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Verfahren, disperse Stoffe in poröse Körper einzulagern Der Erfindungsgegenstand
betrifft ein Verfahren, um disperse, feinverteilte, pulverförmige Substanzen wie
Pigmente, Oxyde oder beliebige andere sehr fein verteilte pulverförmige Substanzen
in einen porösen Träger beliebiger Form und Art einzubringen.
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Es ist bereits bekannt, mit Hilfe von Ultraschallschwingungen beispielsweise
Medikamente durch die Haut hindurch einzubringen, Holz in entsprechende Lösungen
zu imprägnieren, Textilien in Farblösungen einzufärben u. a. m. Bei allen diesen
Vorgängen handelt es sich um die bekannte Tatsache, daß die Diffusionsgeschwindigkeit
durch halbdurchlässige Membranen durch Ultraschallerregung des Flüssigkeitsbades
erhöht werden kann. Es handelt sich somit hierbei um echte gelöste Substanzen, deren
Diffusion durch halbdurchlässige Membranen, Zellwände usw. hindurch gefördert wird.
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Bei dispersen Stoffen ist bisher hingegen nur der umgekehrte Vorgang
bekannt. Beispielsweise werden disperse Stoffe, Verschmutzungen, Pigmenteinlagerungen
usw. in einem ultraschallerregten Flüssigkeitsbad aufs schnellste von der Oberfläche
eines Körpers entfernt, selbst dann, wenn es sich um poröse Körper, wie z. B. Filter
usw. oder besonders rauhe und adhärierende Oberflächen, aus denen sich erfahrungsgemäß
Verschmutzungen nur äußerst schlecht entfernen lassen, handeln sollte. Diese allgemein
bekannte Tatsache bildet die Grundlage der heute weit verbreiteten Ultraschall-Reinigungsverfahren.
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Um so überraschender ist es, daß sich unter geeigneten Versuchsbedingungen
durch Ultraschallerregung genau der umgekehrte Prozeß erreichen läßt. Eingehende
Versuche haben gezeigt, daß sich disperse Stoffe in poröse Körper mit Hilfe von
Ultraschallschwingungen dann einlagern lassen, wenn man den Ultraschallschwinger
mit dem in einer Flüssigkeit in zäh-pastöser Konsistenz angesetzten dispersen Stoff
beschichtet, den porösen Körper auflegt, ihn mit dispersem Stoff gleicher Konsistenz
überschichtet und während gleichzeitiger Ultraschallerregung gegen den Ultraschallschwinger
drückt. Die Versuche zeigten, daß sich ein pastös angesetzter disperser Stoff bis
zu modellierfähiger Konsistenz im Ultraschallfeld so verhält, als ob seine Viskosität
um einige Größenordnungen herabgesetzt wäre. Außerdem zeigte sich, daß - offenbar
infolge dieser stark herabgesetzten inneren Reibung - der disperse Stoff die Tendenz
hat, sehr schnell nach unten, zum Schallschwinger hin, abzusetzen und die letzten
noch nicht kapillar gebundenen Flüssigkeitsmengen nach oben hin auszustoßen.
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Von diesen Vorgängen wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren Gebrauch
gemacht, indem zunächst die Beschichtung des Ultraschallschwingers mit dem in zäh-pastöser
Konsistenz angesetzten dispersen Stoff zur wirksamen Ankopplung der Ultraschallschwingungen
an den porösen Körper, der auf dieser Schicht aufliegt, benutzt wird. Durch Andruck
des porösen Körpers an diese Schicht kann die genannte Koppelung wesentlich intensiviert
werden, besonders wenn es sich um einen verhältnismäßig leichten porösen Körper
handeln sollte, der anderenfalls auf der pastösen Schicht »schwimmen« würde. Die
wesentliche Einlagerung des dispersen Stoffes wird nun dadurch erreicht, daß der
poröse Körper mit der aus dem dispersen Stoff angesetzten pastösen Paste überschichtet
wird. Auf Grund des genannten, sehr schnellen Absetzens der dispersen Teilchen dringen
diese von der überlagerten Schicht bei Ultraschallerregung nunmehr sehr schnell
in den porösen Körper ein, während die untere, im wesentlichen zur Ankopplung dienende,
jedoch durch die Ultraschallschwingungen in ihrer Viskosität stark herabgesetzte
Schicht, unterstützt durch den Andruck des porösen Körpers, kapillar in ihm aufsteigt.
Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise 2 bis 3 mm dicke poröse Schichten,
Trägerplatten usw. in etwa 2 Sekunden nahezu lückenlos und vollkommen mit dispersem
Stoff zu füllen.
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Für den genannten Vorgang erreicht man keine optimale Wirkung, wenn
man beispielsweise lediglich durch einen Druckkörper auf die überschichtete pastöse
Substanz einen Druck ausübt und somit den ganzen Vorgang unter Uberdruck ablaufen
läßt, sondern es empfiehlt sich vielmehr, den Druck lediglich auf den porösen Körper
auszuüben, um einen möglichst schnellen kapillaren Anstieg von unten her in den
porösen Körper zu erreichen. Dieser Andruck erfolgt zweckmäßigerweise, der Stabilität
des porösen Körpers entsprechend, über mehr oder weniger zahl-
reiche
diskrete Druckpunkte. Bei plattenförmigen porösen Körpern hat sich beispIelsweise
eine mit ir geeignetem Abstand mit Stiften oder Höckern versehene Andruckplatte
gut bewährt.
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Schwierigkeiten bereitet die Entnahme des porösen Körpers nach der
Behandlung. Nach dem Abschalten des Ultraschalls ist nämlich eine derart innige
Verbindung zwischen Grundschicht, eingelagertem dispersem Stoff, porösem Körper
und Überschichtung erfolgt, daß eine Entnahme nicht nur erhebliche Kraft erfordert,
sondern außerdem der poröse Körper, falls er nicht besonders stabil ist, zerstört
wird, zum mindesten jedoch unzulässige Partien des eingelagerten Stoffes wieder
aus der Oberfläche herausgerissen werden. Erfolgt hingegen die Entnahme während
der Ultraschallerregung, so tritt sofort die oben beschriebene Wirkung der »Ultraschall-Reinigung«
in Funktion. Die Entnahme erfolgt infolge der stark herabgesetzten Viskosität zwar
merklich leichter, aber in dem Augenblick während der poröse Körper bzw. seine Oberflächen
die Oberfläche der schwingenden pastösen Substanz verläßt, »reinigt« sich ein unzulässig
großer Anteil des eingebrachten dispersen Stoffes wieder aus den Poren aus, und
das Ergebnis ist mangelhaft. Dieser Schwierigkeit wird erfindungsgemäß dadurch begegnet,
daß die Entnahme in einer Bewegung parallel zu- den porösen Oberflächen des Körpers
erfolgt. Eine poröse Platte wird beispielsweise nicht aus der pastösen Substanz
herausgehoben, sondern durch einen seitlichen Schlitz in ihrer eigenen Ebene ausgefahren.
Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß bis zum letzten Moment des Ausfahrens
die Ultraschallerregung ihre einlagernde Wirkung ausübt.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel für flächenhafte Körper
Mit 1 ist ein Ultraschallschwinger bezeichnet5 mit -2 ein plattenförmiger poröser
Körper, mit 3 die unmittelbar auf den Ultraschallschwinger aufgebrachte Koppelschicht
pastöser Substanz, mit 3' die den porösen Körper überschichtende Schicht pastöser
Substanz, mit 4 die mit Stiften versehene Andruckplatte, mit 5 ein Schieber, mit
6 ein in einer Führung laufendes, durch eine Feder 7 von oben angedrücktes Schott.
8 stellt eine Fangrinne dar. Während des Einlagerungsprozesses wird die Druckplatte
4 in Pfeilrichtung angedrückt und drückt in der oben beschriebenen Weise den porösen
Körper 2 in die untere Schicht 3 ein, während sich der disperse Stoff der überlagerten
Schicht 3' nach unten, also ebenfalls in den porösen Körper hinein, abzusetzen sucht.
Fig. 1 stellt den ersten Moment des Ausfahrens dar. Die Druckplatte 4 ist etwas
angehoben, und ein Greifer 5 schiebt die Platte 2 durch das entgegen der Feder 7
nach oben ausweichende
und in der Führung 9 gleitende Schott-6 hindurch nach außen.
Infolge der durch die Ultraschallschwingungen herabgesetzten Viskosität erfolgt
die Bewegung zügig. Das Schott 6 wirkt als oberer Abstreifer, während mitgenommene
Reste der unteren Schicht 3 in einer Fangrinne 8 gesammelt werden und dein Pro duktionsprozeß
erneut zugeführt werden können.
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Wichtig ist, daß die Beendigung der Ultraschallerregung und das Verlassen
der pastösen Masse im genau gleichen Zeitpunkt erfolgen. Bei technischer Ausführung
wird man die untere Schicht sowie das Überschichten des plattenförmigen Körpers
in bekannter und einfacher Weise durch Walzen vornehmen In vielen Fällen kann es
günstig sein, den porösen Körper entweder in einer gut nutzenden Flüssigkeit oder
in einer sehr verdünnten Aufschwemmung des dispersen Stoffes vorzunetzen. Diese
Vornetzung kann im einfachen Tauchverfahren oder ebenfalls unter Zuhilfenahme von
Ultraschallschwingungen erfolgen. Anschließend ist es oft zweckmäßig, den porösen
Körper etwas zu schleudern oder hinreichend äbtropfen zu lassen, um die pastöse
Substanz nicht unnötig zu verdünnen.