性檢驗的方法，其特徵在於，結合丙烯酸酯的螢光染料微包封在由丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)形成的層中。
21.根據權利要求20的密閉性檢驗的方法，其特徵在於，所述包封通過原位聚合反應實現。
22.根據權利要求15的密閉性檢驗的方法，其特徵在於，微包封的結合丙烯酸酯的螢光染料以顆粒形式加入中空體中，用液體填充該中空體，密封該中空體，將該中空體退火，校準這樣提供的系統，然後進行密閉性檢驗的方法。
全文摘要
本發明涉及一種通過螢光染料可以檢驗封閉系統密閉性的方法。為此優選使用發強螢光的苝染料。
文檔編號G01M3/22GK1910433SQ200580002680
公開日2007年2月7日 申請日期2005年2月18日 優先權日2004年2月20日
發明者H·朗哈爾斯, K－H·布林克曼 申請人:塞多海梅爾金屬製品有限公司