DE1773806A1 - Synthetisches Feuchtigkeitsdetektorelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Synthetisches Feuchtigkeitsdetektorelement und Verfahren zu seiner Herstellung.

Feuchtigkeitsdetektorvorrichtungen werden im allgemeinen eingeteilt in solche vom mechanischen Typ oder in solche vom elektrischen Typ. In der Feuchtigkeitsdetektorvorrichtung vom mechanischen Typ wird die Dimensionaänderung, die bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit in dem feuchtigkeitsempfindliehen Material auftritt, dazu verwendet, entweder die relative Feuchtigkeit anzuzeigen oder ein Feuchtigkeitsregelsystem zu steuern, während in der Feuchtigkeltadetektorvorrlchtung vom elektrischen Typ eine Änderung des elektrischen Widerstands oder der Kapazität des Feuchtigkeitsdetektorelements auf Grund

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einer Änderung der relativen Feuchtigkeit verwendet wird.

Bisher wurde als Element in der Feiichtigkeitsdetektorvorrichtung vom mechanischen Typ menschliches Haar, HoI^, Goldschlägerhaut und tierisches Horn verwendet. Das Feuchtigkeitsdetektorelement ist mit einem Betriebsmechanisinus verbunden und die auf Grund von Feuchtigkeitsänderungen auftretenden Dimensionsänderungen des Elements liefern ein Signal, das dazu verwendet werden kann,, auf einer Skala den geeichten Grad des Feuchtigkeitsgehalts in der Atmosphäre anzugeben oder alternativ eine Feuchtigkeitsregelvorrichtung zu steuern.

Die gewöhnlichen Formen der Feuchtigkeitsdetektorelemente mit veränderlicher Dimension haben bestimmte, ihnen· eigene Nachteile. Diese Elemente sind außerordentlich zerbrechlich und werden häufig beim Transport beschädigt. Nach wichtiger ist jedoch, daß die Elemente schwierig herzustellen sind, und das gilt besonders für das Hornelement, da es ein sehr präzises Arbeiten erfordert, das Hornmaterial in dünne Schichten mit einheitlicher Dicke zu schneiden. Da die meisten der üblichen Elemente aus Naturstoffen bestehen, ist es schwierig, eine gleichmäßige leistung von Element zu Element zu erzielen, und die Einheitlichkeit ist nur durch sehr sorgfältige Eichung erzielbar. Darüberhinaus behalten die Elemente, nachdem sie über einen langen Zeitraum Feuchtigkeitsextremen ausgesetzt waren, im allgemeinen ihre Originaleichung nicht bei und müssen in vielen Fällen häufig wieder geeicht werden.

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Sin anderer Nachteil des üblichen, dimensionsveränderlichen Feuchtigkeitsdetektorelements ist der, daß das Element schwierig zu reinigen ist, denn es kann nicht in zufriedenstellender Weise mit Lösungsmitteln oder Detergenslösungen gewaschen wer-

den, ohne daß die Leistung des Elements nachteilig beeinflui3t wird. Infolgedessen müssen die Elemente nach einer bestimmten Gebrauchsdauer ersetzt werden, da sie nicht erfolgreich gereinigt werden können.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein synthetisches, dimensionsveränderliches Feuchtigkeitsdetektoreleraent, das eine verbesserte chemische Resistenz und Kriechfestigkeit aufweist, und die den Naturstoffelementen eigenen Nachteile beseitigt.

Insbesondere umfaßt das erfindungsgemäße Feuchtigkeitsdetektorelement eine harte, noch flexible, feuchtigkeitsempfindliche Basis oder Kern und eine äußere feuchtigkeitsempfindliche Schicht, die mit einer Oberfläche des Kerns verbunden ist und im allgemeinen die gleichen Abmessungen wie der Kern besitzt. Die feuchtigkeitsempfindliche Schicht besteht aus einem vernetzten Material, das durch Umsetzung einer Glykosidketten enthaltenden Substanz mit einem Monomeren, das mit den Hydroxylgruppen des Glycoside reagieren kann, hergestellt wurde. Die vernetzte feuchtigkeitsempfindliche Schicht besitzt eine verbesserte Resistenz gegen plastische Verformung oder Kriechdehnung und behält dabei Empfindlichkeit ui. 3 Eichung des Elements bei. DarübThi.i.cuo jtdi : t das ^vlemer =>' 'esserte

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chemische Resistenz auf Grund der Vernetzung, und dadurch kann die feuchtigkeitsempfindliche Schicht mit handelsüblichen Lösungsmitteln oder Detergenslösungen gewaschen werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die leistung des Elements zerstört wird.

Das erfindungsgemäße Feuchtigkeitsdetektorelement, spricht rasch auf Feuchtigkeitsbedingungen an und wird durch Feuchtigkeitsoder Temperaturextreme nicht beeinträchtigt. Das Element besitzt eine sehr geringe Hysterese und ist wesentlich stabiler als die bisher verwendeten Haturstoff-Feuchtigkeitsdetektorelemente.

Da das Element ein synthetisches Produkt ist, kann es unter geregelten Bedingungen hergestellt werden und erfordert deshalb eine geringere Eichung von Element zu Element.

■ ;-aV;..._: . Andere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus 4er folgenden Beschreibung hervor.

Die beigefügten Zeichnungen erläutern die als gegenwärtig beste erachtete Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsdetektorelements.

Figur 2 ist eine abgeänderte erfindungegemäße 2Porm, die das

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Fuechtigkeitsdetektorelement in Form eines gerippten Diaphragmas zeigt.

Figur 3 stellt einen Schnitt entlang der Linie 3—3 der Figur 2 dar.

Figur 4 ist eine zweite abgeänderte erfindungsgemäße Form, die das Element in Form eines U-förmigen Trägers zeigt.

Figur 5 ist eine andere ,abgeänderte erfindungsgemäße Form, die das Element in einer schraubenförmigen Schlange zeigt.

Figur 6 ist eine weitere abgeänderte :· erfindungsgemäße Form, die das Element in Form einer spiraligen Schlange zeigt und

Figur 7 ist eine schematische Darstellung, die die Verwendung des erfindungsgemäßen Elements in einer Feuchtigkeitsregelvorrichtung eines pneumatischen Typs zeigt.

Die Figur 1 stellt ein Feuchtigkeitsdetektorelement 1 dar, das aus einem Kern 2 und einer Außenechicht 3 besteht, die vollständig mit einer Oberfläche des Kerns verbunden ist. Der Kern 2 besteht aus einem relativ harten, flexiblen Material

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mit einem Elastizitätsmodul von größer ale 0,007 ΊΟ kg/cm

(0,1 χ ΙΟ⁶ psi), von weniger ala 4,22 · ΙΟ⁶ kg/cm² (60 χ

sr c η c

psi) und vorzugsweise von 0,7 · 10 kg/cm (10 χ 10 psi) bis 2,11 · 10⁶ kg/cm² (30 χ ΙΟ⁶ pel). Das Material, aus dem

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der Kern 2 besteht, ist verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit und widerstandsfähig gegenüber mechanischer Beanspruchung mit wenig ausgeprägter Kriechverformung. .Der Kern muß nicht vollständig unempfindlicli gegenüber Feuchtigkeit sein, sollte jedoch eine Dimensionszunahme τοη weniger als 1 $ und vorzugsweise weniger als 0,5 $ bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit von 0 - 100 i» aufweisen.

Der Kern 2 kann aus einem Metall oder einer Legierung bestehen, wie z.B. Stahl, Aluminium, Kupfer, Aluminiumbronze, rostfreiem Stahl oder dgl. oder kann aus einem organischen Material hergestellt sein, beispielsweise einem Polyacetalfilm wie er unter dem Handelsnamen Delrin von E.l. Du Pont de Nemours A Co., verkauft wird, orientierten Polyesterfilmen, wie z.B. t^ylar von E.l. Du Pont de Nemours & Co., orientierten Polyolefinfilmen, wie z.B. Polyäthylen oder Polypropylen und dgl.

Die Außenschicht 3 ist ein vernetates Reaktionsprodukt, das bei der Umsetzung einer Glykosidketten enthaltenden Verbindung, wie z.₍B. einem cellulosischem Stoff, mit einem stabilisierenden Monomeren, das mit den Hydroxylgruppen der Glykoeide reagieren kann, gebildet wird. Beispielsweise kann der Reaktloneteilnehmer Cellulose oder ein Celluloseester sein, in dem die verestemden Säuren bis zu 20 Kohlenstoff atome und vorzugsweise bis zu 6 Koh lenstoffatome enthalten* Spezifische Beispiele sind Cellulosenitrat, Cellulosetriacetat, Cellulosebutyrat, Cellulosepropionat, Cellulosesuccinat, Cellulosephthalat oder dgl· Se können

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auch gemischte Celluloseester, wie z.B. Cellulose-acetatbutyrat, Cellulose-aeetat-propionat, Celluloseäther, in denen die veräthernden Alkohole bis zu 8 Kohlenstoffatome enthalten, wie z.B. Äthylcellulose, Methylcellulose, Hydroxypropylmethylcollulose und Hydroxybutylmethylcellulose verwendet werden.

Das cellulosische Material ist außerordentlich empfindlich gegenüber den Peuchtigkeitsbedingungen in der Atmosphäre und ändert seine Dimension entsprechend den Änderungen der relativen Feuchtigkeit.

Der stabilisierende Reaktionsteilnehmer, der mit dem feuchtigkeitsempfindlichen Material vernetzt ist, kann in Form der Monomeren oder Teilpolymeren von Harnstoff-Formaldehyd, Phenol-Formaldehyd, Melamin-Formaldehyd, Triazin-Formaldehyd, Hexamethoxymethylmelamin, Glyoxal, Glutaraldehyd, 2-Hydroxyadipinaldehyd und dgl. vorliegen.

Die Menge des in Verbindung mit dem Glykosidderivat zu verwendenden stabilisierenden Monomeren kann variieren in Abhängigkeit von der iiatur des Monomeren. Im Falle eines Harzes, das mit sich selbst vernetzt, wie z.B. Harnstoff-Formaldehyd, kann das Monomere oder T-iilpolymere innerhalb weiter Grenzen variieren, beispielsweise von 1-99 Gew.$ des Glykosidderivats. Jeder Überschuß des Monomeren darüberhinaus und oberhalb dessen, was mit dem Glykosid reagiert und vernetzt, vernetzt mit sich selbst und obwohl eine feuchtigkeitsempfindliche Schich* die einen

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hohen Anteil an stabilisierendem Monomeren enthält, woniger empfindlich sein kann als eine, die einen geringeren Prozent-

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satz enthält, isi/dennoch verformbar. Das stabilisierende Monomere muß nicht mit allen verfügbaren Hydroxylgruppen der Glykoside reagieren, und in einigen Formulierungen kann die Monomerreaktion mit den Hydroxylgruppen ganz gering sein. Bei einem stabilisierenden Monomeren oder Teilpolymeren, das nicht mit sich selbst vernetzt, wie z.B. Hexamethoxymethylmelamin, sollte das Monomere in einer stöchiometrischen Menge oder weniger mit dem Glykosidderivat oder cellulosischen Material verwendet werden, da jeder Überschuß dazu neigt, als Weichmacher für die Außenschicht 3 zu wirken und dadurch die Kriechverformung des Elements zu erhöhen'.

Zur Beschleunigung der Vernetzungsreaktion wird gewöhnlich ein Katalysator zu der Reaktionsmischung zugegeben. Es kann irgendein gebräuchlicher Katalysator für die venä&ndeten einzelnen Monomeren oder Teilpolymeren verwendet werden. Beispiele für Katalysatoren, die mit Harnstoff-Formaldehyd«, Phenol-Formaldehyd- und Melamin-Formaldehyd-Monomeren verwendet werden, sind Trifluoressigsäure, Methansulfonsäure, Orthophosphorsäuremonobutylester, Phosphorsäure-n-butylester, p-Ioluolaulfonsäure, Maleinsäurebutylester und dgl.

Außer dem Katalysator kann es auch in vielen Fällen wünschenswert sein, einen Katalysatorstabilisator zu verwenden, der dazu dient, den Katalysator zu binden, bis die Vemetssungereaktion

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wunschgemäß auftreten soll. Die Katalysatorstabilisatoren sind übliche Stoffe und umfassen Epoxydmonomere und Triäthylamin, 2-Dimethylaminoäthanol, 2-Diäthylaminoäthanol und andere flüchtige organische Amine mit Siedepunkten unterhalt) 25O⁰C. Die Epoxydmonomeren können sowohl als Katalysatorstabilisator als. auch als Reaktionsteilnehmer in der Vernetzungsreaktion verwendet werden.

Die erhaltene vernetzte Außenschicht 3 sollte eine solche Feuchtigkeit sempfindlichkeit aufweisen, daß das Material bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit von 0 - 100 # eine Dimensionszunahme von mindestens 1 5« und vorzugsweise 1,5-7 )» aufweist. Diese Empfindlichkeitswerte sind bezogen auf die vom Kern abgelöste Außenschicht und dürfen nur in einer Richtung auftreten.

Die Dicke des Kerns 2 besitzt ein definiertes Verhältnis zur Dicke der Außenschicht 3· Wenn der Kern im Hinblick auf die Dicke der Außenschicht zu dick ist, kann die Außenschicht bei Änderungen der atmosphärischen Feuchtigkeit nicht die nötige Dimensionsänderung liefern, um den Kern auszubiegen oder zu krümmen. Bei einem Element mit normaler Ansprechempfindlichkeit liegt die Dicke des Kerns im allgemeinen in dem Bereich von etwa 0,0051 - 0,0254 cm (2 - 10 mila), während die Dicke der Außenschicht 3 geringer als etwa 0,0076 cm (3 mils) ist und im allgemeinen zwischen 5 und 100 '/J der Dicke des Kerns 2 liegen sollte. Dieses Verhältnis kann jedoch variieren in Abhängigkeit

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von der Feuchtigkeitsempfindlichkeit und dein Elastizitätsmodul der Außenschicht 3 und des Kerns 2 und der gewünschten Ansprechempfindlichkeit. Das optimale Dickenverhältnis der äußeren Oberflächenschicht in Bezug auf den Kern 2 wird im allgemeinen auf experimentellem Wege ermittelt.

Es ist bevorzugt, daß der Kern 2 und die Außenschicht 3 in der Länge und Breite die gleiche Ausdehnung besitzen. In einigen Fällen kann jedoch entweder der Kern 2 oder die Außenschicht über den anderen Teil des Elements hinausragen und die Funktion der Elemente wird dadurch nicht geändert. Jede mechanische Befestigung des Elements bei der Verwendung sollte direkt mit dem Kern verbunden sein und nicht nur an der Außenschicht 3 befestigt sein.

Wie in der Figur 1 gezeigt, ist die feuchtigkeitsempfindliche Außenschicht 3 nur mit einer Oberfläche des Kerns 2 verbunden, und da die Außenschicht 3 entsprechend den Veränderungen der relativen Feuchtigkeit ihre Dimension ändert, wird der Kern gebogen oder gekrümmt. Wegen des verhältnismäßig hohen Elastizitätsmodul des Kerns 2 ist ein sich im wesentlichen linear bewegendes Element, in dem das feuchtigkeitsempfindliche Material 3 mit beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Kerns 2 verbunden ist, nicht so zufriedenstellend wie der in Figur 1 gezeigte Elementtyp.

Der Kern und die Außenschicht 3 sind über ihre gesamten Abmes-

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sungen miteinander verbunden, und es können verschiedene Verfahren angewendet werden, um die Bindung zwischen diesen Gliedern herzustellen. Beispielsweise kann die Außenschicht 3 durch Beschichten des Kerns 2 mit einer Lösungsmittellösung der Reaktionsteilnehmer und anschließendes Verdampfen des Lösungsmittels aufgebracht werden. Der Kern mit der getrockneten Außenschicht 3 kann dann auf eine zur Ingangsetzung der Vernetzung der Reaktionsteilnehmer in der Außenschicht ausreichende Temperatur erhitzt werden. Bei diesem Verfahren trägt die Vernetzung auch zur Verbesserung.der Haftung zwischen der Außenschicht 3 und dem Kern 2 bei. In einem alternativen Verfahren kann die vollständig polymerisierte oder vernetzte Außenschicht 3 durch Verwendung von Hilfsklebstoffen an den Kern 2 gebunden sein.

Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Feuchtigkeitsdetektorelements besteht darin, zuerst die Glykosidverbindung und das stabilisierende Monomere zusammen mit dem Katalysator und dem Katalysatorstabilisator in einem Lösungsmittel, wie z.B. Aceton, Äthylacetat, Äthylmethylketon, Isobutylalkohol, Methylenchlorid, Nitroäthan, Cyclohexanon, ÄthylendiChlorid, Methylisobutylketon, Isobutylacetat, Hexan, Toluol, Diäthyläther, Wasser, Äthylalkohol, Xylol, Isopropylalkohol oder dgl. zu lösen. Es ist bevorzugt, die Stoffe in dem Lösungsmittel oder der Lösungsmittelmischung in einem geschlossenen Behälter unter Mischen oder Rühren zu lösen. Die Lösung wird dann auf eine Glasplatte gegossen und das Lösungsmittel abdampfen gelassen. Der erhaltene

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PiIm wird von dem Glas abgezogen und in Streifen oder Bänder der gewünschten Größe geschnitten und mit einem schwachen Lösungsmittel oder einem Klebstoff, beispielsweise einem Epoxydharz, auf den Kern aufgebracht.

Das Element wird dann auf eine erhöhte Temperatur in dem Bereich von 93 - 204 ⁰C (200 - 400⁰P) und vorzugsweise 121 191°0 (250 - 575⁰P) eine^ zur Vernetzung des stabilisierenden Monomeren und der Hydroxylgruppen der Glykosidketten ausreichende Zeitlang erhitzt. Wenn ein-Klebstoff, wie z.B. ein Epoxydharz verwendet wird, erhält man beim Erhitzen auf diese Temperatur auch eine Vernetzungsreaktion zwischen dem Epoxydharz und den anderen Reaktionsteilnehmern, um eine starke Klebstoffbindung zwischen der Außenschicht 3 und dem Kern 2 zu erzielen.

In einigen Pällen ist es möglich, den bindenden Klebstoff in die Reaktionsmischung einzuarbeiten. Beispielsweise kann ein Epoxydmonomeres oder -teilpolymeres in die Lösungsmittellösung mit dem Glykosidderivat und dem stabilisierenden Monomeren eingearbeitet werden. In diesem Falle wird die Oberfläche des Kerns mit einem schwachen Lösungsmittel, wie z.B. Ithylalkohol, beschichtet. Wenn der getrocknete feuchtigkeitsempfindliche PiIm auf die Oberfläche des Kerns aufgebracht ist, wird eine schwache Anfangsbindung zwischen dem Film oder der Außensohieht und dem Kern erhalten. Beim Erhitzen tritt Vernetzung auf und liefert die starke Bindung zwischen der Außensohicht 3 und dem Kern 2.

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Die starke Bindung zwischen der Außenschicht 3 und dem Kern kann von dem Epoxydmonomeren, dem stabilisierenden Monomeren oder beiden in Kombination herrühren.

Während die Vernetzung3reaktion in den meisten Formulierungen bei Zimmertemperatur bewirkt werden kann, werden bessere Ergebnisse erhalten, wenn die Umsetzung bei einer erhöhten Temperatur in dem Bereich von 135 - 191⁰C (275 - 375°i) durchgeführt wird.

Spezifische Beispiele für erfindungsgemäße feuchtigkeitsempfindliche Außenschichtformulierungen sind folgende:

Beispiel 1

6,2 g Cellulose-acetat-butyrat (37 ^c!» gebundenes Butyryl) 6,2 g Harnstoff-lOrmaldehyd-Honomeres 1,65 g Epoxydmonomeres (Katalysatorstabilisator 0,15 g p-Toluolsulfonsäure (Katalysator) 5,0 g Äthylacetat

5,0 g Isobutylacetat

22,0 g Isobutylalkohol

10,0 g 2-Heptanon

17,0 g Xylol

26,8 g Toluol

Beispiel 2

6,0 g Cellulose-acetat-butyrat (26 fi gebundenes Butyryl) 4,0 g Hexamethoxymethylmelamin (vernetzender Stoff) 1,5 g 2-Dimethylaminoäthanol (Katalysatorstabilisator) 0,1 g p-Toluolsulfoneäure (Katalysator) 88,4 g Äthylacetat 109849/0304

Beispiel 3

10.0 g Äthylcellulose (Äthoxygehalt 45,5■- 46,8 ^) 3,0 g Kelamin-iformaldehyd-Honomeres 1,6 g 2-Dimethylaminoäthanol (Katalysatorstabilisator) 0,15 g p-i'ololsulfonsäure (Katalysator) L, 15 g n-Butylalkohol ■ 1,0 g Xylol

83.1 g Methylenchlorid

Beispiel 4

10,0 g Hydroxypropylmethylcellulose 1,5 g Hexamethoxymethylmelamin (vernetzender Stoff) 0,05 g p-Toluolsulfonsäure (Katalysator)

0,05 g n-Butylalkohol 20,0 g Äthylalkohol
68,4 g deionisiertes Wasser

Beispiel 5

10,0 g Nitrocellulose (11,8- 12,2 $ Stickstoff)

6.2 g Triazin-Pormaldehyd-Honomeres

0,3 g Phosphorsäure-n-butyl-ester (Katalysator)

40,0 g Hethyläthylketon

15,0 g Äthylacetat

10,0 g Isobutylacetat

10,0 g 2-Heptanon

4.3 g Isopropylalkohol 2,1 g Xylol

2,1 g n-Butylalkohol

Beispiel 6

10,0 g Nitrocellulose (11,8 - 12,2 ^cß> Stickstoff) 1,5 g Hexamethoxymethylmelamin (vernetzender Stoff)

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0,05 e p-ioluolsulfonsäure (Katalysator) 0,05 g η-Butylalkohol 4,3 g Isopropylalkohol

14.0 β 2-iieptanon

14.1 β lüobutylacGtat 16,0 g Äthylacetat 40,0 g Hethyläthylketon

Beispiel 7

10,0 g Celluloseacetat (39,4 $ Acetyl) 1,5 g Hexamethoxymethylmelamin (vernetzender Stoff) 0,5 g p-1'oluolsulfonsäure (Katalysator)

0,5 g n-Butylalkohol 1,5 g Triethylamin (Katalysatorstabilisator) 6,0 g Hethylenchlorid

10,0 β Diacetonalkohol 70,0 g Aceton

Beispiel 8

10,0 g Celluloseacetatpropionat

1,5 g Hexamethoxymethylmelamin (vernetzender Stoff)

Of5 g p-Toluolsulfonsäure (Katalysator)

0,5 g n-Butylalkohol

1,5 g 2-Dimethylaminoathanol (Katalysatorstabilisator)

16,0 g Athylendichlorid

70,0 g Ilethyläthylketon

Ein spezifisches Beispiel zur Herstellung des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsdetektorelements unter Verwendung der Formulierung des Beispiels 1 ist folgendes:

Di»- Lösung (Formulierung Beispiel Nr. l) wurde auf eine Glasi.-.atte gegossen und die Lösungsmittelraischung wurde abdampfen

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gelassen. Nach der Verdampfung des Lösungsmittels wurde der Jj¹Hm von der Glasplatte' entfernt und in Streifen mit einer Größe von 3_f18 cm χ 0,952 cm (l 1/4 x 3/8 inches) gesclinitten. Eine Oberfläche eines Aluminiumkerns mit einer Größe von 2,54 cm χ 0,635 cm χ 0,01 cm (l inch χ 1/4 inch x 0,004 inch)... wurde mit Äthylalkohol bedeckt und ein Streifen des getrockneten Filmes wurde auf die mit Alkohol bedeckte Oberfläche des Kerns gelegt. Beim Abdampfen des ÄthylalkohollösungBmittels wurde eine schwache Bindung zwischen dem PiIm und dem Kern erhalten. Anschließend wurde der beschichtete Kern in einen Ofen gebracht und 15 Minuten lang auf eine Temperatur von 177°0 (350⁰P) erhitzt, was zu einer Vernetzung zwischen dem Harnstoff-Formaldehyd, Epoxydmonomeren und Cellulose-acetat-butyrat und einer starken Bindung.zwischen dem Kern und der feuchtigkeitsempfindlichen Schicht führte.

Me Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Form, in der das Feuchtigkeitsdetektorelement 4 die Form eines Diaphragmas oder einer Scheibe aufweist. In dieser Ausführungsform besteht das Element 4 aus einem Basiselement 5» das aus einem Material ähnlich demjenigen des Kerns 2 der ersten Ausführungsform hergestellt wurde, und einer Außenschicht 6, die an das Basiseleraent gebunden ist. Die Außenschicht 6 besteht aus einem feuchtigkeitsempfindlichen vernetzten Material ähnlichedemjenigen der Außenschicht 3· Bei dieser Struktur bewirkt eine Änderung der relativen Feuchtigkeit eine Verbiegung des Innenteils des Elements, wodurch bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit eine Dimensionsänderung eizielt wird.

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Die Figur 4 erläutert eine abgeänderte erfindungsgemäße Form, in der das Element 7 eine im allgemeinen U-förmige Gestalt besitzt. Ein Ende des Elements ist an einem äußeren Gegenstand befestigt oder festgeklemmt, während das gegenüberliegende Ende, mit einer Rückwärtskrümmung 9 versehen ist. Das Element wird wie im Falle der ersten Ausführungsform aus einem Kerrfaterial 10, ähnlich demjenigen des Kerns 2 hergestellt, und eine Außenschicht 11 ist mit einer Oberfläche des Kerns verbunden und besteht aus einem vernetzten Material ähnlich demjenigen der Außenschicht 3. Bei einer Zunahme der relativen Feuchtigkeit hat der gekrümmte Teil 9 die Neigung, sich gegen den Körperteil des Elements zu krümmen, während sich das gekrümmte Ende 9 bei einer Abnahme der relativen Feuchtigkeit in der entgegengesetzten Richtung krümmt, wodurch eine Angabe der Feuchtigkeit in der Atmosphäre ermöglicht wird.

Die in Figur 5 gezeigte Struktur stellt eine andere abgeänderte erfindungsgemäße Form dar, in der das Element 12 in einer schraubenförmigen Form vorliegt und aus einem Kern 13 ähnlich dem Kern 2, und einer Außenschicht 14» ähnlich der Außenschicht 3» die an den Kern 13 gebunden ist, besteht. Ein Ende des spiralförmigen oder schraubenförmigen Elements ist wie bei 15 angegeben an einem äußeren Gegenstand befestigt. Bei einer Veränderung der relativen Feuchtigkeit besitzt das schraubenförmige Element die Neigung zu rotieren, und bei der Befestigung des äußeren oder freien Endes an einen Betriebsmechanismus liefert

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die Rotation des Elements, die bei Feuchtigkeitsänderungen erhalten wird, ein Signal, das dazu verwendet werden kann, entweder den Grad der Feuchtigkeit in der Atmosphäre anzuzeigen oder eine Feuchtigkeitsregelvorrichtung zu steuern.

Die Figur 6 stellt eine weitere abgeänderte erfindungsgemäße Form dar, in der .das Element 16 die Form einer spiraligen Schlange besitzt. Wie im Falle der obengenannten Ausführungsformen besteht die Schlange 16 aus einem Kern 17 und einer feuchtigkeitsempfindlichen Außenschicht 18, die mit einer Seite des Kerns über seine gesamte länge verbunden ist. Der Kern und die feuchtigkeitsempfindliche Schicht 18 werden aus Materialien ähnlich den im Hinblick auf Kern 2 und Außens&icht 3 beschriebenen hergestellt.

Das innere Ende der Schlange 16 wird an einem festen Gegenstand festgeklemmt oder befestigt, während das äußere Ende der Schlange mit einem Betriebsmechanismus verbunden ist. Bei Änderungen der relativen Feuchtigkeit dehnt sich die Schlange aus oder zieht sich zusammen, und diese Bewegung dient dazu, durch den Betriebsmechanismus die relative Feuchtigkeit der Atmosphäre anzugeben oder eine Feuchtigkeitsregelvorrichtung zu steuern.

Die Figur 7 zeigt das Feuchtigkeitsdetektorelement 1 bei der Verwendung in einer pneumatischen Feuchtigkeiteregelung» In dieser Ausführungsform ist ein Ende des Elemente 1 an einem befestigten Träger 19 festgeklemmt, während das gegenüberlie-

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gende Ende des Elements 1 so angepaßt ist, daß es einen Luftstrom durch eine mit einer Luftleitung 21 verbundene Düse 20 begrenzt, oo wie sich die relative Feuchtigkeit in der Atmocphäre äncicrt biegt eich das Element 1 auf oder krümint sich, wodurch die Stellung des Clements 1 im Hinblick auf die Düse verändert wird, was zu einer ilnderung des Luftdrucks innerhalb der Leitung 21 führt. Das erhaltene pneumatische Signal kann dazu verwendet werden, die relative Feuchtigkeit direkt durch eine Heßanordnung 23 anzugeben oder eine mechanische Eingangsenergie für eine Befeuchtungsvorrichtung durch ein druckempfindliches Element, wie z.B. einen Faltenbalg 25 zu liefern.

V/enn die Atmosphäre einen wesentlichen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, ist das Element 1 nahezu gerade mit nur einer leichten Krümmung oder Biegung und in Verbindung mit oder in enger Nachbarschaft der Düse 20, um den Luftstrom durch die Düse zu begrenzen. V/enn sich das Element biegt auf Grund einer Abnahme der Feuchtigkeit in der Atmosphäre, bewegt sich das Element von der Düse nach außen weg, wodurch der Luftstrom durch die Düse erhöht und entsprechend der Luftstrom und der Druck in der Leitung 21 geändert werden.

Infolge der vernetzten Struktur der Außenschicht 3 ist die Außenschicht hochresistent gegenüber Lösungsmitteln und Detergentien, so daß das Element mit Lösungsmitteln oder Detergenslös.ungen ge'.aschen oder gereinigt werden kann, ohne die Leistung des Elements zu zerstören.

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Das Element ist auf Grund seiner vernetzten Struktur resistent gegen Kriechverformung oder plastische Verformung und spricht dennoch schnell mit minimaler Hysterese auf Feuchtigkeitsbedingungen an.

Da das Element unter kontrollierten Bedingungen synthetisch hergestellt wird, sind die Eigenschaften der Elemente einheitlicher, und es ist eine geringere Eichung von Element zu Element erforderlich.

hs wird darauf hingewiesen, daß außer den oben beschriebenen und in den folgenden Ansprüchen beanspruchten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung noch, zahlreiche andere Ausführun^sformen möglich sind und in den Rahmen der vorliegenden Erfindung gehören.

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Claims (17)

Patentansprüche^

1. Synthetisches Feuchtigkeitsdetektorelement, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer ersten Schicht, die aus einem flexiblen Streifen aus einem verhältnismäßig harten Material gebildet wurde, und einer zweiten Schicht, die sich über einen wesentlichen Teil einer Oberfläche der ersten Schicht erstreckt und empfindlich gegenüber Feuchtigkeitsrbedingungen ist und imstande ist, bei Zunahme -der relativen Feuchtigkeit in der Dimension zuzunehmen, besteht, wobei die erste Schicht verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit ist und dazu neigt, der Dimensionszunähme der zweiten Schicht zu widerstehen, wobei die zweite Schicht das Produkt der Umsetzung einer Glykosidketten enthaltenden Verbindung mit einem stabilisierenden Monomeren oder Teilpolymeren, das sich mit den Hydroxylgruppen der Glykosidketten vernetzen kann, ist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit von 0 - 100 Jo eine Dimensions zunähme von weniger als 1 ⁽/o aufweist, und daß die zweite Schicht bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit von 0 - 100 # eine Dimensionszunahme von mindestens 1 fo aufweist.

3· Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glykosidketten enthaltende Verbindung ein Celluloseester

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ist, in der die veresternde Säure bis zu 20 Kohlenstoffatome enthält.

4. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen aus einem metallischen Material besteht.

5. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht praktisch die gleichen Abmessungen hat wie die erste Schicht.

6. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 0,007 x 10⁶ kg/cm² bis 2,11 χ 10⁶ kg/cm² (10 χ ΙΟ⁶ psi bis 30 χ 10⁶ psi) aufweist.

7. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht eine Dicke in dem Bereich von 0,0051 - 0,0254 cm (2-10 mils) aufweist und die Dicke der zweiten Schicht 5 - 100 <p der Dicke der ersten Schicht beträgt.

8. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stabilisierende Monomere oder iDeilpolymere von einem solchen Typ ist, der mit den Hydroxylgruppen reagiert und mit sich selbst vernetzt.

9. Element nach Anspruch Θ, dadurch gekennzeichnet, daß das

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Monomere oder Teilpolymere aus der Gruppe Harnstoff-Formaldehyd, Phenol-Pormaldehyd, Helamin-Formaldehyd und Triazin-Formaldehyd ausgewählt wird.

10.' Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das stabilisierende Monomere Hexamethoxymethylmelamin ist.

11.. Feuchtigkeitsdetektorvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem dünnen flexiblen Streifen aus einem relativ harten Material, das gegenüber Feuchtigkeit verhältnismäßig unempfindlich ist, wobei dieses Material bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit von O - 100 </) eine Dime ns ions zunähme von weniger als 1 <fo aufweist, und einer feuchtigkeitsempfindlichen Schicht besteht, die an eine Oberfläche des Streifens gebunden und feuchtigkeitsempfindlich ist, wobei diese Schicht bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit von 0 - 100 ^ eine Dimensionszunahme von mehr als 1 ^c/o aufweist und das Produkt der Umsetzung eines cellulosischen Materials mit freien Hydroxylgruppen mit einem stabilisierenden Monomeren oder Teilpolymeren, das mit den Hydroxylgruppen des cellulosischen Ma- · terials vernetzt, ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Feuchtig- ^ceitsdetektorelements, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glykosidketten enthaltende Verbindung und ein stabilisierendes Monomeres oder Teilpolymeres, das mit den Hydroxylgruppen

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der Glykosidketten reagieren kann, in einem Lösungsmittel gelöst werden, um eine Lösungsmittellösung zu liefern, daß die lösung in Form eines Films gegossen wird, das Lösungsmittel abdampfen gelassen wird zur Herstellung eines getrockneten Films, der getrocknete Film auf eine Oberfläche eines flexiblen harten Kerns aufgebracht und der Kern auf eine zur Umsetzung mit dem Monomeren oder Teilpolymeren mit den Hydroxylgruppen ausreichende Zeit erhitzt wird, um eine chemisch resistente feuchtigkeitsempfindliche vernetzte Außenschicht zu liefern, die fest, mit dem Kern verbunden ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit der Glykosidketten enthaltenden Verbindung und dem Monomeren oder Teilpolymeren ein Katalysator für das Monomere oder Teilpolymere und ein Katalysatorstabili-

/in dem Lösungsmittel
sator'gelöst werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Glykosidketten enthaltende Verbindung eine Celluloseester verwendet wird, in dem die veresterte Säure bis zu 20 Kohlenstoffatome enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Kern ein Metallstreifen mit einer Dicke in dem Bereich

von 0, 0051 - 0,0254 cm (2 - 10 mils) verwendet wird.

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16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und die Außenschicht auf eine Temperatur in dem Bereich von 93 - 2O4°C (200 - 400⁰P) erhitzt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Y/asser verwendet wird und das stabilisierende Monomere oder ieilpolymere wasserlöslich ist.

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