Патент на изобретение №2301974

(54) ОБРАТИМЫЕ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ТЕРМОИНДИКАТОРЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к обратимым термочувствительным материалам и может быть использовано для индикации и визуального контроля температур в различных технологических процессах. Изобретение направлено на создание обратимых термохромных материалов, способных изменять окраску при нагревании до 200-210°С, доступных и простых в получении и удобных в использовании на практике. Этот результат обеспечивается за счет того, что состав обратимых термохромных материалов характеризуется химической формулой [Ln(C₆H₁₃NO)₈][Cr(NCS)₆], где Ln=La³⁺, Ce³⁺, Pr³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Eu³⁺, Gd³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Ho³⁺, Er³⁺, Tm³⁺, Yb³⁺, Lu³⁺, С₆Н₁₃NO = -капролактам.

Изобретение относится к области химии, в частности к новому классу обратимых термочувствительных материалов, и может быть использовано для индикации и визуального контроля температуры в технологических процессах, а также для получения информации о температурных полях на поверхностях.

Термохимические индикаторы в большинстве своем изготовлены на основе координационных соединений переходных металлов (Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. – Л.: Химия, 1991, с.112-113; Абрамович Б.Г. Термоиндикаторы и их применение. – М.: Энергия, 1972, с.30-34).

Термочувствительный пигмент Ag₂[HgI₄] изменяет окраску от желтой до темно-коричневой при 45°С, a Cu₂[HgI₄] – от карминово-красной до коричневой при 65°С. Изменение окраски этих координационных соединений связано с перестройкой кристаллической структуры (Беленький Е.Ф. и др. Химия и технология пигментов. – Л.: Химия, 1974, с.628-630). К недостаткам этих термохромных материалов относятся наличие токсичных соединений ртути и медленное разложение тетрайодомеркурат(II)-аниона во влажной атмосфере.

Термохромное превращение красной формы соединения [Cu((СН₃СН₂)₂NCH₂СН₂NH₂)₂](ClO₄)₂

Установлено, что при нагревании красного изомера NiEn₂(NO₂)₂, где En-1,2-диаминоэтан, до 120°С образуется синий изомер [NiEn₂(O₂N)]NO₂, содержащий одну хелатную и одну ионную группы NO₂ ^–

Тетрахлорокупрат(II) бис-(диэтиламмония) [(CH₃CH₂)₂NH₂]₂CuCl₄₂ ^2- аниона является результатом термодинамического перехода стерически затрудненной низкотемпературной формы, имеющей зеленую окраску, в более разупорядоченную высокотемпературную форму, окрашенную в желтый цвет. Применение данного термохромного материала на практике ограничивается чрезвычайной гигроскопичностью низкотемпературной формы комплекса и требует вакуумной герметизации материала.

Обратимый термохромизм характерен для биметаллического комплекса цис-[Pt(NH₃)₂(SCN)Ag(SCN)]NO₃

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются термохромные материалы состава [Ln(C₂H₆SO)₈][Cr(NCS)₆] (Ln – 4f-элементы), обратимо изменяющие окраску при нагревании в интервале температур 140-220°С вследствие термической координационной изометрии, связанной с обменом лигандами между катионными и анионными частями комплексов (Черкасова Т.Г., Татаринова Э.С., Кузнецова О.А., Трясунов Б.Г. Обратимые термохромные материалы. Патент РФ № 2097714, заявл. 13.02.1995 г., опубл. 27.11.1977 г.). Недостатком этих термохромных материалов является необходимость использования для синтеза диметилсульфоксида – легколетучего органического вещества с неприятным запахом.

Цель изобретения – создание нового класса обратимых термохромных материалов на основе гекса(изотиоцианато)хроматов(III) комплексов лантаноидов (III) с -капролактамом, обладающих способностью обратимо изменять окраску при нагревании в интервале температур 200-210°С, доступных в получении и удобных в применении на практике. Это достигается использованием в качестве исходных веществ гекса(изотиоцианато)хромата(III) калия и -капролактама, являющегося крупнотоннажным продуктом химической промышленности, что обусловливает его невысокую стоимость и доступность.

Пример. В 25 мл воды растворяют 0,36 г (0,001 моль) NdCl₃·6H₂O, добавляют растворенные в 25 мл воды 0,59 г (0,001 моль) К₃[Cr(NCS)₆]·4Н₂O и при рН 6-7 добавляют раствор, содержащий 0,92 г (0,008 моль) -капролактама в 25 мл воды. Получают розовый мелкокристаллический порошок, имеющий по данным химического анализа состав [Nd(C₆H₁₃NO)₈][Cr(NCS)₆].

Найдено, %: Nd 9,76±0,08; Cr 3,43±0,07; С 44,15±0,05; Н 7,03±0,07; NCS 23,68±0,06.

Для C₅₄H₁₀₄CrN₁₄O₈S₆ вычислено, %: Nd 9,85; Cr 3,55; С 44,26; Н 7,10; NCS 23,77.

1. Растворимость в воде при 25°С составляет 2,5·10^-2 моль/дм³; хорошо растворим в диметилсульфоксиде, диметилформамиде.

2. Триклинная сингония, пр. гр. , параметры решетки: а=14,2438 (6); b=14,5641(6); c=17,0308(7)Å; =92,5180(10)°; =91,0130(10)°; =108,6020(10)°; V=3343,3(2)ų; z=2; (выч)=1,440 г/см³. Структура соединения относится к ионной.

3. Температура начала разложения комплекса 300°С.

4. Характеристика термоперехода окраски: розовый темно-зеленый.

Термохромные материалы на основе гекса(изотиоцианато)хроматов (III) комплексов лантаноидов (III) с -капролактамом обладают обратимым термохромизмом в интервале температур 200-210°С, нетоксичны, доступны, несложны в получении, легко наносятся на подложки в виде тонких термохромных пленок и термочувствительных покрытий, что позволяет использовать их в качестве термохимического индикаторов для индикации и визуального контроля температуры в различных технологических процессах.

Формула изобретения

Обратимые биметаллические термоиндикаторы на основе гекса(изотиоцианато)хроматов(III) комплексов лантаноидов(III) с -капролактамом, отличающиеся тем, что они имеют обратимые изменения окраски при нагревании в интервале 200-210°С, а состав их характеризуется химической формулой [Ln(C₆H₁₃NO)₈][Cr(NCS)₆], где Ln – La³⁺, Се³⁺, Pr³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Eu³⁺, Gd³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Ho³⁺, Er³⁺, Tm³⁺, Yb³⁺, Lu³⁺, C₆H₁₃NO – -капролактам.

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.12.2007

Извещение опубликовано: 27.07.2009 БИ: 21/2009