專利名稱：控測(cè)親電子氣體的組合物和其應(yīng)用方法
發(fā)明的領(lǐng)域親電子氣體的探測(cè)現(xiàn)有技術(shù)的討論氣體特別是制冷劑氣體的泄漏探測(cè)問(wèn)題很長(zhǎng)以來(lái)就被關(guān)注。解決這個(gè)問(wèn)題的一般方法是將指示劑混入制冷劑本身和觀察指示劑的外部顯露。
U.S.專利-3,770,640和日本專利61-97457公開(kāi)了探測(cè)作為制冷劑的CIF2CH(一氯二氟甲烷)泄漏的方法，該方法是基于由于酸堿反應(yīng)導(dǎo)致的指示劑顏色的變化。有機(jī)堿如胺類已被用于指示劑組合物中(U.S.專利3,770,640，1,915,965，3,370,010和5,560,855)。William的US 1,915,965描述了一種測(cè)試壓縮型制冷系統(tǒng)中泄漏的方法。實(shí)施例中的制冷劑是鹵-氟族的成員。應(yīng)用了某些堿性染料如甲基紫、結(jié)晶紫、金胺B、若丹明B等的永久性染色某些材料的性能。
內(nèi)指示劑的缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)含有它們的設(shè)備產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。而且必需要大量的指示劑泄漏出來(lái)才能測(cè)出。
Townsend，III的US 4,249,412公開(kāi)了一種含有熒光素鈉和半合成的纖維素增稠劑的外熒光的泄漏探測(cè)組合物。該專利在這種組合物中使用了甲基纖維素和乙基纖維素的衍生物。這種組合物可以用在冷的表面，如制冷管。優(yōu)選的增稠劑包括半合成的纖維素衍生物，如羧甲基纖維素鈉、羥甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素和其混合物。這種方法是在于氣泡法探測(cè)而不是與制冷劑的化學(xué)相互作用。此外，它需要應(yīng)用光源激發(fā)熒光素。
鑒于某些制冷劑如一氯二氟甲烷已經(jīng)被禁止在將來(lái)生產(chǎn)，因?yàn)樗鼈儗?duì)臭氧層有高度有害的環(huán)境效應(yīng)，所以有必要開(kāi)發(fā)一種對(duì)最少量泄漏快速敏感的指示劑體系。這種泄漏應(yīng)該被肉眼可探測(cè)。
發(fā)明的簡(jiǎn)述本發(fā)明提供了一種用于探測(cè)親電子氣體，如一氯二氟甲烷或二氧化碳的組合物，該組合物含有能從氣體中除去質(zhì)子或與其進(jìn)行同樣的親電反應(yīng)的路易斯堿；在質(zhì)子化或脫質(zhì)子化，也即是pH變化時(shí)能可見(jiàn)地指示顏色變化的染料；染料、堿或氣體的溶劑；能產(chǎn)生所有這些組分的非牛頓凝膠的流變改性劑，該非牛頓凝膠是完全半透明的，這就使得染料顏色變化的目視探測(cè)成為可能，并且有充分的假塑性/觸變性以提供對(duì)垂直和水平表面的粘合性。
路易斯堿應(yīng)該足量存在，以使凝膠的pH為6.9-14，并且是選自堿金屬和堿土金屬氫氧化物、烷氧化物和碳酸酯；胺類；氫氧化季銨、烷氧胺類、羥烷基胺和其混合物。
任何明顯地在沒(méi)有增強(qiáng)(即UV)的可見(jiàn)光譜區(qū)清楚顯示堿-酸轉(zhuǎn)變的指示劑都可使用。
適合地，溶劑是選自鏈烷醇類、芳烷基醇類、烷基鹵化物、烷基酮類、烷基胺類、芳烷基胺類、鏈烷酸的烷基酯、二甲基亞砜、水和其混合物。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)流變改性劑最好選自羥烷基纖維素、纖維素半合成聚合物、聚乙烯醇、carbopols、藻酸鹽和天然樹(shù)膠。
該組合物是通過(guò)在所述氣體的導(dǎo)管上提供一個(gè)組合物的涂層來(lái)使用的。也發(fā)現(xiàn)在所述涂層上涂敷一種溶液以保護(hù)該涂層是有用的，適合的溶液含有能在約0-約30℃固化的可噴灑的成膜面涂組合物，其中所述膜是完全半透明的，使染料的顏色變化時(shí)的目視探測(cè)成為可能。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述公開(kāi)的探測(cè)方法(例如對(duì)于一氯二氟甲烷)利用了下面的通常反應(yīng)(其中B-是強(qiáng)陰離子)
例如
或在二氧化碳的情況下
應(yīng)用一種pH敏感的有機(jī)(或無(wú)機(jī))指示劑就可以探測(cè)該反應(yīng)，隨著[B-]的減少指示劑將會(huì)呈現(xiàn)顏色變化。將一種含有適當(dāng)?shù)膲A和指示劑并在適當(dāng)?shù)娜軇┲械娜芤耗z化，并施加到系統(tǒng)外部的管接頭處。如果氣體泄漏，它必須穿過(guò)凝膠，在那里進(jìn)行如上的反應(yīng)和產(chǎn)生可見(jiàn)的顏色變化。為了保持足量溶劑的存在和防止凝膠被污染，可以施加適當(dāng)?shù)拿嫱俊?br> 本發(fā)明的探測(cè)親電子氣體的組合物對(duì)于一氯二氟甲烷或二氧化碳是特別有用的。
路易斯堿的選擇是寬的。特別適合的作為堿金屬和堿土金屬氫氧化物是氫氧化鈉和氫氧化鈣或氫氧化鎂；作為烷氧化物和碳酸鹽類是乙氧化鈉和碳酸鈉；作為胺類是氫氧化季胺、烷氧基胺類和這一組中較高沸點(diǎn)的成員羥烷基胺類或在室溫下具有較低蒸汽壓的那些。特別優(yōu)選的路易斯堿是氫氧化鈉、乙氧化鈉或甲氧化鈉、乙胲和三乙胺，因?yàn)樗鼈兊膬r(jià)格低并且容易得到。
在用作指示劑的適合的染料(顯示適當(dāng)?shù)念伾兓?中可以提及的是甲基橙(黃-紅)、百里酚蘭(蘭-黃)；酚酞(粉紅-無(wú)色)；間甲酚紫(紫-黃)；苯酚紅(紅-黃)；和百里酚酞蘭(蘭-無(wú)色)。
很多溶劑可以使用如鏈烷醇類、乙二醇類、乙二醇醚類、芳烷基醇類、烷基鹵化物、烷基酮類、烷基胺類、芳烷基胺類、鏈烷酸的烷基酯類、二甲基亞砜和水。適合地，烷基基團(tuán)可以是直鏈、支鏈和環(huán)狀的，和鏈烷醇和烷基胺類可以是伯、仲和叔鏈烷醇和烷基胺類。特別優(yōu)選是二甲基亞砜、水、四氫呋喃、丙酮、乙酸乙酯、乙二醇單丁醚和甲醇。適合地，溶劑相對(duì)于路易斯堿和染料的總量的用量范圍是每份(重量)堿加染料為1-99份(體積)。
作為保護(hù)涂層或面涂組合物，優(yōu)選使用乙基纖維素、聚乙烯、聚四氟乙烯或其混合物、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、硅氧烷、以及天然涂料如改性的和未改性的松香、聚乙烯基吡咯烷酮、醇酸樹(shù)脂和聚丙烯酸酯和其混合物。
適合的面涂溶劑可包括芳烴如甲苯、二甲苯，芳族石腦油鏈烷烴如己烷，烷基酮類如甲基異丁基酮和丙酮；直鏈或支鏈(C1-C4)的醇類如甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇；C1-C5的烷基醚類；一甘醇、二甘醇和三甘醇(Dowanols，Dow化學(xué)公司生產(chǎn))；溶劑油(約150-250℃餾份)；礦物油、植物油、動(dòng)物油或船用照明油；和/或其混合物。
實(shí)施例實(shí)施例1指示劑組合物的制備將百里酚酞蘭染料加到二甲基亞砜(DSMO)中制成0.01M的溶液。每50ml總?cè)芤褐性偌尤?.1ml FD & C5#(黃)。滴加濃氫氧化鈉水溶液直至該染料/DMSO溶液的pH為11。加入足量的羥乙基纖維素(～3g/100ml DSMO)得到蘭色的凝膠。
實(shí)施例2指示劑組合物的施用含有一氯二氟甲烷的空調(diào)工作系統(tǒng)的所有管子接觸接頭和閥門用含有足量氫氧化鈉的甲醇清洗使pH為約10-11。然后將蘭色凝膠涂敷在所有這些管子接觸接頭和閥門上。
實(shí)施例3面涂組合物的施用在如上面實(shí)施例2涂敷的凝膠上噴涂乙基纖維素在甲醇中的氣溶膠，先前同樣用在甲醇中滴加濃氫氧化鈉水溶液的方法調(diào)節(jié)pH為11，然后使生成的面涂層干燥。
一旦一氯二氟甲烷釋放，(約1-10ppm的范圍內(nèi))蘭色的底涂層將完全變黃。應(yīng)該指出，雖然實(shí)際的顏色變化是蘭到無(wú)色，但由于存在FD & C黃所以呈現(xiàn)的是黃色。這種黃染料的存在不足以使起始的黃色變?yōu)榫G色。
實(shí)施例4另一種指示劑組合物的制備將間甲酚紫加到二甲基亞砜(DSMO)中制成0.01M的溶液。滴加濃氫氧化鈉水溶液直至該染料/DMSO溶液的pH為11。加入足量的聚乙烯醇(～4g/100ml DSMO)得到紫色的凝膠。
實(shí)施例5指示劑組合物的施用含有液體二氧化碳的溶劑萃取系統(tǒng)的所有管子接觸接頭和閥門用含有足量氫氧化鈉的甲醇清洗使pH為約10-11。然后將實(shí)施例4的紫色凝膠涂敷在所有這些管子接觸接頭和閥門上。
實(shí)施例6面涂組合物的施用在如上面實(shí)施例5涂敷的凝膠上噴涂聚乙烯在甲苯中的氣溶膠，先前同樣用在甲醇中滴加濃氫氧化鈉水溶液的方法調(diào)節(jié)pH為11，然后使生成的面涂層干燥。
一旦二氧化碳釋放，(約1-10ppm的范圍內(nèi))紫色的底涂層將完全變黃。
實(shí)施例7再一種指示劑組合物的制備將苯酚紅加到二甲基亞砜(DSMO)中制成0.01M的溶液。滴加濃氫氧化鈉水溶液直至該染料/DMSO溶液的pH為11。加入足量的藻酸鈉(～5g/100ml DSMO)得到紅色的凝膠。
實(shí)施例8指示劑組合物的施用含有一氯二氟甲烷的空調(diào)工作系統(tǒng)的所有管子接觸接頭和閥門用含有足量氫氧化鈉的甲醇清洗使pH為約10-11。然后將實(shí)施例7的紅色凝膠涂敷在所有這些管子接觸接頭和閥門上。
實(shí)施例9面涂組合物的施用在如上面實(shí)施例8涂敷的凝膠上噴涂聚四氟乙烯在甲苯/甲基異丁基酮(溶劑組分比例為1∶1)中的氣溶膠，先前同樣用在甲醇中滴加濃氫氧化鈉水溶液的方法調(diào)節(jié)pH為11，然后使生成的面涂層干燥。
一旦一氯二氟甲烷釋放，(約1-10ppm的范圍內(nèi))紅色的底涂層將完全變黃。
實(shí)施例10按照上面實(shí)施例1-9的方法步驟，但是其中這些實(shí)施例中使用的指示劑、溶劑、路易斯堿、流變改性劑或面涂用任何本文所列的該組中的其他成員所替代，可以得到同樣的結(jié)果，當(dāng)然條件是不同的指示劑將顯示不同的顏色轉(zhuǎn)變。
實(shí)施例11將甲基橙加到二甲基亞砜和乙二醇單丁基醚中(溶劑比例為1∶1)。指示劑濃度調(diào)節(jié)到0.5％，加入羥基-乙基-乙二胺將pH升至7.5％±.1。加入羥丙基-甲基-纖維素使該流變改性劑的濃度達(dá)到1.0％。這個(gè)結(jié)果是得到一個(gè)粘稠的黃色觸變?nèi)芤?，?1℃的粘度約3000-5000cps。
實(shí)施例12將用于裝載液體二氧化碳的導(dǎo)管的接頭用pH為11-12的堿性甲醇/異丙醇溶液預(yù)清洗。讓導(dǎo)管干燥后，用刷子將實(shí)施例11的混合物涂敷到接頭上。
實(shí)施例13在上面實(shí)施例12的凝膠上噴涂一層面涂，該面涂由在油基溶劑中的成膜物，即馬來(lái)酸改性的松香組成，該油基溶劑由亞麻仁油和甲乙酮(70/30混合物)組成。該松香膜含有0.5％辛基酚基聚乙氧基2乙醇(octylphenol polyethoxy 2 ethanol)作為增塑劑。得到的是透明的涂層，使得一旦暴露在氣體(CO2)中，能可見(jiàn)地探測(cè)到凝膠顏色變化。
上述凝膠一旦與二氧化碳接觸，可觀察到顏色從黃變紅。
實(shí)施例14根據(jù)實(shí)施例11的方法用下面的組分制備觸變的粘性混合物
得到的組合物是粉紅色的，粘度50,000cps(在21℃)。
將實(shí)施例14的混合物施加到進(jìn)行實(shí)施例12和13時(shí)所述的氣體導(dǎo)管上。
實(shí)施例15用于保護(hù)實(shí)施例14的觸變凝膠的面涂(下文稱為底涂)的組分如下。
實(shí)施例16面涂復(fù)合物可以通過(guò)仔細(xì)地噴刷(氣溶膠或噴漆槍)，或浸漬所處理的面積的方法施加到底涂上。這個(gè)涂層是透明的，使粉紅凝膠的可見(jiàn)探測(cè)成為可能，同時(shí)又保證了產(chǎn)品的完整性和可靠性，延長(zhǎng)了使用周期。
實(shí)施例17將實(shí)施例14的組合物(稱為底涂)和實(shí)施例15的組合物(稱為面涂)涂敷到(在如前面的實(shí)施例所述的清洗后)已知有約＜5微米穿孔(泄漏)的氣體導(dǎo)管上。以同樣的方式，將該組合物涂敷到導(dǎo)管上未知有穿孔的部分。一旦親電子氣體通過(guò)該導(dǎo)管，穿孔的部分變?yōu)橥该?，而沒(méi)有穿孔的對(duì)比部分仍保持粉紅色。
實(shí)施例18根據(jù)前面的實(shí)施例制備有以下組分的觸變性底涂
以上組分生成一種可用于探測(cè)混合的親電子氣體的蘭色至海蘭色的觸變凝膠。起始pH為10-12。
實(shí)施例19根據(jù)前面的實(shí)施例制備有以下組分的面涂
在用實(shí)施例18的底涂處理氣體導(dǎo)管后，再將上述面涂施加其上。該面涂生成一個(gè)具有優(yōu)異粘合性的耐久透明涂層。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)親電子氣體的組合物，該組合物包括(a)能夠與所述氣體進(jìn)行親電子反應(yīng)的路易斯堿，(b)能夠可見(jiàn)地指示質(zhì)子化或脫質(zhì)子化時(shí)顏色變化的染料，(c)所述染料、所述堿和所述氣體的溶劑，(d)能產(chǎn)生組分(a)+(b)+(c)+(d)的非牛頓凝膠的流變改性劑，該非牛頓凝膠是完全半透明的，這就使得染料顏色變化的目視探測(cè)成為可能，并且有充分的假塑性/觸變性以提供對(duì)垂直和水平表面的粘合性。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述路易斯堿足量存在，以使得凝膠的pH為6.9-14。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述路易斯堿選自以下一組中的至少一種成員堿金屬和堿土金屬的氫氧化物、烷氧化物和碳酸酯；胺類；氫氧化季銨；烷氧基胺類；羥烷基胺和其混合物。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所述溶劑選自以下一組中的至少一種成員鏈烷醇類、芳烷基醇類、烷基鹵化物、烷基酮類、烷基胺類、芳烷基胺類、鏈烷酸的烷基酯、二甲基亞砜、水和其混合物。
5.權(quán)利要求5的組合物，其中所述烷基基團(tuán)選自直鏈、支鏈和環(huán)狀的基團(tuán)。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中所述鏈烷醇和烷基胺類是選自伯、仲和叔鏈烷醇和烷基胺類。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中所述溶劑是選自二甲基亞砜、水、四氫呋喃、丙酮、乙酸乙酯和甲醇和其混合物。
8.權(quán)利要求1的組合物，其中所述溶劑相對(duì)于(a)和(b)的總量的用量范圍是每份(重量)(a)+(b)為1-99份(體積)。
9.權(quán)利要求1的組合物，其中所述流變改性劑是選自羥烷基纖維素、纖維素半合成聚合物、聚乙烯醇、carbopols、藻酸鹽和天然樹(shù)膠。
10.一種位于所述氣體導(dǎo)管上的權(quán)利要求1的組合物的涂層。
11.權(quán)利要求10的涂層還含有能在約0-約30℃固化的可噴灑的成膜面涂組合物，其中所述膜是完全半透明的，使得(b)顏色變化的目視探測(cè)成為可能。
12.一種用于探測(cè)從含有該親電子氣體的系統(tǒng)中泄漏的親電子氣體方法，該方法包括在所述系統(tǒng)的外部涂敷一種組合物涂層，該組合物含有(a)能夠與所述氣體進(jìn)行親電子反應(yīng)的路易斯堿，(b)能夠可見(jiàn)地指示質(zhì)子化或脫質(zhì)子化時(shí)顏色變化的染料，(c)所述染料、所述堿和所述氣體的溶劑，(d)能產(chǎn)生組分(a)+(b)+(c)+(d)的非牛頓凝膠的流變改性劑，該非牛頓凝膠是完全半透明的，這就使得(b)的顏色變化的目視探測(cè)成為可能，并且有充分的假塑性/觸變性以提供對(duì)垂直和水平表面的粘合性，還包括一旦出現(xiàn)所述氣體泄漏時(shí)觀察所述涂層顏色變化。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述路易斯堿足量存在，以使得凝膠的pH為6.9-14。
14.權(quán)利要求12的方法，其中所述路易斯堿選自堿金屬和堿土金屬的氫氧化物、烷氧化物和碳酸酯；胺類；氫氧化季銨；烷氧基胺類；羥烷基胺和其混合物。
15.權(quán)利要求12的方法，其中所述溶劑選自鏈烷醇類、芳烷基醇類、烷基鹵化物、烷基酮類、烷基胺類、芳烷基胺類、鏈烷酸的烷基酯類、二甲基亞砜、乙二醇類、乙二醇醚類、水和其混合物。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述烷基基團(tuán)選自直鏈、支鏈和環(huán)狀的基團(tuán)。
17.權(quán)利要求15的方法，其中所述鏈烷醇和烷基胺類是選自伯、仲和叔鏈烷醇和烷基胺類。
18.權(quán)利要求15的方法，其中所述溶劑是選自二甲基亞砜、水、四氫呋喃、丙酮、乙酸乙酯、甲醇和其混合物。
19.權(quán)利要求15的方法，其中所述溶劑是二甲基亞砜。
20.權(quán)利要求15的方法，其中所述溶劑是二甲基亞砜和水。
21.權(quán)利要求15的方法，其中所述路易斯堿是氫氧化鈉。
22.權(quán)利要求15的方法，其中所述溶劑相對(duì)于(a)和(b)的總量的用量范圍是每份(重量)(a)+(b)為1-99份(體積)。
23.權(quán)利要求15的方法，其中流變改性劑是選自羥烷基纖維素、纖維素半合成聚合物、聚乙烯醇、carbopols、藻酸鹽和天然樹(shù)膠。
24.權(quán)利要求15的方法，其中流變改性劑是選自羥烷基纖維素、聚乙烯醇和藻酸鈉。
25.權(quán)利要求15的方法，包括氫氧化鈉、二甲基亞砜、選自羥烷基纖維素、聚乙烯醇和藻酸鈉的流變改性劑和質(zhì)子化或脫質(zhì)子化時(shí)能夠可見(jiàn)地指示顏色變化的染料。
26.權(quán)利要求15的方法還包括噴灑在約0-約30℃固化的可噴的成膜面涂溶液，其中所述膜是完全半透明的，使得(b)顏色變化的目視探測(cè)成為可能。
27.權(quán)利要求26的方法，其中所述面涂溶液含有溶劑和以下一組中的成員環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、硅氧烷、改性的和未改性的松香、聚乙烯基吡咯烷酮、醇酸樹(shù)脂、聚丙烯酸酯、乙基纖維素、聚乙烯、聚四氟乙烯和其混合物。
28.權(quán)利要求27的方法，其中所述溶劑是選自芳烴；鏈烷烴；烷基酮類；直鏈或支鏈的鏈烷醇類；C1-C5的烷基醚類；一甘醇、二甘醇和三甘醇；溶劑油(約150-250℃餾份)；礦物油、植物油、動(dòng)物油和船用照明油；和其混合物。
29.權(quán)利要求28的方法，其中所述溶劑是選自二甲苯、甲苯、己烷、甲基異丁基酮、丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于探測(cè)親電子氣體,如一氯二氟甲烷或二氧化碳的組合物,該組合物含有能從氣體中除去質(zhì)子或與其進(jìn)行同樣的親電反應(yīng)的路易斯堿;在質(zhì)子化或脫質(zhì)子化,也即是pH變化時(shí)能可見(jiàn)地指示顏色變化的染料;染料、堿或氣體的溶劑;能產(chǎn)生所有這些組分的非牛頓凝膠的流變改性劑,該非牛頓凝膠是完全半透明的,這就使得染料顏色變化的目視探測(cè)成為可能,并且有充分的假塑性/觸變性以提供對(duì)垂直和水平表面的粘合性。
文檔編號(hào)G01M3/22GK1260874SQ98806217
公開(kāi)日2000年7月19日 申請(qǐng)日期1998年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月17日
發(fā)明者R·J·維爾迪基奧, S·R·凱澤, S·沃爾什 申請(qǐng)人:R－特克技術(shù)公司