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Diese
Anmeldung beansprucht den Nutzen der provisorischen U.S. Anmeldung
Nr. 60/547,073, die am 25. Februar 2004 eingereicht wurde.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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HERKÖMMLICHE
VORRICHTUNGEN
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
diesen Literaturnachweisen gibt es keine Lehre, Beschreibung oder
jegliche Motivation zur Verwendung eines Photokatalysators in Verbindung mit
Elektreten in Kleidungen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht der Titandioxidbeschichtung in einem Chevron-Schutzbrillenluftdurchlass,
des Elektretsubstrats und der hydrophoben Zone.
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2A ist
eine Innenansicht einer Schutzbrille mit hydrophober, Elektret- und photokatalytischer
Zone auf der Linse und der Gesichtsdichtung.
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2B ist
eine Seitenansicht und ein Ausschnitt einer Schutzbrille mit Chevron-Durchlass
mit hydrophober und Elektretbeschichtung.
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2C ist
eine Unteransicht einer Schutzbrille, die die Chevron-Durchlässe mit
photokatalytischer Beschichtung zeigt.
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3 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
im Schnitt des Chevron-Durchlasses,
die die hydrophobe und Elektretoberfläche in dem Chevron-Durchlass und der
Linse zeigt.
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Innenoberfläche
der Linse und der Gesichtsdichtung.
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
einer beschichteten Faserstruktur des Photokatalysator-, Elektret-
und hydrophoben Bereichs.
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6 ist
eine auseinandergezogene Querschnittsansicht eines Luft- und Desodorierungsfiltrationssystems,
das eine künstliche
Lichtquelle verwendet, und eines Membran-Wasserdampfzuführungssystems.
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7 zeigt
die Bekleidungskleidung an einem Menschen, wobei die Benutzungsbereiche
für einen
Photokatalysator-, Elektret-, hydrophoben Stoff oder eine Photokatalysator-,
Elektret-, hyrophobe Struktur zeigt.
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8 zeigt
einen adhäsiven
Verband, der einen Photokatalysator-, Elektret-, hydrophoben Stoff oder
eine Photokatalysator-, Elektret-, hydrophobe Struktur verwendet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.