DE112005000437T5

DE112005000437T5 - Photokatalysatoren, Elektrete und hydrophobe Oberflächen, die zum Filtern, Reinigen, Desinfizieren und Desodorieren verwendet werden

Info

Publication number: DE112005000437T5
Application number: DE112005000437T
Authority: DE
Inventors: Robert G. Los Alamos Hockaday
Original assignee: ARENA INDUSTRIES; ARENA IND; Arena Industries LLC
Current assignee: ARENA INDUSTRIES; ARENA IND; Arena Industries LLC
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2007-02-01
Also published as: JP2008517634A; US20050186871A1; GB2425726A; GB0616694D0; WO2005082491A1

Abstract

Ein gaspermeables Gerät, mit
einer Struktur, die eine Vielzahl von Oberflächen umfasst, wobei zumindest eine der Oberflächen einen Photokatalysator umfasst und zumindest eine andere Oberfläche Elektrete umfasst, und
zumindest einer Lichtquelle um die zumindest eine den Photokatalysator umfassende Oberflächen Licht Photonen auszusetzen, ausreichend um den Photokatalysator zu aktivieren,
wobei die Struktur das Filtern von Partikeln, die Dochtwirkung bei Flüssigkeiten, das Desinfizieren und das Desodorieren der Oberflächen ermöglicht.

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der provisorischen U.S. Anmeldung Nr. 60/547,073, die am 25. Februar 2004 eingereicht wurde.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es besteht bei Kleidungen ein Bedarf am Desodorieren, Desinfizieren und Ventilieren. Kleidungen wie etwa Brillen, Schuhe, Socken, Handschuhe, Jacken und Hüte. Der menschliche Körper sondert abgestorbene Haut, Bakterien, Viren, Blut, Schweiß und Feuchtigkeit ab. Typischerweise muss die Kleidung dazu imstande sein, die Feuchtigkeit zu beseitigen, den Benutzer thermisch zu isolieren und den Benutzer vor Fremdstoffen und Licht zu schützen. Die Kleidung kommt über die Umwelt mit einer großen Menge an Fremdstoffen wie etwa Ölen, Ammoniak, Kohlenwasserstoff, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Wasser, Salzen, Schmutz, Bakterien, Viren und Pilzen in Kontakt. Die warmen, feuchten Bedingungen des Menschen in Kleidung, wie etwa Gesichtsdichtungen von Schutzbrillen auf einem Kopf eines Menschen in den Lufteinlässen und Auslassöffnungen und dem Kopfband, können ideale Bereiche zum Unterhalt und Wachstum von Bakterien, Pilzkolonien und zur Erhaltung von Viren sein. Der Aufenthalt und das Wachstum von Bakterien und Pilzkolonien kann zur Erzeugung von Gerüchen in der Kleidung führen. Die Gegenwart der Bakterien, Pilze und Viren kann zur Verbreitung von Infektionen über den Körper des Trägers führen und kann zur Übertragung von Infektionen in Kontakt mit anderen Personen oder Tieren führen.
Es hat sich erwiesen, dass Photokatalysatoren, wie etwa Titandioxid, or ganische Verbindungen, die auf der Oberfläche der Photokatalysatoren mit den blauen Lichtphotonen über 3,2 eV Energie und in der Gegenwart von Sauerstoff und Wasser absorbiert werden, abbauen und oxidieren können. Diese Photokatalysatoren zerstören auch Bakterien, Pilze und Viren, die mit dem Photokatalysator in Kontakt sind. Die Reaktion und Wirksamkeit des Photokatalysators erhöht sich stark in der Gegenwart von Wasser auf der Oberfläche des Photokatalysators. Damit Titandioxid diese Verbesserung erzielt, sind relative Feuchtigkeiten von über 40 % nötig.
Die chemische Reaktionsfähigkeit der photokatalytischen Oberflächen lässt sie sehr hydrophil werden. Durch das Kombinieren der Photokatalysatoren mit der Kleidung, die häufig Sonnenlicht oder blauem Licht ausgesetzt wird, kann ein Umfang an Selbstreinigungs- und Selbstdesinfizierungsvermögen erzielt werden.
Die traditionellen Methoden zum Desodorieren und Desinfizieren von Oberflächen von Kleidungen sind Hochtemperaturpasteurisierung, Waschen mit Seife und Wasser, Eintauchen in reaktionsfähige Chemikalien, wie etwa Salze, Chlor oder Ozon, Imprägnierung und langsame Emission von Bioziden, wie etwa Formaldehyd, Bestrahlung mit Elektronen oder geladenen Teilchen, Röntgenstrahlen und UV-Licht.
Durch das Erhitzen der Kleidung auf Sterilisierungstemperaturen kann das Produkt zerstört werden, indem die Kunststoffkomponenten schmelzen, oder verursacht wird, dass die Materialien fließen, sich erweichen oder verdampfen.
Die Inkorporation dieser Desinfektionstechniken, wie etwa Biozide, in Kleidung kann dazu führen, dass die Bekleidung lästige Gerüche absondert, die für den Benutzer gefährlich sind, und kann zu Hautreizungen führen.
Das Belassen eines Geruches von von der Kleidung absorbierten Chemikalien kann die Kleidung auch gegenüber Tieren und Menschen auffindbar machen, was im Krieg und bei der Jagd besonders wichtig ist.
Viele Kleidungsprodukte werden typischerweise periodisch gereinigt, aber es kann lästig und eine Ausgabe übermäßiger Energie sein. Das Waschen unterbricht außerdem die Verwendung der Kleidung und kann ihre Leistungsfähigkeit beeinträchtigen, indem die Adhäsion modifiziert wird oder Lösungsmittel in der Kleidung zurückgelassen werden. Beim Waschen mit Seife können hydrophobe oder hydrophile Oberflächeneigenschaften, die für die Entfernung von Wasser wichtig sind, verloren gehen. Wenn Wasser in oder auf ihren Oberflächen zurückgelassen wird, kann es sein, dass die Eigenschaften der Wärme- und elektrischen Isolierung nachlassen. Der Waschvorgang kann die Bindematerialien, wie etwa Klebstoffe, beschädigen, indem die Klebstoffe mit Belägen beschichtet und notwendige chemische Komponenten aufgelöst werden.
Manche Komponenten, wie etwa Beschlagschutzbeschichtungen, sind typischerweise wasserabsorbierend, so dass sie, wenn sie über einen langen Zeitraum hinweg in Wasser eingeweicht werden, weich werden und leicht Adhäsion an den Linsenoberflächen verlieren können. Die Doppellinsen in Schutzbrillen enthalten Lufträume und können sich durch Tauchreiningen mit Wasser und Chemikalien füllen. Dies zerstört die Transparenz- und Isolierungseigenschaften der Doppellinsen. Wenn Vorrichtungen, wie etwa Elektronik, Batterien und Brennstoffzellen, in einer Kleidung inkorporiert werden, kann ihre Leistung durch das Beschichten mit Wasser mit reaktionsfähigen Chemikalien typischerweise durch Kurzschließen der Schaltkreise zerstört oder geschwächt werden, und demnach ist Waschen unpraktisch.
Die Inkorporation kontinuierlicher Bestrahlung oder periodischer Bestrahlung kann für den Benutzer schwierig, lästig, teuer und möglicherweise gefährlich sein. Die Materialien, wie etwa Kunststoffe und Gummi, können sich unter energetischer Bestrahlung zersetzen. Die Funktion der Kleidung besteht oft darin, dass sie den Benutzer vor ultraviolettem Licht und Bestrahlung schützt, daher sind die Innenoberflächen der Kleidung vor typischer Sterilisierung durch ultraviolettes Licht geschützt, was die Eignung zum Bakterien- und Pilzwachstum verstärkt.
Durch die Bedingungen hoher Luftfeuchtigkeit, Wärme und Kontakt mit dem Körper sind Brillen ideal zur Erhaltung und Förderung von Bakterien, Pilzen und Viren. In die Brille absorbierte Gerüche sind wahrnehmbarer, weil sie nahe bei der Nase des Benutzers sind. Der enge Kontakt der Brille mit dem Körper und in der Nähe der Augen, der Nase und des Mundes machen sie dazu geeignet, Infektionen zu verbreiten oder zu erhalten und den Benutzer zu reizen.
Die traditionelle Methode zur Desinfizierung dieser Oberflächen besteht in deren Eintauchen in chemische Spülungen, wie etwa chloriertes Wasser, Natriumhypochlorid (Bleichmittel), Seife und/oder Wasser. Dies kann dazu führen, dass reizende Chemikalien auf der Kleidung zurückbleiben, sich die Kleidung zersetzt oder die Kleidung einfach durch das Spülwasser nass bleibt. Photokatalysatoren sind seit längerer Zeit für ihre desodorierenden und desinfizierenden Eigenschaften bekannt. Auch dokumentiert sind ihre Eigenschaften der Benetzung und der Zusammenwirkung mit Wasser. Eine zusätzliche Wirkung eines Photokatalysators besteht darin, dass die freie Oberflächenenergie nach dem Kreieren aktiver Chemikalien auf der Oberfläche des Photokatalysators hoch ist, was zu einer hohen Adhäsion (hohen freien Oberflächenenergie) führt. Photokatalytische Oberflächen sollten normalerweise hydrophil sein. Zur Veranschaulichung der Beeinflussung von Wasser auf Oberflächen wurden auch Wasseradhäsionsgradienten eingesetzt, und diese können verwendet werden, um flüssiges Wasser über die ledigliche Kapillarwirkung von Dochten hinaus zu bewegen.
Die Eigenschaften zur Bildung von Oberflächen mit hohem Oberflächenbereich zur Verbesserung der Wasseradhäsionswirkungen sind in Materialien wie etwa formgebenden Polyesterfasern eingesetzt worden, um Kanäle zum Ablaufen lassen von Wasser mittels Dochtwirkung (water wicking) in Produkten wie etwa Cool Max^® (DuPont Corp., 1007 Market Street, Wilmington, DE, 19898) bereitzustellen. Die Eigenschaften von Elektreten und elektrostatischer Filtration sind in Luftfiltrationssystemen eingesetzt worden.
Einige Beispiele von Wasseradhäsionsgradienten und selbstreinigenden Oberflächen wurden in gewissen Systemen von Pflanzen beobachtet, wie etwa in der Lotusblume und in Erdbeerblättern, die aufgrund hydrophober Oberflächenhaare eine hoch hydrophobe Oberfläche aufweisen. Diese Oberflächen weisen die Wirkung auf, dass sie Staub entfernen, wenn Wassertröpfchen auf die Oberfläche auftreffen, und dass sie diesen Staub in den Wassertröpfchen wegtragen.
HERKÖMMLICHE VORRICHTUNGEN
US Patent 5,690,922 Motoya Mouri et al. „Deoderizable Fiber and Method of Producing the Same". Dieses Patent beschreibt die Imprägnierung von Fasern mit Phosphaten eines dreiwertigen Metallhydroxids eines zweiwertigen Metalls und Photokatalysatoren mit Fasern, um der Kleidung desinfizierende und desodorierende Eigenschaften zu verleihen. Dieses Patent erwähnt die Zugabe antistatischer Agenzien zu den Fasern. Die Verwen dung der Photokatalysatoren auf Nicht-Stoff-Oberflächen oder die Dochtwirkungseigenschaften werden darin nicht erwähnt. Die Verwendung der Photokatalysatoren zusammen mit den Elektreteigenschaften werden darin nicht erwähnt.
US Patent 6,592,858 B1 Honda et al., „Fiber Structure Having Deodorizing or Antibacterial Property". Dieses Patent beschreibt eine komplexe Faserstruktur, die mit Photokatalysatoroxiden beschichtet ist, um desodorierende, antibakterielle, antimykotische und schmutzabweisende Eigenschaften zu erzielen. Dieses Patent verwendet auch Silikonoxide mit den Photokatalysatoren und die Verwendung von Zeolithen mit den Photokatalysatoren. Die Photokatalysatoroxide sind an den Fasern mittels einer Vielzahl von Harzen, wie etwa Alkylsilikatharzen, Silikonharzen und Fluorharzen, befestigt. Dieses Patent erwähnt die Schweiß- und Wasserabsorptionseigenschaften der Bindemittel. Die elektrostatischen Eigenschaften der Bindemittel oder Photokatalysatoren werden darin nicht erwähnt.
US Patent 6,685,891 B2 George Benda et al., „Apparatus and Method for Purifying Air". Die Luftfiltration wird mit der thermischen Luftströmungskonvektion von dem mit einer Lampe ausgeleuchteten Katalysator zum Antreiben einer luftdesodorierenden Einrichtung und eines Luftfilters beschrieben. Es wird die Befeuchtung über 40 % relativer Luftfeuchtigkeit und 30 % bei dotierter relativer Luftfeuchtigkeit zum Produzieren von Hydroxylionen, die Bakterien abtöten, beschrieben. Ein kleiner Wasserspeicher und das Ablaufen lassen von Wasser mittels Dochtwirkung oder ein anderes Befeuchtungsmittel zur Erhaltung der Feuchtigkeit wird als eine Option erwähnt. Es wird ein optionaler Filter zur Entfernung größerer partikulärer Masse erwähnt. Elektrostatik oder Anwendungen auf die Kleidung werden in diesem Patent nicht erwähnt.
US Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2003/0180200 A1, Brad Reis feld, „Combined Particle Filter and Purifier". Dieses Patent über Luftfiltration beschreibt eine Kombination aus mechanischer Filtration, Desodorierung und periodisch gewaschenem oder entsorgtem Filter für Luftaufbereitungs- und Heizsysteme. In diesem Patent werden die hydrophilen oder hydrophoben Eigenschaften, das Ablaufen lassen von Wasser mittels Dochtwirkung oder die Elektrostatik nicht erwähnt.
US Patent 6,620,385 B2 Fuji Toishikai, „Method and Apparatus for Purifying a Gas Containing Contaminants". Dieses Patent verwendet zwei separate Komponenten: einen Photokatalysatorteilabschnitt zur Zersetzung gasförmiger Fremdstoffe und einen HEPA-Filter, der Elektrete zum Filtern luftübertragener Teilchen verwendet. Toishikai beschreibt den Umfang geeigneter Photokatalysatoren, der konvertierbaren Fremdstoffe und der Gifte der Photokatalysatoren. Es werden elektrostatische Aufladung und Anziehung und Einfangung von Kohlenwasserstoffpartikeln zur Filterung von Partikeln beschrieben. Der HEPA-Filter mit den Elektreten ist von dem photokatalytischen Teilabschnitt des Systems getrennt. In diesem Patent werden die hydrophilen oder hydrophoben Eigenschaften, das Ablaufen lassen von Wasser mittels Dochtwirkung, die Verwendung von Wasser zur Reinigung oder die Verbesserung der photokatalytischen Oberflächen nicht erwähnt.
US Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. US 2003/0179476 A1, Kohayaski Masaki et al., „Anti-Fogging Element and Method for Forming the Same". Dieses Patent verwendet die Benetzungseigenschaften des Photokatalysators, um eine Beschlagschutzoberfläche zu bilden, indem der Photokatalysator und feste Polymerfarbe verwendet werden. Dieses Patent beschreibt eine Methode zur Bildung der Beschlagschutzbeschichtung mit den Photokatalysatoren bei 200°C. Es werden darin hydrophile Gradienten, antibakterielle oder elektrostatische Eigenschaften nicht er wähnt.
US Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. US 2002/0016250 A1, Hayakawa Makoto et al., „Method for Photocatalytically Rendering a Surface of a Substrate Super Hydrophilic, a Substrate With a Super Hydrophilic Photocatalytic Surface, and Method of Making Thereof". Dieses Patent beschreibt photokatalytische Oberflächen, die selbstreinigend sind, wenn die Oberflächen Niederschlag ausgesetzt werden. Dieses Patent erwähnt den Beschlag von Brillengläsern und den Zweck des Benetzungsbelags als Beschlagschutzagens. Darin wurde erwiesen, dass die Beschichtungsdicke in dem Bereich von mehreren Nanometern ausreicht, um die Oberfläche überhydrophob zu machen. Dieses Patent beschreibt die Verwendung der Beschichtung zur Verbreitung von Wasser über Wärmeaustauscheroberflächen, um zu verhindern, dass Wasserkondensate die Fluidströmungs-Wärmeübertragung blockieren. Es werden in diesem Patent keine hydrophilen Gradienten, antibakteriellen oder elektrostatischen Eigenschaften erwähnt.
In diesen Literaturnachweisen gibt es keine Lehre, Beschreibung oder jegliche Motivation zur Verwendung eines Photokatalysators in Verbindung mit Elektreten in Kleidungen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich an die oben beschriebenen Mängel und stellt eine einzigartige Lösung für die seit langem bestehenden Probleme bereit. Die Erfindung kombiniert und optimiert mehrere physikalische Funktionen in Komponenten, um die erwünschte Wirkung zu erzielen. Diese Erfindung inkorporiert Photokatalysatoren, Wasseradhäsionsdifferenzoberflächen und Elektrete zur Verbesserung, Filtration, Ablaufen las sen von Wasser mittels Dochtwirkung, Desinfizierung und Desodorierung von Brillen, Luftreinigern und Kleidungsprodukten.
Unsere Forschungsarbeiten über Elektrete, die oftmals auch hoch hydrophobe Materialien sind (Polypropylen und Silikongummi) zeigen, dass Teilchen, die von ihnen angezogen werden, mittels Wasser entfernt werden können. Dies geschieht deshalb, weil in unmittelbarer Nähe des Wassertröpfchens das elektrische Feld durch die Umkehrung der hohen dielektrischen Konstante des Wassers reduziert ist (die dielektrische Konstante von Wasser ist 78 im Vergleich zu 1 von Luft bei 25°C), was das elektrische Feld reduziert. Die Oberflächenenergie des Patrikels wird durch das Benetzen und Inkorporieren in das Wassertröpfchen reduziert und zieht die Partikel in die Wassertröpfchen. Sobald das Wasser und die Teilchen entfernt sind, wird das elektrische Feld wieder hergestellt.
Diese Erfindung kombiniert einzigartig die Photokatalysator- und Elektretwirkungen, um zweckmäßigerweise ein System zur Verwendung in Brillen, Luftreinigern und Kleidungsstücken zu kreieren, das bei der Verwaltung des Gasaustausches, des flüssigen Wassers, der Partikel behilflich ist, desodoriert, desinfiziert und den erwünschten Komfort für einen Benutzer kreiert.
In unserer gleichzeitig anhängigen US Patentanmeldung Nr. 10/317,065 „Non-Fogging Goggles", die hier unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit inkorporiert ist, weisen wir darauf hin, dass eine wasserabsorbierende Oberfläche benötigt wird, um Oberflächen der Schutzbrille zu benetzen, damit Wasser angezogen und das Ablaufen lassen von Wasser mittels Dochtwirkung erreicht wird. Wir beschreiben die Verwendung eines festen Polymerelektrolyten als Oberflächenbenetzungsagens. Die photokatalytischen Eigenschaften der Beschichtungen oder der Ionenwiderstand (ionic drag) durch die Beschichtungen wurde von uns nicht beschrieben.
In unserer gleichzeitig anhängigen US Patentanmeldung Nr. 60/416,271, „Electrostatic Filtered Eyewear", die hier unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit inkorporiert ist, verwenden wir Elektrete und Elektrostatik, um Staub, Bakterien, Viren und Pilze zu filtern und zu halten. In Verbindung mit den Elektreten verwendete Photokatalysatoren wurden von uns nicht beschrieben.
Photokatalysatoren, wie etwa Titanoxid, sind in die Oberflächen der Kleidungsprodukte, wie etwa eine Schutzbrille, inkorporiert, um absorbierte Chemikalien auf den Photokatalysatoroberflächen mit Absorption von Licht mit ausreichender Energie zur Erzeugung und einem Elektronenlochpaar (electron hole pair) in dem Photokatalysator zu zersetzen und zu oxidieren. Das Elektronenlochpaar (electron hole pair) führt zur Zersetzung des Oberflächenkontakts mit Wasser und darauffolgende reaktionsfähige Chemikalien auf der Oberfläche der Photokatalysatoren. Die beschichteten Oberflächen können auch als Luftfilter, Luftdurchlässe, Dochtwirkungsoberflächen, Schutzabdeckungen, Schichten, über darunterliegende Materialien funktionieren und als UV-Licht-Schutzfilter für die darunterliegenden Materialien und den darunterliegenden Körper wirken.
Die Photokatalysatoren sind hydrophile Oberflächen und können in hydrophobe Schichten oder angrenzende Oberflächen inkorporiert werden, um aufgrund eines Wasseradhäsionsgradienten zwischen den beiden Oberflächen als eine wasserbewegende Straße zu wirken. Die Photokatalysatoroberflächen sind auch in einem Elektret oder einem elektrostatischen Aufladesystem inkorporiert, um Staub, Bakterien, Pilze und Viren anzuziehen und zu halten und dann darauffolgend mittels Wasser auf dem Wasseradhäsionsgradienten zu der Photokatalysatoroberfläche bewegt zu werden, wobei die hohe Adhäsion durch den photokatalytischen Vorgang zerstört werden soll.
Die photokatalytischen Oberflächen weisen aufgrund der Produzierung von Oberflächenladung auf dem Photokatalysator und der darauffolgenden Kreierung reaktionsfähiger Chemikalien auf der Oberfläche eine hohe Wasseradhäsion (freie Oberflächenenergie) auf. Ölablagerungen, die typischweise Umgebungsoberflächen hydrophob werden lassen, werden von der Oberfläche mittels des photokatalytischen Vorgangs entfernt, wodurch die Oberfläche von der Art her gesehen hydrophil gehalten wird. Diese Fähigkeit des Benetzens kann vorteilhaft verwendet werden, um Oberflächen, wie etwa das Innere von Luftdurchlässen in Schutzbrillen zu benetzen, um zu ermöglichen, dass kondensiertes Wasser mittels Dochtwirkung von den Durchlässen weg und nach außen zu dem Umfang der Schutzbrille abläuft.
Damit die Photokatalysatoren in der Kleidung wirksam sind, sind sie dort platziert, wo sie die Fremdstoffe einfangen und Licht und Feuchtigkeit empfangen können. Bei der Schutzbrillenanwendung ist die Photokatalysatorbeschichtung auf den äußeren Kanten der Luftdurchlässe. Die Geometrie und Anwendung der photokatalytischen Ablagerungen kann mit den hydrophoben und elektrostatischen Bereichen der Durchlässe in der Schutzbrille oder der Kleidung koordiniert werden, um Filterung, Wasserentfernung und desinfizierende Zersetzungsfunktion zu erzielen.
Die Photokatalysatorteilchen oder -beschichtung können/kann in der Oberfläche der Kleidung oder in einer Schicht innerhalb des Produktes eingebettet sein, während sie nach wie vor durch die wirksamen Elektronenlochpaar kreierenden Photonen erreichbar sind/ist. Das Beschichten einer einzelnen Komponente, wie etwa eines Luftdurchlasses oder einer porö sen Membran mit hydrophoben, Elektret- und Photokatalysatorzonen, kann die selbstreinigenden Wirkungen erzielen. Die Photokatalysatoren schützen die hydrophoben Oberflächen vor Fremdstoffen, die ihre Wasseradhäsion verändern und ihre Hydrophobie reduzieren können.
Die Oberflächen des Elektrets können mit einer unterbrochenen Schicht von Photokatalysatorteilchen beschichtet sein, die das elektrische Feld des Elektrets nicht vollständig abschirmen, während die Teilchen noch immer nahe genug beeinander sind, um wirksam mit dem Photokatalysator Kontakt aufzunehmen, wenn die Teilchen von der Elektretoberfläche angezogen werden. Mit Rillen versehene, bedruckte Streifen, Kanäle hydrophober und hydrophiler Schichten, Bindungen photokatalytischer Fasern, Elektretfasern und Dochtwirkungsfasern und/oder dergleichen können verwendet werden, um die selbstreinigenden und fäulnisverhütenden Verhaltensweisen zu erzielen.
Zur Erzielung der Wirkung können innige Schichten imprägnierter Stoffe oder Membranen verwendet werden. Eine Schichtung von Stoffen zur Hautkontaktanwendung, wie etwa bei einer Schutzbrillendichtung, Filtern und Verbänden, ist derart, dass eine hydrophobe Schicht die Haut kontaktiert oder in der Nähe der Haut ist, während sich eine Elektretschicht und/oder eine Photokatalysatorschicht auf der Außenseite befindet. Damit eine Hautreizung vom Kontakt mit dem Photokatalysator umgangen wird und um Wasser von der Hautoberfläche zu entfernen, wird eine Schichtungsstruktur verwendet, wobei die am meisten hydrophobe und weniger katalytische Oberfläche mit der Haut in Kontakt ist, während die Photokatalysatoren sich auf der äußeren Oberfläche befinden.
Der hydrophobe Kontakt ist auch bei Verbänden wichtig, bei denen es wünschenswert ist, das Haften des Verbandes an der Wunde zu minimie ren. Um die Kleidung zu Waschen und eine Anhäufung von Partikeln auf den Elektreten und den Photokatalysatoren zu entfernen, können Schweiß, kondensiertes Wasser, aufgesprühtes Wasser oder strömende flüssige Wassertröpfchen, die mit dem Elektret in Kontakt sind, die Partikel von dem Elektret wegziehen. Dies ist deshalb, weil Wasser eine dielektrische Konstante von 78 bei 25°C aufweist, im Gegensatz zu Luft, die eine dielektrische Konstante von 1 aufweist, der Wasserkontakt lässt das elektrische Feld auf wirksame Weise um einen Faktor von 78 fallen.
Das elektrische Feld wird somit mit der Erfindung stark reduziert und die Teilchen werden durch Wasseradhäsion in das Wasser gezogen. Das Wasser läuft durch Dochtwirkung zur Außenseite der Kleidung ab und kann mit den Teilchen darauf abgelegt werden. Das bedeutet, dass die Kleidung selbstablegend und fäulnisverhütend sein kann, ähnlich dem Phänomen, das bei Pflanzen beobachtet wird, die ihre Oberflächen mittels Regenwasser reinigen können, wie etwa die Lotusblume und die Blätter der Erdbeerpflanze.
Es ist möglich, unterliegende Schaltkreise zu erstellen und Elektrizität durch das System zu lassen, um Ionen osmotischen Widerstand (ion osmotic drag) zu erzielen, um Wasser durch oder über die Oberflächen zu bewegen. Das Bindematerial zwischen den photokatalytischen Teilchen kann ein Elektrolyt sein. Zur aktiven Bewegung von Wasser durch Ionenwiderstand (ionic drag) können Spannungen an das Material angelegt werden. Die elektrochemischen Wirkungen des Photokatalysators können mit den angelegten Spannungen produziert oder verbessert werden.
Da die Photokatalysatoren Halbleiter sind, ist es sogar möglich, diese elektrisch als Photoelemente zu verbinden und nützliche Energie zu produzieren. Ist zwischen den Photoelementen ein Elektrolyt gegenwärtig, oder zwischen Elektroden Elektrodenströmungen, kann dies Wasser und Schweiß über Ionenströmungswiderstand bewegen. Kleine Mengen an gesammelter elektrischer Energie können verwendet werden, um eine Uhr, ein Radio, Flüssigkristallanzeigen oder Leuchten und dergleichen laufen zu lassen.
Farbänderungen und Undurchsichtigkeit der Kleidung können auch durch die in der photokatalytischen Schicht eingebettete Photovoltaik angetrieben werden. Die photokatalytische Schicht mit den darunter liegenden Elektroden inkorporiert Flüssigkristallmaterialien, um die Polarisierung von Licht oder Lichtsendern, die zur Produzierung von Lichtfiltration oder nützlichen Anzeigen verwendet werden könnten, zu beeinflussen. Es können Druckmuster von Photokatalysatoren verwendet werden, um erwünschte Farb- und Erscheinungswirkungen zu erzielen.
In der Struktur können auch chemische Absorptionsmittel inkorporiert werden, wie etwa Aktivkohle oder Zeolithen, um die Fremdstoffe zu halten, bis der Photokatalysator blauem Licht ausgesetzt wird und ausreichende Feuchtigkeit aufweist, um die Fremdstoffe abzubauen. In manchen Situationen können die chemischen Absorbenzien als Puffer wirken, wenn die Aussetzung der Fremdstoffe die Verarbeitungsrate des Photokatalysators übersteigt.
Bei Umgebungen mit niedriger Luftfeuchtigkeit und Anwendungen, bei denen die relative Luftfeuchtigkeit unter 40 % fällt, reduziet sich typischerweise die Leistung des Photokatalysators. Eine Feuchtigkeitsquelle könnte erwärmtes Wasser, aufgesprühtes Wasser, mit Wasser benetztes Dochtwirkungsmaterial oder eine selektiv permeable Membran, die Flüssigkeit oder eine Wasserdampfquelle enthält, sein. Bei Kleidungsanwendungen in nächster Umgebung der Haut, reicht der Feuchtigkeitsgehalt der Luft auf der Oberfläche des Photokatalysators typischerweise aus, um eine relative Luftfeuchtigkeit von über 40 % auf der Oberfläche des Photokatalysators zu erhalten.
Bei Anwendungen wie etwa, aber nicht beschränkt auf Luftfilter kann Befeuchtung an der Oberfläche des Photokatalysators nötig sein. Selektiv permeable Membranen, wie etwa Urethanmembranen oder Silikonmembranen, können dem Photokatalysator auf passive und wirksame Weise ausreichend Wasserdampf zuführen und das Problem einer Anhäufung von Kondensat, das durch Sieden, Sprühen oder Dochtwirkungszufuhr von Feuchtigkeit vorkommen kann, umgehen. Selektiv permeable Membranen, die für diese Anwendung nützlich sind, sind Membranen, die nur Wasserdampf durchlassen, während sie flüssiges Wasser zurückhalten. Einige nicht einschränkende Beispiele sind Urethanmembranen, Silikongummimembranen, poröse Polypropylenmembranen, poröse Keramikmembranen und poröse Polytetrafluorethylenmembranen (PTFE-Membranen).
Andere Anwendungen dieser Technologie sind verwendete Stoffe, die Licht ausgesetzt werden, das ausreicht, um die Photokatalysatoren anzuregen, wobei ausreichende Feuchtigkeit vorhanden ist, um die Photokatalysatoren zu aktivieren, zum Beispiel dort, wo ein Bedarf an Selbstreinigung, Luftfiltration, Austausch reiner Luft oder Desodorierung besteht. Einige Beispiele sind Zelte, Luftfilter, Katzenkisten-Luftreiniger, Brillen, kugelsichere Westen, Prothesen, Verbände, Handschuhe, Schuhe, Bekleidung, Möbel, Zelte, künstliche Pflanzen, Ornamente, Fenstergardinen, Teppiche und Fahrzeugsitzbezüge, Wandoberflächen und schwarze Bretter.
Diese und weitere und andere Ziele und Merkmale der Erfindung sind aus der Offenbarung ersichtlich, welche die oben beschriebene und laufende schriftliche Beschreibung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen umfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht der Titandioxidbeschichtung in einem Chevron-Schutzbrillenluftdurchlass, des Elektretsubstrats und der hydrophoben Zone.
2A ist eine Innenansicht einer Schutzbrille mit hydrophober, Elektret- und photokatalytischer Zone auf der Linse und der Gesichtsdichtung.
2B ist eine Seitenansicht und ein Ausschnitt einer Schutzbrille mit Chevron-Durchlass mit hydrophober und Elektretbeschichtung.
2C ist eine Unteransicht einer Schutzbrille, die die Chevron-Durchlässe mit photokatalytischer Beschichtung zeigt.
3 ist eine vergrößerte Seitenansicht im Schnitt des Chevron-Durchlasses, die die hydrophobe und Elektretoberfläche in dem Chevron-Durchlass und der Linse zeigt.
4 ist eine vergrößerte Ansicht der Innenoberfläche der Linse und der Gesichtsdichtung.
5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer beschichteten Faserstruktur des Photokatalysator-, Elektret- und hydrophoben Bereichs.
6 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht eines Luft- und Desodorierungsfiltrationssystems, das eine künstliche Lichtquelle verwendet, und eines Membran-Wasserdampfzuführungssystems.
7 zeigt die Bekleidungskleidung an einem Menschen, wobei die Benutzungsbereiche für einen Photokatalysator-, Elektret-, hydrophoben Stoff oder eine Photokatalysator-, Elektret-, hyrophobe Struktur zeigt.
8 zeigt einen adhäsiven Verband, der einen Photokatalysator-, Elektret-, hydrophoben Stoff oder eine Photokatalysator-, Elektret-, hydrophobe Struktur verwendet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 ist ein Chevron-Durchlass, der zum Beispiel in Schutzbrillen, kugelsicheren Westen oder einem geschützten Lufteinlass verwendet wird, gezeigt. Dieser Durchlass 1 ist durch das Ausformen von Silikongummi, Polypropylen oder Polystyrol oder einem geeigneten Material, einschließlich Metallen, Verbunden von Metallen, Fasern, Kunststoffen oder Gummiarten gebildet. Der Silikongummi, das Polypropylen und Polystyrol und/oder das geeignete Material sind Elektrete 4. Die ausgeformten Formen 1 sind typischerweise so gebildet, dass sie direkte Geschosse blockieren und hohe Luftströmungsraten gewähren.
Im Inneren der Struktur 1 zieht der Elektret 4 geladene Teilchen und Staub 106 an und hält Partikel 107 auf der Oberfläche des Elektrets 4. Sind die Chevron-Kanäle 3 aus Metall gebildet, kann eine Silikongummischicht auf die Metallkomponenten aufgetragen werden, um dem Metall eine Elektretschicht 4 zu geben. Eine hydrophobe Beschichtung 2, wie etwa beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), wird durch Plasmapolymerisation auf einer Seite der Struktur 1 abgelagert. Die hydrophobe Beschichtung 2 durchdringt die Strömungskanäle 3 der Chevrons 1 nur teilweise.
Auf einer gegenüberliegenden Seite des hydrophoben Belags 2 und typischerweise der Außenseite des Durchlasses 1 wird ein Photokatalysator 5, wie etwa beispielsweise Titandioxidpartikel, mittels eines Bindemittels, wie etwa Silikongummi, als Spritzbelag abgelagert oder das Titandioxid kann als Sputterbelag abgelagert werden. Ein Beispiel einer spezifischen Beschichtung ist eine Mischung aus 32 nm Teilchen Titandioxid-Anatase-Form (Alfa Aesar, 26 Parkridge Road, Ward Hill, MA, 01935-6904), gemischt mit Nafion^® (Solution Technology, Inc., PO Box 171, Mendenhall, PA, 19357). Das Lösungsmittel wird verdampft und hinterlässt die von einem dünnen Belag des Fluorpolymerelektrolyten von einer Dicke von 0,03 bis 5 Mikronen umgebenen Katalysatoren. Eine alternative, im Handel erhältliche Sprühbeschichtung ist TPXsoI (Green Millennium, Inc., 20539 E. Walnut Dr., Suite B, Diamond Bar, CA, 91789).
Diese Ablagerung beschichtet den Strömungskanal 3 des Chevrons nur teilweise. Die Durchlassstruktur 1 kann Elektroden aus Gold, Platin, Palladium, Zinnoxid, Zinkoxid oder Nickelelektroden 111, 112 aufweisen, die in die Oberflächen der Durchlässe eingebaut oder auf diese plattiert sind. Diese Elektroden sind mit einer photokatalytischen Beschichtung 5 beschichtet, um Batteriezellen über der Oberfläche der Durchlässe oder durch die Durchlässe 1 zu kreieren. Externe Kreisläufe 113 können mit den Batteriezellen verbunden werden, um über die Elektroden 111, 112 hinweg eine Spannung zu kreieren oder Spannung und Strom von der Batteriezelle einzusetzen. Diese Batteriezellen in den Durchlässen können auch mit Elektronik 113 konfiguriert werden, um ein chemisches oder Feuchtigkeits-Diagnosewerkzeug zu sein.
Während des Betriebs strömt 105, 108, 109 Luft durch die Chevron-Struktur 1. Wenig Staub und Partikel 106, die typischerweise geladen sind, werden von dem elektrischen Feld der Elektrete 4 angezogen und von den Elektretoberflächen 4 festgehalten. Größere Teilchen 107 werden durch die Windung in der Chevron-Struktur 1 eingefangen oder abgelenkt. Schnee und Regen werden auf die Seiten der Strömungskanäle 3 auftreffen und an diesen haften bleiben. Wassertröpfchen 101 von Spritzern, Regen, Schnee oder Kondensation auf den Oberflächen der Chevrons 2, 4, 5 verringern das elektrische Feld des Elektrets 4 wegen der hohen dielektrischen Konstante von Wasser im Vergleich zu Luft um einen Faktor von annähernd 1/80. Die Wassertröpfchen 101 umfassen die partikulären Teilchen 100, die an dem Elektret 4 hafteten.
Die meisten Elektrete 4 sind sehr hydrophob und infolgedessen formen Wassertröpfchen 103 Kügelchen auf der Oberfläche und neigen dazu, sich entlang dem hydrophoben hydrophilen Gradienten, der durch die hydrophobe Beschichtung 2 errichtet wurde, an einem Ende des Strömungskanals 3 und dem hydrophilen Photokatalysator 5 and dem anderen Ende zu bewegen. Die Beschichtungen 2, 4, 5 können so abgelagert werden, dass die Wasseradhäsionseigenschaften allmählich von niedriger Adhäsion (hydrophob, d. h. niedrige freie Oberflächenenergie) zu hoher Adhäsion (hydrophil, d. h. hohe freie Oberflächenenergie) auf dem Photokatalysator 5 übergehen. Dieser Vorgang bewegt gefangene Partikel 107 von dem Elektret 4 zu der äußeren photokatalytischen Oberfläche mit den Wassertröpfchen 104.
Die Partikel mit dem Wasser auf der äußeren Oberfläche 104 mit blauen Lichtphotonen 110, mit Wellenlängen, die kürzer als 387 nm sind, werden über der 3,2 eV Energiebandlücke des Photokatalysators in das Halbleitertitandioxid absorbiert und es werden auf den Photokatalysatoroberflä chen 5 Wasser reaktionsfähige Hydroxidionen kreiert. Diese gehen mit den Staubteilchen eine Reaktion ein, wobei sie eine Vielzahl von organischen und anorganischen Verbindungen oxidieren. Diese Oxidation kann Bakterien, Pilze und Viren auf den Photokatalysatoroberflächen 5 abtöten. Dies führt auch zur Desodorierung, indem die aromatischen Kohlenwasserstoffe oder die Geruch produzierenden Bakterien oder Pilze direkt oxidiert werden.
Die in 1 gezeigten Elektroden weisen photokatalytische oder katalytische Oberflächen auf. Licht 115 veranlasst die Kreierung von Wasserstoff- und Hydroxidionen auf den Oberflächen der Elektroden 111, 112 in dem Oberflächenwasser 104 in dem Durchlass oder in dem photokatalytischen Elektrolytenbelag 5 auf der Oberfläche des Durchlasses.
Dieser photokatalytische Vorgang kreiert eine Spannung zwischen den beiden Elektroden 111, 112 aus einer Vielzahl von Wirkungen, wie etwa photovoltaische, chemische Konzentrationsunterschiede oder Feuchtigkeitsunterschiede zwischen den Elektroden 111, 112. Mit ausreichendem Licht und einem wirkungsvollen Design können diese Spannungen als eine elektrische Stromquelle oder eine Diagnosesonde verwendet werden, wie etwa, aber nicht beschränkt, Messen der relativen Luftfeuchtigkeit in dem Durchlass, Wahrnehmen von Chemikalien, auf die in der Luftströmung gestoßen wird, und Erfassen der Aussetzung gegenüber Licht.
Eine Spannung von einer Stromquelle 113, wie etwa einer Batterie, kann über die beiden Elektroden induziert werden, um einen elektroosmotischen Treiber sich bewegender Ionen 114 zwischen den Elektroden zu produzieren, und kann verwendet werden, um Wasser 103, 104 in die Durchlässe und aus ihnen hinaus zu bewegen. Die Spannung kann periodisch pulsieren, um die Oberflächen der Durchlässe 1 elektrochemisch zu reinigen, indem oxidative Chemikalien, ähnlich dem, was mit Licht auf dem Photokatalysator produziert wurde, zu kreieren. Es ist auch möglich, Wärme, Licht oder Flüssigkristall-Lichtpolarisierung in dem Belag zwischen den Elektroden 111, 112 zu produzieren.
In 2A ist die Innenansicht einer Schutzbrille gezeigt. Die Schutzbrille ist mit einer Urethan- oder Polycarbonatkunststofflinse 13, einem Silikongummigestell 11, 15 und einer Gesichtdichtung aus Polypropylen 12 gebildet. Viele dieser Materialien sind Elektrete wie etwa Silikongummi, Polycarbonatkunststoff und Polypropylen. Dünne Schichten aus Materialien mit Indizes von Refraktionsänderungen sind typischweise auf die Linse 13 aufgetragen, um ihnen antireflektive Eigenschaften zu verleihen.
Die innere und äußere Oberfläche der Linse sind in der mittleren Region der Linse 13 mit einer hydrophoben Beschichtung beschichtet, was die mittlere Region der Linse hydrophober macht. Die Gesichtskontaktdichtung 12 ist im Inneren mit einer hydrophoben Beschichtung und auf dem Äußeren mit einer hydrophilen Beschichtung beschichtet. Eine ausgedehnte Ansicht 33 der Linse und der Gesichtsdichtung ist in 4 gezeigt. In 2B ist eine Seitenansicht der Schutzbrille mit einem Querschnittsausschnitt der Luftdurchlässe und der Linsen gezeigt. Die Linse 17 bildet mit einer Innenlinse 18 und einer Außenlinse 20 eine Doppellinse 17. Polycarbonatkunststoff-Doppellinsen 17 werden getrennt voneinander gehalten, um mit einem geschlossenzelligen Urethankunststoffschaumstoff 23, 38 und umrahmt von einem Urethan- oder Silikongummischutzbrillengestell 16, 22 eine isolierende Luftlücke 19 zwischen der Linse zu kreieren. Ein unterer Durchlass 26 ist ein Querschnitt und weist eine aus Silikongummi ausgeformte Chevron-Struktur auf, die ein Elektret ist. Der obere Luftdurchlass 36 ist in den oberen Abschnitt des Gestells 16 eingebaut. Die Durchlasskanäle 36 sind mit einem plasmapolymerisierten Poly tetrafluorethylen (PTFE) beschichtet, um hydrophobe Oberflächen in dem Inneren der Gestell- und Durchlasskanäle 36 zu erzielen, und einer Titandioxidbeschichtung auf den Durchlasskanaleinlässen und dem Äußeren der Durchlässe 26. Die Gesichtsdichtung 37, 28 ist gezeigt, wie sie die Durchlasskanäle 36 abdeckt. Eine ausgedehnte Ansicht des Durchlassquerschnitts ist in 3 gezeigt.
2C ist eine Unteransicht der Schutzbrillen-Luftdurchlasseinlässe 31. Das Gestell 30 ist mit dem Photokatalysator beschichtet und weist Einlasskanäle 31 auf. Die Gesichtskontaktdichtung 32 ist auf der äußeren Oberfläche des Gestells 30.
In 3 sind eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht der Schutzbrillendurchlässe und -linsen gezeigt. Das Schutzbrillengestell 51, 66 hält die innere und äußere Linse mit Abstandsschaumstoff 54, 67 voneinander getrennt, um ein isolierendes Luftvolumen 49 zu kreieren. Die äußere Linse 50 ist mit einer hydrophoben und hydrophilen Beschichtung 52 beschichtet, die wie in 4 gezeigt mit einem Muster versehen ist. Die innere Linse ist mit einer hydrophoben und hydrophilen Beschichtung 53 mit einem ähnlichen oder demselben Muster, wie in 4 gezeigt, beschichtet. Die Luftdurchlässe sind in das Gestell eingebaut oder als Einsätze in das Gestell 51, 66 der Schutzbrille oder Gesichtsdichtung gefertigt. Es sind untere und obere Luftdurchlässe gezeigt.
Im Einsatz verläuft die Luft, wenn die Lufttemperatur unter 37°C liegt, durch die unteren Durchlasskanäle 46 und wird von der Körperwärme, die von den Chevrons 55 übertragen wird, erwärmt. Die Chevrons werden durch die Gesichtsdichtung 58, die mit dem Benutzer in Kontakt ist, und durch die Wärmeleitung in die Chevron-Durchlassstruktur 55 erwärmt. Die erwärmte Luft steigt aufgrund ihres Auftriebs an und an der inneren Linse 48 und dem Gesicht des Benutzers vorbei, wobei sie Wärme und Feuchtigkeit von dem Gesicht des Benutzers mit sich trägt. Dieses Entfernen von Wärme und Feuchtigkeit verhindert das Anlaufen der inneren Linse 48 unter den meisten Betriebsbedingungen und behält es für den Benutzer angenehm.
In dem Fall, dass Kondensation trotzdem auf der inneren und äußeren Linse 48, 50, dem Gestell 66, 51 oder den Durchlässen 55, 68 auftritt, wie wenn die Schutzbrille abgekühlt wird und die Luft in dem Inneren oder auf dem Äußeren bei einer viel höheren Temperatur als die Linsen 48, das Gestell 51 oder der Durchlass 55, 68 mit Feuchtigkeit getränkt ist, wird die photokatalytische Beschichtung auf der inneren Linse 53, dem Gestell 69, 174, 175, 171 und den Durchlässen 57, 62 benetzt und bewegt aufgrund des in 4 und 1 gezeigten Wasseradhäsionsgradienten Wasser zu dem Umfang der Linsen 48, 50, dem Gestell 51, 66 und den Durchlässen 55, 68.
Warme feuchte Luft tritt aus der Oberseite der Schutzbrille durch die oberen Chevron-Strömungskanäle 64 aus. Die oberen Chevron-Durchlässe 68 sind aus einem Elektretsilikongummi gebildet. Auf den inneren Seiten des Durchlasses 68, angrenzend an die innere Linse 48, weisen die Durchlässe eine hydrophobe Beschichtung 65, wie etwa plasmapolymerisiertes Polytetrafluorethylen, auf. Die inneren Oberflächen 51, 62 der oberen Gesichtsdichtung, die sich angrenzend an die innere Linse 48 befinden, sind mit einer hydrophoben Beschichtung, wie etwa plasmapolymerisiertem Polytetrafluorethylen, beschichtet. Die äußeren Oberflächen der Durchlässe 55, 68 sind mit 30 nm Titandioxid-Partikelsuspension in einer Polysilikongummibindemittelbeschichtung 57, 59 beschichtet.
Die Chevron-Durchlässe 68, 55 sind so konzipiert, dass sie geradlinige Geschoße blockieren. Die kleineren Partikel in der Luftströmung, die durch die Durchlässe strömen, werden von den Wänden der Chevrons durch das elektrostatische Feld der Elektretbeschichtung 56, 63 oder des Materials 55, 68 der Chevrons, welche die Partikel anziehen und halten, angezogen. Die Durchlässe 68, 55 werden dabei, wie oben beschrieben und in 1 dargestellt, gereinigt und desodoriert.
Die inneren Oberflächen des Elektretsilikongummis des Gestells 51, 66, die Gesichtsdichtung 58, 62 und die Durchlassoberflächen 47, 64 sind mit plasmapolymerisiertem Polytetrafluorethylen 60, 172, 65, 173 beschichtet. Die äußeren Umfangsoberflächen des Gestells 51, 66, die Durchlässe 55, 68 und die Dichtung 58, 62 sind mit 30 nm Titanoxidteilchen und einem Polysilikongummibindemittel 69, 171, 57, 176, 62, 177 beschichtet. Eine unterbrochene Beschichtung des Photokatalysators 69, 171, 57, 176, 62, 177 auf der Oberfläche der hydrophoben Beschichtungen 60, 172, 65, 173 und der Elektrete 56, 63 auf den inneren Oberflächen weist einen gewissen Grad an wünschenswerten Benetzungs- und photokatalytischen Eigenschaften auf. Andere Strukturen, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, eine willkürliche Faserstruktur oder ein offenzelliger Schaumstoff könnten an die Stelle der Chevron-Struktur mit den angrenzenden Zonen von hydrophoben, Elektret- und photokatalytischen Oberflächen gesetzt werden.
4 ist eine ausgedehnte Ansicht der Innenlinsen- und Gesichtsdichtung. Die Elektretlinse 89 ist aus Polycarbonat- oder Urethankunststoff gefertigt und eine Gesichtsdichtung aus Gewebeelektretpolypropylen 87 ist gezeigt. Eine hydrophobe Beschichtung auf der Linse ist als Kreise 90 dargestellt, wobei eine höhere Raumkonzentration in der mittleren Region der Oberfläche die Linse 89 abdeckt. Diese Beschichtung 90 kann in die letzte Beschichtung der antireflektiven Beschichtung auf der Linse integriert oder über diese geschichtet werden oder atomisch dünn genug sein, so dass sie im Grunde eine sehr kleine optische Wirkung aufweist, jedoch die Adhäsion (hydrophob) verringert.
Zum Beispiel ist eine als schwarze Punkte 91 dargestellte Titandioxidbeschichtung mit einer höheren Raumkonzentration an dem Umfang der Linse 89 entweder in die letzte antireflektive Beschichtung integriert oder über die vorherige hydrophobe Beschichtung 90 geschichtet, wobei sie dünn genug ist, so dass sie sehr wenig optische Wirkung aufweist, jedoch die Adhäsion (hydrophil) zu den mittleren Oberflächenregionen der Linse 89 hin erhöht. Diese hydrophoben und hydrophilen Beschichtungen 90, 91 sind so angeordnet, dass sie einen Wasseradhäsionsgradienten mit niedriger Adhäsion (hydrophob) auf der Innenregion bis zu einer hohen Adhäsion auf dem Umfang (hydrophil) der Linse 89 kreieren.
Auf der Gesichtsdichtung 87, 94 befindet sich ein Stoff mit Dochtwirkung für Wasser, wie etwa Seide oder Cool Max^® (DuPont Corp., 1007 Market Street, Wilmington, DE, 19898), oder ein Gewebepolypropylen, das typischerweise einen offenzelligen Schaumstoff im Inneren der Schutzbrille abdeckt. Das Innere der Schutzbrille ist mit einem Material 88, 92 mit niedriger Adhäsion beschichtet, wie etwa plasmapolymerisiertem Polytetrafluorethylen (PTFE) (hydrophob) oder Silikongummi (hydrophob und Elektret). Auf der äußeren Umfangsregion der Dichtung ist der Stoff 87, 94 mit Titandioxidteilchen 86, 93 beschichtet, die in einem Bindemittel, wie etwa TPXsoI (Green Millennium, Inc., 20539 E. Walnut Dr., Suite B, Diamond Bar, CA, 91789) gehalten werden.
Die Abdeckung der Oberfläche mit der hydrophoben Beschichtung 88, 92 nimmt allmählich zu dem Umfang der Dichtung 87, 94 hin ab, während die Abdeckung der Oberfläche mit der hydrophilen Beschichtung 86, 93 allmählich zu dem Umfang der Dichtung 87, 94 hin zunimmt. Dies produziert einen Wasseradhäsionsgradienten über die Dichtung 87, 94 hinweg, die, wenn sie mit Licht über der Bandlücke des Photokatalysators (3,2 eV der Anataseform von Titandioxid) ausgeleuchtet wird, eine hohe Adhäsion auf dem Umfang und eine niedrige Adhäsion im Inneren der Dichtung 86, 94 kreiert. Kondensiertes Wasser bewegt sich von einer Oberfläche mit niedriger Adhäsion zu einer Oberfläche mit hoher Adhäsion. Durch das Bewegen des kondensierten Wassers von den mittleren Bereichen der Linse weg und zu dem Umfang der Schutzbrille hin, verbessert sich die Sicht durch die Linse 89.
Die Bewegung des Wassers trägt auch Partikel mit sich, die von dem Linsenelektret 89 und dem Dichtungselektret 87 angezogen und von diesen gehalten wurden. In diesem Beispiel ist die Urethan- oder Polycarbonatlinse 89 und Polypropylenstoff oder Silikongummi beschichtete Seide oder Cool Max^® 94, 87 ein Elektret. Durch das Bewegen des kondensierten Wassers und Schweißes von den Hautkontaktbereichen der Dichtung zu dem Umfang der Dichtung verbessert sich der Komfort für den Benutzer, indem gewährt wird, dass Luft die Oberfläche der Haut erreicht. Auf dem Umfang der Dichtung 87, 94 kann das Wasser in die Atmosphäre verdampfen.
Die Fremdstoffe, wie etwa Bakterien, Staub, Viren, Pilze und Körperöl, die mit dem Wasser getragen wurden, kommen mit der Photokatalysatoroberfläche in Kontakt. Wenn der Photokatalysator mit dem blauen Licht ausgeleuchtet wird, produziert er Elektronenlochpaare. Die freien Elektronen migrieren zu der Oberfläche des Photokatalysators und elektrolysieren mit einem Oberflächenkatalysator, wie etwa Platin oder dem Titanoxid, Wasser und kreieren Hydroxidionen auf der Oberfläche des Photokatalysators und des Wassers. Die Hydroxidionen oxidieren die Fremdstoffe und reinigen somit den Umfang des Linsengesichts (lens face) 89 und der Kon taktdichtung 87, 94.
Dünne Belagelektroden aus Materialien wie etwa Titan, Titandioxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Au, Pt, Pd, Ni, können, wie in 4 gezeigt, über die Linse 89 gedruckt werden. Diese Elektroden 95, 97, 99 weisen photokatalytische oder katalytische Oberflächen auf. Licht induzierte Wasserstoff- und Hydroxidionen werden auf den Oberflächen der Elektroden 95, 97, 99 in dem Oberflächenwasser oder in dem photokatalytischen Elektrolytbelag 91 auf der Oberfläche der Linse 89 kreiert.
Dieser photokatalytische Vorgang kreiert eine Spannung zwischen der mittleren Elektrode 97 und den Umfangselektroden 95, 99 aus einer Vielzahl von Wirkungen, wie etwa direkte photovoltaische Spannungen, chemische Konzentrationsunterschiede oder Feuchtigkeitsunterschiede zwischen den Elektroden. Mit ausreichendem Licht und einem wirkungsvollen Design können diese Spannungen als eine elektrische Stromquelle oder eine Diagnosesonde, wie etwa zum Messen der relativen Luftfeuchtigkeit auf der Linse 89, zum Wahrnehmen von Chemikalien, auf die in der Luftströmung gestoßen wird, und zum Erfassen der und dem Reagieren auf die Aussetzung gegenüber Licht, verwendet werden.
Es könnte für verschiedene Funktionen eine große Vielzahl von Elektroden 95, 97, 99 und Mustern auf der Linse 90 abgelagert werden. Eine Spannung von einer Stromquelle 96, 98, wie etwa eine Batterie, kann über die beiden Elektroden erhalten werden, um einen elektroosmotischen Treiber des Bewegens von Ionen zwischen den Elektroden zu produzieren, um Wasser aus dem mittleren Bereich der Linse 89 zu der Umfangs-Dochtwirkungsdichtung 87, 94 zu bewegen.
Die Spannung kann periodisch moduliert werden, um die Oberflächen der Linse 89 periodisch zu reinigen, indem oxidative Chemikalien, ähnlich dem, was mit Licht auf dem Photokatalysator 91 produziert wurde, kreiert werden. Es ist auch möglich, Wärme, Licht, Änderungen der Reflektivität oder Lichtabsorption, Flüssigkristalllichtpolarisation und dergleichen in dem Belag zwischen den Elektroden 95, 97, 99 mit elektrischen und ionischen Strömungen zur Wasserentfernung, für Bildanzeigen, Indikatoren und zur Lichtfiltration zu produzieren.
5 ist eine Querschnittsansicht der Fasern eines Stoffs. Die Fasern 70 sind derart beschichtet, dass eine Elektretzone 74 im Inneren des Stoffes, eine hydrophile Zone 73 auf der äußeren Oberfläche und eine hydrophobe Zone 72 auf der gegenüberliegenden äußeren Oberfläche besteht. Die Elektretzone 74 kann mittels Fasern, wie etwa Polypropylen, Polystyrol oder Polyvinylidenfluorid (PVF₂) kreiert werden, wobei diese geladene Elektrete sind oder mit einem Elektret, wie etwa Silikongummi, beschichtet sind.
Das Beschichten einer Oberfläche des Stoffes mit einem Belag, wie etwa plasmapolymerisiertem Polytetrafluorethylen, kreiert die hydrophobe Schicht 72. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche der hydrophoben Beschichtung 72 ist ein Photokatalysator, wie etwa Titandioxidteilchen, zum Beispiel mit einem Durchmesser von 32 nm, auf die Oberfläche der Fasern gesprüht, wobei eine Lösung eines Monomers von Nafion^®, das in Alkohollösungsmittel aufgelöst ist (Solution Technology, inc., PO Box 171, Mendenhall, PA, 19357) auf die Fasern 70 geschichtet 73 ist.
Andere Variationen dieser Konstruktion umfassen das Verwenden eines faserigen oder porösen Membranmaterials 70, wie etwa Polypropylen oder Polyvinylidenfluorid (PVF₂), das ein geladener Elektret ist und das hydrophob ist, und dann das Beschichten 73 lediglich einer Oberfläche des Stoffes oder der Membran 70 mit Titandioxidteilchen mit einem Silikongummi- oder Fluorkohlenwasserstoffbindemittel.
Der Stoff 70 kann in einer Vielzahl von Anwendungen, wie etwa, aber nicht beschränkt darauf, dem äußeren Stoffgehäuse von Bekleidung verwendet werden. Der Stoff könnte die Haut berühren oder durch Schichten von Stoff, wie etwa Cool Max^® oder Wärmeisolierung, wie etwa eine Füllung von Thinsulate^® (DuPont Corp., 1007 Market Street, Wilmington, DE, 19898), von der Haut getrennt sein.
Luft 71 verbreitet sich durch den Stoff 70, was ermöglicht, dass der Wasserdampf die Oberfläche der Haut des Benutzers verlässt und ermöglicht, dass Luft in die Bekleidung und aus ihr hinaus strömt und sich verbreitet. Durch die Verbreitung wird in der Bekleidung für den Träger der Bekleidung ein Komfort aufrechterhalten.
Zusammen mit der Luftströmung 71 und dem allgemeinen Kontakt mit Oberflächen, durchdringen Staub, Partikel, Bakterien, Pilze und Viren 83 den Stoff. Sie werden von den Elektretoberflächen 74 angezogen und in dem Stoff 70 gehalten. Wenn die Außentemperaturen niedrig sind und der Benutzer eine hohe Feuchtigkeitsrate absondert, kann der Taupunkt innerhalb der Stoffhülle erreicht werden und Wasser 77, 79, 82 kondensiert auf der hydrophoben 72 und der Elektretoberfläche 74. Wasser 77, 79, 82 kann auch vom Regen und Schnee in die Elektrete 74 und hydrophoben Oberflächen 72 gespritzt oder getrieben werden.
Die kondensierten Wassertröpfchen 77, 79, 82 reduzieren die Feldstärke des Elektrets 74, nehmen die Fremdstoffe 83, wie etwa Staub, Kohlenwasserstoffe und Partikel 75, 76, die von den Elektreten 74 und hydrophoben Oberflächen 72 gehalten werden, auf. Die Wassertröpfchen 77, 79, die die Partikel 78, 80 enthalten, werden von dem Wasseradhäsionsgradienten zu der höheren äußeren photokatalytischen Adhäsionszone 73 getrieben. Auf der äußeren Oberfläche 73 kann das Wasser 82 verdamp fen und die Fremdstoffe 81 in Kontakt mit den Photokatalysatoren 73 zurücklassen.
Sonnenlicht oder blaues Licht, das über der Bandlücke in dem Photokatalysator 73 absorbiert wird, kreiert Elektronenlochpaare und chemisch aktive Oberflächenhydroxide durch Elektrolyse mit einem Oberflächenkatalysator und einem Oberflächen kontaktierenden Wasser 82. Diese Hydroxide oxidieren die Fremdstoffe, die auf den Photokatalysatoroberflächen liegen, wodurch die Fremdstoffe 81 zersetzt werden und die Oberfläche 70 der Stoffhülle desinfiziert und gereinigt wird.
In 6 ist eine Luftreinigeranordnung gezeigt. In dieser Anordnung wird der soeben in 5 beschriebene Stoff 122, 123, 124 über einer Feuchtigkeitszufuhrquelle 127, 125, 126, 128 platziert. Der Stoff 122, 123, 124 besteht zum Beispiel aus drei Schichten: einer photokatalytischen Schicht 122, einer Elektretschicht 123 und der hydrophoben Schicht 124. Die hydrophobe Schicht 124 wird am nächsten bei der Quelle von Feuchtigkeit 127 platziert. Die photokatalytische Schicht wird in der Nähe der Quelle von blauem Licht 133 platziert. Die Feuchtigkeitsquelle 127 ist eine Membran oder Wasser zurückhaltende Sperre 125 mit einem Wasserspeicher 126, 128 hinter der Sperre 125. Geeignete Membranen und Wassersperren 125 sind zum Beispiel Urethanmembranen, die ungefähr 0,002 Inch dick sind, auf einem mit Kunststoff beschichteten Glasfasernetz oder Silikonbelag, das/der 0,002 Inch dick ist, über ein poröses Aluminiumoxidrohr (alumna tube) oder -blech, eine Kapillarsilikonrohrleitung oder ein poröses Lehmgefäß gestützt sind.
Eine mögliche alternative Anordnung ist die Verwendung des Stoffs aus den drei Schichten, der photokatalytischen Schicht 122, der Elektretschicht 123 und der hydrophoben Schicht 124, zum Bilden der Wasser sperrenmembran 125 mit Wasser 128 in direktem Kontakt mit der hydrophoben Schicht 124.
Die blaue Lichtquelle ist eine Leuchtröhre 133, die so konzipiert ist, dass sie Licht mit Photonen produziert, die 3,2 eV überschreiten, oder Leuchtdioden, die Lichtphotonen über 3,2 eV produzieren. Die Lichtquelle 133 wird über die photokatalytische Schicht 122 des Stoffs platziert, um den Photokatalysatoren auszuleuchten. Ein Reflektor- und Lüftungskanal 120 wird hinter der Lichtquelle 133 platziert, um die Luft 132, 121 über den Photokatalysator 122 zu führen.
Eine alternative Anordnung besteht darin, dass zwei photokatalytische Stoffe 122, 123, 124 mit Feuchtigkeitsquellen 125, 126, 128, die parallel zueinander vorhanden sind, eine Luftströmung und einen Lichtkanal zwischen ihnen bilden. Luft 132, 121 kann auch an der Feuchtigkeitsquelle 127 vorbei, durch den Stoff 125, 126, 128, nach außen durch den Kanal 121 strömen. Eine alternative Anordnung besteht darin, dass der Stoff ein Rohr oder einen Behälter abdeckt, das/der mit Wasser gefüllt ist und eine Haltemembran aufweist, um einen dekorativen Luftreiniger zu schaffen. Sonnenlicht oder künstliches Licht 131 können den Photokatalysatoren 122 des Stoffs ausleuchten. Luft strömt 132, 121 über die photokatalytische Oberfläche.
Die Luftströmungskanalbreite und -länge über der Oberfläche des Photokatalysators kann gewählt werden, um die Verteilung und Filtration, die für die jeweilige Anwendung zur Desinfizierung und Reinigung der Luftströmung 132, 121 gebraucht wird, zu optimieren. Die Luft 132, 121 kann unter Verwendung von Wärmekonvektion des Lichtes 131, das den Photokatalysatoren erwärmt und Luft, die an dem Photokatalysator 122 in einem Kamin vorbei strömt 121, strömen, oder könnte freie Oberflächenkonvekti on über der Oberfläche des photokatalytischen Stoffs 122 sein. Die Luftströmung 132, 121 könnte auch über oder durch die photokatalytische Oberfläche 122 forciert werden.
Die Feuchtigkeitsquelle 125, 126, 128 führt der Oberfläche des Photokatalysators 122 durch Diffusion 127 oder, bei einer niedrigen Luftströmungsrate 121, durch den Stoff von der Feuchtigkeitsquelle 125, 126, 128 Wasserdampf zu. Alternative Feuchtigkeitsquellen könnten dazu dienen, Feuchtigkeit in die Eingabeluftströmung 132, wie etwa piezoelektrische Zerstäuber, zu sprühen und in die photokatalytischen Oberflächen 122 zu strömen. Dieses Feuchtigkeitszufuhrmodell könnte periodisch verwendet werden, um Wassertröpfchen auf den hydrophoben Oberflächen 124 und den Elektretoberflächen 123 der Filter zu kreieren, um den Filter zu reinigen.
Wassersprühsysteme könnten auch verwendet werden, wenn Luftfiltration und -befeuchtung erwünscht sind. Die Wassersprays könnten mit Sensoren für relative Luftfeuchtigkeit geregelt werden, um die optimale Feuchtigkeit des Photokatalysators 122 aufrecht zu erhalten. Das Wassersprühsystem kann überschüssiges Salz von der Wasserquelle und Anhäufungen von Staub in Systemen aufweisen, in denen die Staubentfernung nicht der Hauptzweck ist.
Das Zufuhrsystem der wasserrückhaltenden Membran 125 kann verwendet werden, wenn reiner Wasserdampf zusammen mit dem nicht aktiven Betrieb ohne Pumpen oder Bedienungselementen erwünscht wird. Das Membransystem kann periodisch gereinigt werden, indem verursacht wird, dass Wasser auf den hydrophoben Oberflächen 124 des Stoffs kondensiert. Dies kann so durchgeführt werden, indem das Äußere des Stoffes periodisch gekühlt wird, bis der Taupunkt erreicht wird, wobei die Luft strömung mit dem äußeren Kühlen blockiert wird, oder indem der Wasserspeicher auf den Taupunkt des Stoffes 122, 123, 124 erwärmt wird.
Das wasserrückhaltende Membranmodell kann auch einen höheren Wassernutzungswirkungsgrad aufweisen, da die Feuchtigkeit unter dem Photokatalysator verteilt 127 wird, um eine örtliche Feuchtigkeit zu kreieren, wobei die Fremdstoffe 129 durch elektrostatische Anziehung angezogen werden oder in die flüssige Grenzschicht über die Oberfläche des Stoffs 122, 123, 124 verteilt werden. Daher bestände kein Bedarf an der Befeuchtung der gesamten Luftströmung, um das Extrahieren der Fremdstoffe 130 durchzuführen und die optimale Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Photokatalysators 122 aufrecht zu erhalten.
Im Einsatz hätte der Luftreiniger eine Lichtquelle 133, wie etwa eine Leuchtdiode, Wärmekonvektionsluftströmung 121 oder ein Gebläse und einen Wasser gefüllten Speicher 128. Feuchtigkeit würde sich durch die Flüssigkeit zurückhaltende Membran zu den Oberfläche des Photokatalysators verteilen 127. In dem Luftströmungsstom 132 sind Partikel und Fremdstoffe 130, wie etwa Staub, Bakterien, Pilze, Viren, Ammoniak, Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe und Öle. Diese Fremdstoffe 130 strömen an der Oberfläche des Stoffes vorbei. Die geladenen Partikel 129 werden von den gegenteilig geladenen Bereichen des Elektrets 123 angezogen.
Ebene Elektrete 123 können mit alternierenden Bereichen positiver und negativer Ladungen geladen werden. Die meisten Partikel mit einem Submikron-Durchmesser sind geladen. Die Partikel verweilen auf der Elektretzone 123 des Stoffs. Gasförmige Fremdstoffe 130, wie etwa Ammoniak, werden auf der Oberfläche der Photokatalysatoren 122 absorbiert. Aktivkohle könnte auch angrenzend an den Photokatalysator 122 gefügt oder mit ihm gemischt werden werden, um als Puffer zu wirken, um gasförmige Fremdstoffe zu absorbieren und zu ermöglichen, dass der Photokatalysator 122 die Fremdstoffe im Zeitablauf stetig zersetzt.
Sonnenlicht oder blaues Licht 131, das über der Bandlücke in dem Photokatalysator 122 absorbiert wird, kreieren Elektronenlochpaare und chemisch aktive Oberflächenhydroxide durch Elektrolyse mit Oberflächenkatalysatoren und Oberflächen kontaktierendem Wasser. Diese Hydroxide oxidieren die Fremdstoffe 130, die auf den Photokatalysatoroberflächen liegen, wodurch die Fremdstoffe zersetzt werden und die Oberfläche des Stoffs 122 desinfiziert und gereinigt wird.
Flüssiges Wasser wird periodisch auf den Elektretoberflächen 123 entweder kondensiert oder forciert, wobei dies Partikel 129 zu der Oberfläche 122 des hydrophilen Photokatalysators trägt. Einige der Partikel 130 werden zu Gasen zersetzt, wie etwa Kohlendioxid und Wasser, aber die restlichen Festkörper agglomerieren und fallen von der Oberfläche des Katalysators 122 oder können mechanisch entfernt werden. Dieser Luftreiniger kann in einer großen Vielzahl von Anwendungen, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, Gebäudeluftfiltration, Tierkäfig-Luftdesodorierung, Katzenstreukisten-Luftdesodorierung und ornamentale Luftreiniger (künstliche Pflanzen, Kunstwerke und Springbrunnen) verwendet werden.
In 7 kann der in 5 gezeigte Stoff in Kleidungen für einen Menschen verwendet werden. In 7 weist eine Jacke 143, 146 eine äußere Stoffhülle auf, die mit hydrophoben, Elektret- und photokatalytischen Schichten gefertigt ist. Die Photokatalysatoren wirken als UV-Filter, um die darunter liegenden Stoffe und den Menschen zu schützen. Die Kapuze 140 der Jacke 146 und ein Atemfilter 141 können diesen Stoff auch verwenden. Bei dem Atemfilter 141 kann der Mensch durch den Filter atmen und der Elektret würde kleine Staubteilchen einfangen.
Wenn Luft von dem Menschen Kondensation auf den hydrophoben Oberflächen und den Elektretoberflächen produziert, werden die Partikel zur Außenseite des Stoffs getragen. Sonnenlicht oder blaues Licht würden dann die äußeren Oberflächen des Stoffs während des Gebrauchs und nach dem Gebrauch desinfizieren und reinigen. Hydrophobe, Elektret- und photokatalytische geschichtete Stoffe können auch in Verbänden 144 verwendet werden.
Zusammen mit Aktivkohle können photokatalytische Stoffe auch in spezifischen Bereichen, wie etwa dem Unterarmbereich 142 verwendet werden, um Gerüche zu absorbieren und die Bekleidung 146, 143 zu desodorieren. Die in 1 gezeigte Durchlassstruktur, wie etwa in kugelsicheren Westen, kann im Gegensatz zu einem Stoff verwendet werden, wenn in spezifischen Bereichen der Kleidung 146, 143, 147, 148, 145, 141, 140 eine höhere Luftströmung nötig ist. Die Wassermigrationsfähigkeit des photokatalytischen Stoffes im Allgemeinen kann durch die Bekleidung hindurch wirksam sein, um Feuchtigkeit von der Oberfläche der Haut zu bewegen.
Handschuhe 145 oder Socken können eine äußere Hülle aus photokatalytischem Stoff aufweisen, um zu desodorieren, das Entfernen von Wasserdampf und Schweiß von den Händen zu ermöglichen, die Hände trocken zu halten und die Handschuhe 145 zu desinfizieren. Indem die Hände mit dem Wasseradhäsionsgradientenvorgang zur Bewegung von Wasser und Fremdstoffen zur Außenseite des Handschuhs 145 hin trocken gehalten werden, wird der Komfort für den Benutzer erhöht und die Nahrungszufuhr für Bakterien und Pilze auf den Oberflächen innerhalb des Handschuhs, wo diese wachsen können, wird reduziert.
Die Hosen 147 der Kleidung können eine äußere Stoffhülle des photokatalytischen Stoffs aufweisen. Das Wassermigrationsverhalten kann den Komfort für den Benutzer verbessern, insbesondere dann, wenn der Benutzer in Wasser getreten ist oder in die Hosen uriniert hat. Die Flüssigkeiten werden zu der äußeren Oberfläche hin bewegt und verdampfen und desinfizieren mit der Aussetzung gegenüber blauem Licht allmählich. Die Luftatmungsabschnitte der Schuhe 148 können die Wassermigrationsfähigkeit aufweisen und verwenden die photokatalytische Wirkung zur Desodorierung und Desinfizierung der Schuhe 148, während sie getragen werden, oder während sie nicht mit der Aussetzung gegenüber blauem Licht verwendet werden.
8 zeigt einen Verband, der unter Verwendung des in 5 gezeigten Stoffs konstruiert ist und in 7 an einem Menschen angewandt gezeigt ist. In 8 ist eine adhäsive Beschichtung 160 auf einen Bereich auf der hydrophoben Seite des Stoffs 161 angewandt. Die Wahl des Klebemittels erfordert, dass das Klebemittel 160 an die hydrophobe Oberfläche 160 bindet und auch den Umfang verklebt und gegenüber jeglichen Bakterien, Partikeln, Pilzen und Viren für den Menschen abdichtet, während der Schaden an der Haut minimiert wird und ermöglicht wird, dass die Haut Feuchtigkeit und Kohlendioxid abgibt und Sauerstoff empfängt. Beispiele dieser Klebemittel umfassen, beschränken sich aber nicht auf hydrophile Polymere, wie etwa Karayagummi, Acadia-Gummi, Johannisbrotgummi, Polysaccharidgummi, modifiziertes Polysaccharid oder Polyacrylamid.
Die hydrophobe Oberfläche 161 mit dem adhäsiven Umfang 160 wird auf der Haut oder Wunde des Benutzers platziert. Die am meisten photokatalytische Oberfläche 164 befindet sich auf der Außenseite. Der Photokatalysator 164 kann auch als ein UV-Sperrschutz gegenüber der Haut oder Wunde wirken. Der Verband 164, 163, 162, 160 kann auf der Außenseite benetzt und in Wasser eingetaucht werden und der Verband wird nicht von dem Wasser durchdrungen. Flüssiges Blut und Körperfluide unter dem Verband 164, 163, 162, 160 würden durch den hydrophobhydrophilen Gradienten durch diesen zu der Außenseite des Stoffs hin gezogen.
Auf der äußeren Oberfläche 164 des Verbandes können herkömmliche Stoffabsorbenzien, wie etwa Gazen aus Baumwolle, verwendet werden, um die Fluide zu absorbieren. Der Zweck des Verbandes 164, 163, 162, 160 liegt darin, überschüssige Fluide auf unumkehrbare Art und Weise von er Wunde abzuleiten und zu verhindern, dass verunreinigte Fluide wieder zu der Wunde zurückkehren. Die Photokatalysatorbeschichtungen können durch den Verband 164, 163, 162, 160 hindurch auf genügend Ebenen leicht verteilt sein, um die Sterilisierung der Oberflächen zu erzielen, während der Photokatalysatorbeschichtungsgradient trotzdem noch zu der Außenseite hin befindlich ist, um die bevorzugte Bewegung von flüssigen Fluiden zu erzielen.
Indem die am meisten hydrophoben Oberflächen 161 (Polytetrafluorethen oder Polypropylen) mit der Wunde in Kontakt sind, berühren die am wenigsten haftenden Koeffizientoberflächen die Wunde. Somit wird minimiert, dass ein Verband an einer Wunde haftet und störend auf den Heilvorgang der Wunde einwirkt. Der Verband 164, 163, 162, 160 kann von der Wunde mit einem minimalen Widerstand entfernt werden. Staub, Bakterien, Viren und Pilze würden durch die Elektretschicht 163 des Stoffes, der in dem Verband verwendet wird, gefiltert und durch die photokatalytische Wirkung mit der Aussetzung gegenüber blauem Licht sterilisiert. Die Porengröße des Stoffs kann kleiner konzipiert werden als diejenige der Bakterien- und Pilzsporen und es kann verhindert werden, dass sie durch die Membran 162, 163, 164 gelangen.
Molekular selektive permeable Membranen (Porengrößen oder Räume zwischen den Molekülen in dem Material, das selektive Permeabilität gegenüber den Molekülen vorzeigt), wie etwa Silikongummi- oder Urethangummimembranen können die hydrophobe Schicht 162 dieses Stoffs sein, um eine Sperre zu großen Molekülen, Bakterien, Pilzen und Viren zu erzielen. Die selektiv permeable Schicht 162 wäre dünn genug (typischerweise weniger als 50 Mikronen), um hohe Diffusionsraten zu erzielen, und der Rest des Stoffs würde der Membran eine mechanische Stütze bereitstellen.
Die selbstreinigenden Merkmale der äußeren Schicht Stoff 163, 164 sind als Schutzsperre zu der inneren Membran 162 und als zweite Sperre, wenn die selektiv permeable Sperre 162 durchbrochen wird, nützlich. In der selektiv permeablen Schicht 162 können Photokatalysatoren inkorporiert werden, um sie bei der Aussetzung gegenüber blauem Licht selbststerilisierend zu machen. Diese Stoffe 162, 163, 164 können auch in Windeln verwendet werden.
LISTE DER FIGUREN UND DER ZAHLEN DER BESTANDTEILE

1 ist eine Querschnittsansicht der Titandioxidbeschichtung in einem Chevron-Schutzbrillenluftdurchlass, des Elektretsubstrats und der hydrophoben Zone.

1: Luftdurchlassstruktur
2: Hydrophobe Beschichtung
3: Luftströmungskanal
4: Elektretbeschichtung
5: Photokatalysator und hydrophile Beschichtung
100: Teilchen innerhalb des Wassertröpfchens
101: Wassertröpfchen mit einem hohen Berührungswinkel auf der hydrophoben Oberfläche
102: Abgelagertes Teilchen auf der äußeren photokatalytishen Oberfläche
103: Niedriger Wassertröpfchenberührungswinkel auf der photokatalytischen Oberfläche
104: Niedriger Wassertröpfchenwinkel auf der äußeren photokatalytischen Oberfläche
105: Eingehende Luftströmung
106: Teilchen in der Luft
107: Von der Elektretoberfläche angezogenes und von dieser gehaltenes Teilchen
108: Luftströmung in dem Chevron-Strömungskanal Luftströmung im Inneren der Schutzbrille Mit der photokatalytischen Oberfläche zusammenwirkende blaue Lichtphotonen
111: Negative Elektrode
112: Positive Elektrode
113: Spannungsquelle
114: Wasserstoff in dem Elektrolyten
115: Die Photokatalysatoren anregendes Photon auf der Elektrode

2A: Innenansicht einer Schutzbrille mit hydrophober, Elektret- und photokatalytischer Zone auf der Linse und der Gesichtsdichtung.

11: Gestell der mit dem Photokatalysator beschichteten Schutzbrille
12: Mit dem Photokatalysator beschichtete Stoff-Gesichtskontaktdichtung
13: Mit dem hydrophoben Belag und dem Photokatalysator beschichtetes Inneres der Linse
15: Gestell der mit dem Photokatalysator beschichteten Schutzbrille
33: Vergrößerter Ansichtsbereich des Inneren von Linse und Dichtung

2B: Seitenansicht und Ausschnitt einer Schutzbrille mit Chevron-Durchlass mit hydrophober und Elektretbeschichtung.

16: Gestell der mit dem Photokatalysator beschichteten Schutzbrille
17: Außenlinse der mit dem Photokatalysator beschichteten Schutzbrille
18: Innere Linse
19: Luftlücke zwischen den Linsen
20: Äußere, mit dem Photokatalysator beschichtete Linse
22: Schutzbrillengestell
23: Die Linsen trennender Abstandsschaumstoff
26: Chevron-Durchlassstruktur
28: Gesichtsdichtung Mit dem Photokatalysator beschichtete Gesichtsdichtung Chevron-Durchlassstruktur Mit dem Photokatalysator beschichtete Gesichtsdichtung Die Linsen trennender Abstandsschaumstoff

2C: Unteransicht der Schutzbrille, die die Chevron-Durchlässe mit der photokatalytischen Beschichtung zeigt.

30: Gestell der mit dem Photokatalysator beschichteten Schutzbrille
31: Mit dem Photokatalysator beschichteter Strömungskanaleingang
32: Mit den Photokatalysatoren beschichtete Innengesichtsdichtung
34: Querschnittslinienschnitt

3: Vergrößerte Seitenansicht im Schnitt des Chevron-Durchlasses, die die hydrophobe und Elektretoberfläche in dem Chevron-Durchlass und der Linse zeigt.

46: Mit einem hydrophoben Belag beschichteter Innendurchlassströmungskanal
47: Luftströmungskanal
48: Innenlinse
49: Luftvolumen zwischen den Linsen
50: Außenlinse
51: Schutzbrillengestell
52: Photokatalytische Beschichtung auf dem Äußeren der Linse
53: Photokatalytische Beschichtung im Inneren der Linse
54: Schaumstoffabstand zwischen der inneren und äußeren Linse
55: Struktur des Chevron-Luftdurchlasses
56: Elektretbeschichtung auf dem Chevron-Strömungskanal
57: Photokatalytische Beschichtung auf dem Äußeren des Chevrons
58: Querschnitt der photokatalytischen beschichteten Gesichtsdichtung
59: Photokatalytische Beschichtung auf dem Äußeren des Chevron-Durchlasses
60: Hydrophober Belag
61: Gesichtsdichtung
62: Mit dem Photokatalysator beschichtete Gesichtsdichtung
63: Elektretbeschichtung auf dem Chevron
64: Luftströmungskanal
65: Hydrophile Beschichtung im Inneren des Chevron-Durchlasses
66: Schutzbrillengestell
67: Schaumstoffabstand
68: Chevron-Struktur
69: Photokatalytische Beschichtung auf dem Gestell
171: Photokatalytische Beschichtung auf dem Gestell
172: Hydrophobe Beschichtung auf der Gesichtsdichtung
173: Hydrophobe Beschichtung auf der Gesichtsdichtung
174: Photokatalytische Beschichtung auf dem inneren Gestell
175: Photokatalytische Beschichtung auf dem inneren Gestell
176: Photokatalytische Beschichtung auf der Gesichtsdichtung
177: Photokatalytische Beschichtung auf der Gesichtsdichtung

4: Vergrößerte Ansicht der Innenoberfläche der Linse und der Gesichtsdichtung.

86: Photokatalytische Teilchen
87: Elektretsubstrat der Gesichtsdichtung
88: Hydrophobe Teilchen
89: Elektretsubstrat der Linse
90: Hydrophobe Teilchen
91: Photokatalytische Teilchenbeschichtung, Atome oder Zonen
92: Hydrophobe Teilchenbeschichtung, Atome oder Zonen
93: Photokatalytische Teilchen Elektretsubstrat der Gesichtsdichtung Elektrode Spannungsquelle Elektrode Spannungsquelle Elektrode

5: Vergrößerte Querschnittsansicht einer beschichteten Faserstruktur des Photokatalysator-, Elektret- und hydrophoben Bereichs.

70: Fasersubstrat
71: Luft
72: Hydrophobe Beschichtung
73: Photokatalytische hydrophile Beschichtung
74: Elektretbeschichtung
75: Von dem Elektret angezogenes Teilchen
76: Von dem Elektret angezogenes und von diesem gehaltenes Teilchen
77: Ein Wassertröpfchen
78: Ein Teilchen in einem zu einem Kügelchen geformtem Wassertröpfchen auf der hydrophoben Oberfläche
79: Ein sich dem Wasseradhäsionsgradienten entlang bewegendes Wassertröpfchen
80: Ein in dem Wassertröpfchen enthaltenes Teilchen
81: Ein Teilchen in einem Wassertröpfchen auf der photokatalytischen Oberfläche
82: Ein Wassertröpfchen mit einem niedrigen Berührungswinkel auf der photokatalytischen Oberfläche
83: Ein Teilchen

6: Auseinandergezogene Querschnittsansicht eines Luft- und Desodorierungsfiltrationssystems, das eine künstliche Lichtquelle verwendet, und eines Membran-Wasserdampfzuführungssystems.

120: Der Lichtreflektor
121: Die ausgehende Luftströmung
122: Die äußeren photokatalytischen Beschichtungsfasern aus Stoff oder auf offenzelligem Schaumstoff
123: Die elektrostatische Schicht in dem Faserstoff
124: Die hydrophobe Schicht in der Stoff porösen Oberfläche oder Belagmembran
125: Eine Wasserdampf permeable Membran Der Wasserspeichertank Wasserdampfverteilung
128: Wasser in dem Tank
129: Eingefangene Teilchen auf den Elektretoberflächen
130: Teilchen auf der photokatalytischen Oberfläche
131: Blaue Lichtphotonen
132: Eingehende Luftströmung mit Teilchen und Gerüchen
133: Blaue Lichtquelle

7: Bekleidungskleidung an einem Menschen, wobei die Benutzungsbereiche für einen Photokatalysator-, Elektret-, hydrophoben Stoff oder eine Photokatalysator-, Elektret-, hydrophobe Struktur gezeigt wird.

140: Äußere Hülle der Kapuze
141: Gesichtsatmungsfilter
142: Achseldurchlassbereich
143: Ärmel des äußeren Stoffs
144: Verband am Arm
145: Äußere Hülle der Handschuhe
146: Stoff der äußeren Hülle des Rumpfs
147: Stoff der äußeren Hülle der Hosen
148: Oberseiten und Seiten der Stiefel

8: Ein adhäsiver Verband, der einen Photokatalysator-, Elektret-, hydrophoben Stoff oder eine Photokatalysator-, Elektret-, hydrophobe Struktur verwendet.

160: Adhäsive Beschichtung
161: Hydrophobe beschichtete Fasern
162: Hydrophobe Schicht
163: Elektretschicht
164: Photokatalysatorschicht

Während die Erfindung unter Bezugnahme auf die spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, können Abwandlungen und Variationen der Erfindung vorgenommen werden, ohne dabei den Bereich der Erfindung, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
Gaspermeables Gerät, das eine Struktur beinhaltet, die eine Vielzahl von Oberflächen umfasst, wobei zumindest eine der Oberflächen einen Photokatalysator umfasst, zumindest eine andere Oberfläche Elektrete umfasst, zumindest eine Lichtquelle um die zumindest eine den Photokatalysator umfassende Oberflächen Licht Photonen auszusetzen, ausreichend um den Photokatalysator zu aktivieren, wobei die Struktur das Filtern von Partikeln, die Dochtwirkung bei Flüssigkeiten, das Desinfizieren und das Desodorieren der Oberflächen ermöglicht.

Claims

Ein gaspermeables Gerät, mit einer Struktur, die eine Vielzahl von Oberflächen umfasst, wobei zumindest eine der Oberflächen einen Photokatalysator umfasst und zumindest eine andere Oberfläche Elektrete umfasst, und zumindest einer Lichtquelle um die zumindest eine den Photokatalysator umfassende Oberflächen Licht Photonen auszusetzen, ausreichend um den Photokatalysator zu aktivieren, wobei die Struktur das Filtern von Partikeln, die Dochtwirkung bei Flüssigkeiten, das Desinfizieren und das Desodorieren der Oberflächen ermöglicht.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Struktur eine zusammenhängende Struktur ist, die mit einem Gas in Kontakt ist, wobei sie die Photokatalysatoren, freie Oberflächenenergiegradienten und Elektrete zum Filtern von Filterpartikeln, dem Ablaufen von Flüssigkeiten durch Dochtwirkung, dem Desinfizieren und dem Desodorieren bei Aussetzung gegenüber Lichtphotonen umfassen.
Gerät gemäß Anspruch 1 und/oder 2, wobei die Dochtwirkungsflüssigkeiten Wasser oder Feuchtigkeit umfassen.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner Wasser auf dem Photokatalysator umfasst.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Photokatalysator, der den Lichtphotonen ausgesetzt ist, in der Gegenwart des Wassers aktiviert wird.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner unterschiedliche Eigenschaften auf unterschiedlichen Bereichen der Oberflächen aufweist, die im Raum getrennt aber in nächster Nähe voneinander aufgestellt sind.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Wasseradhäsionsgradienten über die Oberfläche der Struktur, die durch die unterschiedlichen Bereiche mit den unterschiedlichen Eigenschaften gebildet ist, umfasst.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine der Oberflächen, die die Photokatalysatoren umfasst, eine hydrophile Region ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest andere der Oberflächen, die den Elektreten umfasst, eine hydrophobe Region ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die hydrophile Region in nächster Nähe zu der hydrophoben Region ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner Flüssigkeiten zum Kontaktieren und Entfernen von Partikeln umfasst.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit Wasser zum Kontaktieren und Entfernen von Partikeln, die von den Elektreten angezogen werden, ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Struktur eine Kleidung zum Filtern von Partikeln, Ablaufen lassen von Wasser durch Dochtwirkung, Desinfizieren und Desordorieren ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Struktur Abschnitte (portions) einer Brille zum Filtern, Ablaufen lassen von Wasser durch Dochtwirkung, Desinfizieren und Desodorieren ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Struktur ein Luftfilter ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Luftfilter periodisch mit Flüssigkeiten waschbar ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Luftfilter selbstreinigend ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeiten, die beinhaltet sind, Wasser tragende Flüssigkeiten sind.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Oberfläche porös ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Dampfquelle von Wasser beinhaltet, die sich angrenzend an die poröse Oberfläche befindet.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dampfquelle von Wasser von einem Tier ist, das sich angrenzend an die poröse Oberfläche befindet.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dampfquelle von Wasser ein Wasserabsorbens oder Dochtwirkungsmaterial ist, das sich angrenzend an die poröse Oberfläche befindet.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dampfquelle von Wasser eine feuchtigkeits selektiv permeable Membran (moisture selectively permeable membrane) ist, die sich angrenzend an die poröse Oberfläche befindet.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Kreislauf und eine elektrische Kopplung mit dem Kreislauf umfasst, wobei der Photokatalysator mit dem Kreislauf elektrisch verbunden ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Elektrolyten auf einer der Oberflächen der Struktur umfasst.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein elektrischer Strom erzeugt wird und mittels Ionenwiderstand (ion drag) zum Bewegen des Wassers durch den Elektrolyten läuft.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein elektrischer Strom durch Wasser auf dem Photokatalysator zum Bewegen von Wasser läuft.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner E lektroden umfasst, und wobei der elektrische Strom auf den Elektroden Chemikalien zersetzt, desodoriert und die Struktur desinfiziert.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Strom heizt, Licht filtert, Licht kreiert oder Licht reflektiert.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Strom eine Bildanzeige bereitstellt oder ein ästhetisches äußeres Erscheinungsbild kreiert.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Strom Chemikalien, Feuchtigkeit, Kondensation und Licht wahrnimmt.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Strom ausreichend Energie bereitstellt, um die elektrischen Vorrichtungen laufen zu lassen.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Struktur eine Kleidung ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kleidung aus der Gruppe, bestehend aus Jacken, Hüten, Verbänden, Hosen, Schweißbändern, Armbanduhren, Prothesen, Skimasken, Socken, Stiefeln, Handschuhen, Atmungsfiltern, Atemschutzgeräten, Ohrenschützern, kugelsicheren Westen und Kombinationen daraus ausgewählt ist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Struktur Luftfiltration, Desodorierung und Desinfizierung von Maschinen, Gebäuden und Fahrzeugen ermöglicht.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Struktur Luftfiltration, Desodorierung und Desinfizierung von Zelten, Fenstergardinen, Katzenstreukisten, Möbeln, Kunstobjekten, künstlichen Pflanzen, Wandabdeckungen, schwarzen Brettern und Fahrzeugsitzbezügen ermöglicht.
Ein Brillengerät, das eine Struktur umfasst, die Photokatalysatoren, Wasseradhäsionsgradientenoberflächen, zumindest eine Lichtquelle zum Aussetzen der Photokatalysatoren gegenüber Lichtphotonen, die ausreichen, um die Photokatalysatoren zu aktivieren, zum Ablaufen lassen von Flüssigkeiten durch Dochtwirkung, zum Desinfizieren und zum Desodorieren der Brille umfasst.
Gerät gemäß Anspruch 37, wobei die Brille eine Schutzbrille ist und wobei die Oberflächen der Struktur Luftdurchlässe in der Schutzbrille sind.
Gerät gemäß Anspruch 37 und/oder 38, wobei die zumindest eine Lichtquelle Sonnenlicht ist, die Lichtphotonen von ausreichender Energie aufweist, um die Photokatalysatoren zu aktivieren.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächen der Struktur Linsen einer Schutzbrille sind.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächen der Struktur Gestelle einer Schutzbrille sind.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächen der Struktur Linsen und Gestelle der Brille sind.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wasseradhäsionsgradientenoberflächen ferner hydrophobe und hydrophile Oberflächen umfasst und wobei Unterschiede zwischen den Oberflächen Wasser bahnen und von einem Inneren der Brille zu einem Äußeren oder zu einem Umfang der Brille bewegen.
Ein Luftreiniger, der eine Struktur beinhaltet, die eine poröse Oberfläche, eine Wasserquelle, eine selektiv permeable Membran zum Zuführen von Wasserdampf, der sich angrenzend an die poröse Oberfläche befindet, Photokatalysatoren auf der Membran, zumindest eine Lichtquelle zum Aussetzen der Photokatalysatoren gegenüber Lichtphotonen, die ausreichen, um den Photokatalysator zum Desinfizieren und Desodorieren des Luftreinigers zu ativieren, umfasst.
Gerät gemäß Anspruch 44, wobei die Lichtquelle blaue Leuchtdioden oder Leuchtröhren sind.
Gerät gemäß Anspruch 44 und/oder 45, wobei die Lichtquelle Wasser umfasst.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Luftströmung umfasst, die aus der Gruppe, bestehend aus einer Konvektionsluftströmung, einer Pumpe, einem Gebläse und Kombinationen daraus ausgewählt ist.