DE1807652B2 - Feuchte messelement und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feuchte- Träger oder das !substrat eine technische Funktion Meßelement, das bei Feuchteänderungen seinen elek- ausübt, die von. ijer der inneren Schicht und der frischen Widerstand verändert, bestehend aus einer äußeren Schichten bei dem oben angeführten beäußeren auf Änderungen der relativen Luftfeuchtig- kannten Feuchte-Meßelement verschieden ist, so daß keil der Umgebung mit Änderungen ihrer Abmes- 5 die oben erläuterten Probleme hier nicht auftreten sungen reagierenden Schicht und aus einer inneren können.

(Kern), den Abmessungsänderungen der äußeren Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Schicht entsprechend folgenden und mit der äußeren ein Feuchte-Meßelemenl: mit erhöhter Widerstands-Schicht längs der Grenzflächen verbundenen Schicht, fähigkeit gegenüber plastischer Verformung, Tempein die eine Vielzahl miteinander verbundener, elek- to raturbeanspruchung und chemischem Angriff zu trisch leitender Teilchen eingebettet ist. schaffen, ohne dabei die Vorteile des bekannten

Bei einem bekannten Feuchte-Meßelement dieser Feuchte-Meßelem.entes, nämlich die Reproduzierbar-

Art kann die innere Schicht aus einem organischen keit feuchtigkeitsempfindlicher Eigenschaften, cie

oder anorganischen Material bestehen. Hierbei wer- Betinflußbarkeit der Feuchtigkeitsempfindlichkeit den organische Polymere als Schichtenwerkstoff er- 15 auf Grund einer Änderung der Zusammensetzung,

wähnt, unter denen sich auch Zelluloseester befinden der Form oder der Herstellungsweise des Elementes,

können. Man bevorzugt dabei eine möglichst voll- das schnelle Ansprechen bei Feuchtigkeitsänderun-

ständig veresterte 7ellulose und vermeidet Reste von gen, niedrige Hysteresewerte sowie die zufrieden-

Hydroxylgnippen. Als Werkstoff für die äußere stellende Stabilität unter normalen Umgebungs-Schicht kommen verschiedene Stoffe, beispielsweise 20 bedingungen aufzugeben,

auch Zellulosederivate, wie Zelluloseäther, in Frage. Ausgehend von einem Feuchte-Meßelement der

Es hat sich gezeigt, daß die thermoplastische eingangs genannten Art besteht die Lösung nach Natur dieser Werkstoffe eines Feuchte-Meßelementes der Erfindung darin, daß der Werkstoff für eine den Temperaturbereich begrenzt, da die Änderungen dieser Schichten aus einer Gruppe ausgewählt ist, in den Abmessungen der Schichten im Bereich ihrer 25 die aus (a) einer Glykosideketten enthaltenden, nicht elastischen Verformbarkeit liegen müssen. Außerdem querverketteten Verbindung und (b) einem querist die Anzeigegenauigkeit des bekannten Feuchte- verketteten Reaktionsprodukt einer Verbindung mit Meßelementes temperaturabhängig. SchlieP'ich ist Glykosideketten und einer stabilisierenden monodas bekannte Fei_ hte-Meßelement wenig wider- meren oder teilpolymeren Substanz besteht, die mit standsfähig gegenüber chemischem Angriff, insbeson- 30 den Hydroxylgruppen der Glykosideketten eine dere gegenüber dem Angriff normaler organischer Querverkettung eingehen kann, und die andere die-Lösungs- und Reinigungsmittel. ser Schichten aus einem Stoff entsprechend (b) ge-

Bei einem anderen Feuchte-Meßelement (deutsche bildet ist.

Auslegeschrift 1 015 622) besteht der Träger oder Nach der Erfindung wird die verlangte Stabilisiedas Substrat aus einem elektrisch isolierenden, stark 35 rung bzw. die Erhöhung der Widerstandsfähigkeit vernetzten organischen Polymerisat, das so behan- dadurch erreicht, daß man den Glykosideketten entdelt wird, daß eine dünne Oberflächenschicht die hallenden Werkstoff mit einer stabilisierenden monoEigenschaften einer lonenaustauschzone erhält, wo- meren oder teilpolymeren Substanz durch Reaktion bei die stationären polaren Gruppen in dieser Zone der Hydroxylgruppen enthaltenden Glykosideketten einen integrierenden Bestandteil des darunterliegen- so querverkettet. Je nach der Form und Beanspruchung den Polymerisatträgers darstellen. Es handelt sich des Elementes hinsichtlich Temperatureinwirkung hierbei also nicht um ein aus mindestens zwei Schich- und Säureangriff vernetzt man entweder nur die ten bestehendes Element, bei dem eine Schicht durch innere Schicht oder nur die äußere Schicht oder Einbettung elektrisch leitender Teilchen stiom- beide. Dadurch erreicht man eine erheblich grc-ßere führend im Meßkreis ist, sondern um ein einschich- 45 Widerstandsfähigkeit gegenüber plastischer Verfortiges Element, bei dem eine elcktrolytische Lcit- mung oder Kriechen der Schichten und eine eihebfähigkeit infolge beweglicher Ionen eintritt, wenn lieh größere Widerstandsfähigkeit gegenüber chemiüber einen Teil der Ionenaustauschoberflächenschicht schein Angriff, ohne daß eine Verminderung der eine Spannung angelegt wird. Die Leitfähigkeit des obenerwähnten vorteilhaften Eigenschaften zu verElementes hängt von der Anzahl an der Oberfläche ₅₀ zeichnen i<t. Vor allem ist hervorzuheben, daß ein des Elementes freigesetzter Tonen ab, und diese An- crfindungsjemäßcs Element erheblich robuster als zahl richtet sich nach dem Wasserdampfdruck der die bisher erhältlichen Feuchte-Meßelemcnte ist. Das Atmosphäre. Der physikalisch-technische Mechanis- Element zeichnet sich durch außerordentlich schnclmus unterscheidet sich daher von dem des vor- les Ansprechen auf die jeweiligen Feuchtevverte der erwähnten bekannten Meßclementes, bei dem ein 55 Umgebung aus und wird durch extreme Feuchtevon der Werkstoffauswahl abhängiger mechanischer nder Temperaturwerte nicht beeinträchtigt. Der Vorgang, nämlich eine Änderung der Abmessungen Eichungsaufwand ist für jedes Element bedeutend der Schichten, bei einer Änderung der Luftfeuchtig- geringer als bisher, da es sich bei dem erfindungskeit ausgelöst wird. Dieser Vorgang beeinflußt wie- gemäßen Element um ein synthetisches Produkt handerum die gegenseitige Lage der elektrisch leitenden 60 delt, das unter genau einstellbaren Bedingungen her-Teilchen, die in der inneren Schicht des Elementes gestellt werden kann.

eingebettet sind, so daß eine Änderung der Leit- Vorzugsweise ist die Verbindung nach (a) und/ fähigkeit durch gekoppelte mechanische Vorgänge oder (b) ein Zelluloseester, in dem die vercsternde eintritt. Bei dem vorliegenden bekannten Feuchte- Säure bis zu 20 Kohlenstoffatome enthält. Es ist Meßelement, bei dem lediglich ein Träger vorhanden 65 weiterhin vorgesehen, daß die monomere oder teilist, der aus einem elektrisch isolierenden, stark ver- polymere Substanz aus einer Gruppe ausgewählt ist, netzten organischen Polymerisat besteht, spielt die die Ureaformaldehyd, Phenolformaldehyd, Melamin-Auswahl des Werkstoffs eine andere Rolle, da der formaldehyd, Trianzinformaldehyd, Hexamcthoxy-

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incihvlmeUunin, Glyoxal und 2-Hydroxyudipaldehyd äußeren hydrnl)Sorten feuchtigkeitsempfindlichen umfaßt. Schicht,

Bine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Fig· 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren

dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung nach abgeänderten Ausführungsform eines Elementes mit (a) und/oder (b) ein Zellulosederivat ist und eine 5 einer ringförmigen hydrolysierten feuchtigkeitsdritte Schicht vorhanden ist, die mit der äußeren empfindlichen Außenschicht,

Oberfläche der ersten Schicht an deren der zweiten Fig. 5 eine schematische Abbildung eines Elemen-

Schicht entgegengesetzten Seile verbunden ist, und :es innerhalb eines elektrischen, den Feuchtigkeitsdaß die dritte Schicht durch Hydrolyse des Zellulose- gehalt anzeigenden Systems,

derivates entstanden ist und im wesentlichen aus io " Die F i g. 1 und 2 zeigen ein elektrisches Feuchte-Zellulose besteht. Meßelement 1 mit einem inneren Kern 2 und mit Als besonders vorteilhaft hat sich ein Feuchte- äußeren Schichten 3, die einteilig mit dem Kern ver-Meßelement erwiesen, bei dem der Kern aus einer bunden sind. Eine Vielzahl von Teilchen aus einem Verbindung entsprechend (b) gebildet ist, bei dem elektrisch leitenden Werkstoff 4 sind in homogener ferner mit der Oberfläche des Kerns eine äußere 15 Verteilung innerhalb des Kerns vorhanden. Die Teil-Schicht aus einer Verbindung entsprechend (a) oder chen 4 sollen möglichst innerhalb des Kerns in elek-(b) verbunden ist und bei dem die miteinander ver- irisch leitender Verbindung miteinander stehen, um bundenen sowie elektrisch leitenden und innerhalb einen Strompfad innerhalb des Kerns zu bilden. Die eines beträchtlichen Teils des Kerns eingebetteten Teilchen 4 können aus nahezu jedem elektrisch lei-Teilchen in einer derartigen Anordnung Innerhalb 20 tenden Werkstoff, wie bet pielsweise Kohlenstoffdes Kernwerkstoffs verteilt sind, dao ein für eine pulver, Alumjniumstaub, Zinks^aub, Wolframkarbid-Messung von Änderungen des elektrischen Wider- puKerod. ä., bestehen, Kohlenstoff sol! zweckmäßig Standes ausreichender Kontakt zwischen den Teil- so angewendet werden, daß die Teilchen Ketten buchen besteht. Dabei ist zweckmäßig die äußere d°n oder in Kettenform zusammenhängen, um einen Schicht mit einander gegenüberliegenden Seiten des 25 ununterbrochenen Strompfad durch den Kern zu Kerns verbunden. Außerdem soll die äußere Ober- schaffen.

fläche der äußeren Schicht möglichst hydrolysiert Die Teilchen 4 betragen gewöhnlich 5 bis 50° 0

sein und im wesentlichen aus Zellulose bestehen* im Hinblick auf das Gewicht des Kerns. Das beson-

Es ist weiter vorteilhaft, daß die zweite Schicht dere Gewichtsverhältnis der Teilchen 4 gegenüber den Kern und die erste Schicht eine äußere mit dem 3o dem Kern 2 beruht auf der An und der Qualität der Kern verbundene Schicht umfaßt und die äußere Teilchen, der Wirksamkeit der Verteilung, dem in Schicht eine Dicke von weniger als 3 mm sowie von dem Element gewünschten Widerstand und auf der 10 bis 400" 0 der Dicke des Kerns aufweist. Größe und der Form des Kernwerkstoffs 2 und der

Ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung des äußeren Schichten 3.

crfindungsgemaßen Feuchte-Meßelemenics Ut durch 35 Die Größe der Teilchen 4 ist von nicht so entdic folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet: scheidender Bedeutung. Im allgemeinen weisen die Einbetten einer Vielzahl von elektrisch leitenden einzelnen Teilchen eine Größe voo weniger als Teilchen in elektrisch leitender Anordnung inner- 10 Mikron und vorzugsweise von weniger als halb eines beträchtlichen Teils der Länge einer Re- 1 Mikron auf.

aktionsmischung aus einer Verbindung mit Glykoside- 4° Der Kern 2 besteht aus einer Verbindung, die ketten und einer stabilisierenden monomeren oder Glykosidekelten wie eine zellulosehaltige Substanz teilpolymeren Subätan/. die mit den Hydrox\lgrup- enthält, oder, nämlich zur Vernetzung aus dem Repen der Glykosidcketten eine Querverkettung ein- aktionsprodukt, einer Verbindung mit Glykosidegehen kann. Bilden einer Schicht aus einem Stoff. ketten und einer stabilisierenden monomeren Subder eine verhältnismäßig hohe Feuchtigkeitsempfind- 45 stanz, die mit den Hydroxylgruppen der Glykoside lichknt sowie die Fähigkeit aufweist, "auf Änderun- reagieren kann. Die Glykoside enthaltende Verbingen in der relativen Luftfeuchtigkeit im Bereich eines dung kann Zellulose oder ein Zelluloscester sein, beiiäehtlichen Teils der Oberfläche der Reaktions- wobei die vercsternden Säuren bis zu 20 Kohlenstoffmischung mit Änderungen in den Abmessungen zu aiome und vorzugsweise bis zu 6 Kohlenstoffatome reagieren und Herbeiführen einer Reaktion zwischen 50 enthalten. Beispiele hierfür sind im besonderen der" Verbindung und der monomeren oder teilpoly- Zellulosetriacetat, Zelluiosebutyrat. Zellulosepromeicii Substanz zur Erzielung eines quervcrketteten pionat. Zclluloscsuccinat, Zellulosephthalat od. ä. Stoffes. Dabei soll die Reaktion möglichst durch Außerdem kann Zellulosenitrai benutzt werden. Erhitzen der Reaktionsmischung auf eine Temperatur ferner auch gemischte Zelluloseester wie Zellulosevon 93 bis 205 C herbeigeführt werden. 55 azetatbutyrat und Zelluloseazetatpropionat. Zellu-

Nachfolgcnd wird die Erfindung an Hand von lor.eäihcr in denen der veräthemde Alkohol bis zu Ausführuiigsbeispielen mit Bezug auf die Zcichnun- 8 Kohlenstoffatome aufweist, wie beispielsweise een näher erläutert. Die in den Zeichnungen dar- Äthylzellulose, Methylzellulose, Hydroxypropylgestcllten Ausführungsbeispiele stellen die zur Zeit methylzellulose und Hydroxybutylmethylzellulose bewährtesten Anwendungsformen der vorliegenden ⁶° können ebenso angewendet werden. Erfindung dar. " Wenn der Kern 2 aus einem querverketteten Werkln den'Zeichnungen zeigt stoff bestcnsn soll, kann der zur Reaktion mit der

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines elektri- Glykoside enthaltenden Verbindung bestimmte Rescheif Feuchte-Meßclementes nach der Erfindung, aktionspartner aus Monomeren oder Teilpolymeren

Fig. Z eine Ansicht eines Querschnitts eines Eic- 65 ,on Ureaformaldehyd, Phenolformaldehyd, MeI-mentes. aminformaldehyd, Trianzinformaldehyd, Hexa-

Fig. 3 eine Teilansicht einer anderen Ausfüh- methoxymethylmelamin, Glyoxal, 2-Hydroxyadipruni'sform eines Elementes im Schnitt mit einer nldehyd od. ä. bestehen.

Der Anteil der stabilisierenden monomeren Sub- gebildet wird, und in einigen Fällen kann es auch stanz in Verbindung mit dem Glykosidederivat kann wünschenswert sein, einen Katalysatorstabilisator verschieden sein in Abhängigkeit von der Art der hinzuzufügen wie denjenigen oder diejenigen, die monomeren oder teilpolymeren Substanz und dem ebenfalls vorstehend erläutert sind. Grad der gewünschten Querverkettung. Im Falle 5 Entweder der Kern 2 oder die Außenschichten 3 eines Kunststoffes, der eine Querverbindung mit sich oder beide sollten teilweise oder vollkommen cnierselbfit herbeiführt, wie beispielsweise Ureaform- verkettet sein. In einer bevoizugten Ausführungsform aldehyd. kann die monomere oder teilpolymere Sub- ist der Kern 2 im wesentlichen vollständig querverstanz innerhalb weiter Grenzen verschieden sein. kettet, während die äußeren Schichten 3 entweder Jeder Oberschnß der monomeren Suhstanz oberhalb io nicht querverkettet oder lediglich teilweise querverder Menge, die mit den Glykosiden reagiert und mit kettet sind. In einigen Fällen, in denen eine verdiesen eine Querverkettung bildet, bildet eine ver- besserte Widerstandsl ähigkeit gegen den Angriff von zweigte Kette mit «ich selbst. Bei einer stabilisieren- Chemikalien gewünscht ist. können ledoch die den monomeren oder teilpolymeren Substanz, die Außenschichten 3 vollkommen querverkettet sein, keine Querverkettung mit sich selbst bildet, wie bei- 15 während der Kern entweder vollkommen, teilweise spielsweise Hexamethotymethylrnelamin. ist es oder überhaupt nicht querverkettet ist. Die äußeren zweckmäßig, die monomere Substanz in einem Schichten 3 sollen sowohl in Querverkettungen als stöchiometrischen Verhältnis mit dem Glykoside- auch nicht querverkeltet eine derartige Feuchtigkeitsderivat oder mit dem zeliulosehaltigen Stoff einzu- empfindlichkeit aufweisen, daß die äußeren Schichten setzen, wenn eine vollkommene Quer erkettung ge- 20 eine Zunahme in den Abmessungen von mindestens wünscht wird oder eine geringere Menge als dem 0.5¹O und vorzugsweise 1.5 bis 7S bei einem Fouchstöchiometrischen Verhältnis entspricht, wenn tigkeitsunterschied von 0 bis 100°« zeigen. Diese lediglich eine teilweise Querverkettung gewünscht Werte für den F.mpfindlichkeitsgrad gelten für die ist: denn jeder Überschuß hat die Tendenz, als äußere Schicht, wenn diese von dem Kern losgelöst Weichmacher auf den Kern 2 einzuwirken und da- »5 ist. und sind nur in einer Richtung notwendig. In durch ein mögliches Kriechen des Elementes zu ver- einigen Fällen kann der Kern 2 weniger feuchtigsrößern. keitsempfindlich sein als die äußeren Schichten 3.

I'm die zur Verkettung führende Reaktion zu be- während in anderen Fällen der Kern eine im wesent-

schleunigen. wird der für eine Reaktion bestimmten liehen gleiche Feuchtigkeitsempfindlichkeit aufweisen

Mischung gewöhnlich ein Katalysator zugefügt. 30 kann wie die äußeren Schichten oder eine größere

Jeder gewöhnliche Beschleuniger bzw. Katalysator Feuchtigkeitsempfindlichkeit als diese,

für die besonderen monomeren oder teilpolymeren Dis Dicke des Kerns 2 steht in einem bestimmten

Substanzen kann dabei verwendet werden. In Ver- Verhältnis zur Dicke der äußeren Schichten 3. Wenn

bindung mit Ureaformaldehyd-. Phenolformaldehyd- ein verhältnismäßig feuchtigkeitsunempfindlicher

und Melaminformaldehyd-Monomeren werden bei- 35 Kern benutzt wird und der Kern zu dick ist im Ver-

spielsweise als Katalysatoren folgende Substanzen hältnis zu der Dicke der äußeren Schichten, können

benutzt Trifluorazetylsäure. Methansulfonsäure, die äußeren Schichten bei Änderungen im Feuchtig-

Monob-jtylsäureofthophosphat, n-Butylsäurephos- keitsgehalt der Umgebungsluft ihre Abmessungen

phate. p-Toluolsulfonsäure od. ä. nicht in dem notwendigen Maß verwenden, um den

Zusätzlich zu dem Katalysator kann es in vielen 40 Kern entsprechend zu verformen. Bei einem Element

Fillen wünschenswert und zweckmäßig sein, einer» mit normalen Abhängigkeitsverhältnissen liegt die

KatalysatorstabilisatoT zu verwenden, der dazu Dicke des Kerns im allgemeinen in einem Bereich

dient, den Katalysator zu binden, bis der Zeitpunkt von 0.1 bis 5 mm, während die Dicke der äußeren

gekommen ist. an dem die zur Querverbindung füh- Schicht weniger als etwa 3 mm und im allgemeinen

rencle Reaktion einsetzen soll. Die Katatysatorstabili- 45 zwischen 10 und 400° β der Dicke des Kerns 2 be-

sntoren sind herkömmliche Stoffe. Zu ihnen zählen tragen soll. Jedoch kann diese Beziehung verschieden

Epoxydmonomere und Triethylamin. 2-Dimethyl- sein in Abhängigkeit von der Feuchtigkeitsempfind

aminoäthanol. 2-Diäthylaminoäthanol und andere lichkeit und dem Elastizitätsmodul der äußerer

flüchtige organische Amine mit einem Siedepunkt Schichten 3 und des Kerns 2 sowie in Abhängigkei

unterhalb 250" C. Die Epoxydmonomere können 50 von den gewünschten Ansprechverhältnissen. Da:

sowohl als Katalysatorstabilisator und als Reaktions- jeweils optimale Dickenverhältnis der äußeren Ober

partner innerhalb der zur Querverkettung führenden flächenschichten 3 gegenüber dem Kern 2 ist experi

Reaktion verwendet werden. mentell ermittelbar.

Die äußeren Schichten 3 sind aus einer Verbin- Der Kern 2 und die äußeren Schichten 3 sollen in

dung gebildet, die Glykosideketten enthält, oder aus 55 allgemeinen vorzugsweise eine gleiche Länge un<

einem Reaktionsprodukt, das aus einer Verbindung Breite aufweisen. In einigen Fällen können jedoc

mit Glykosidek-cUen und einer monomeren oder teil- entweder der Kern oder die äußeren Schichten de

j3o!ymeren Substanz besteht, die mit den Hydroxyl- jeweils anderen Teil überragen. Die Funktion de

trappen der Glykosideketten reagieren kann. Die Elementes wird sich dadurch nicht ändern. Die elel

Glykoside enthaltende Verbindung kann ebenso wie 60 trischen Verbindungen zu dem Element müssen a

die stabilisierende monomere Substanz die gleiche dem Kern 2 angebracht sein. In diesem Fall zeigt d;

sein wie diejenige bzw. diejenigen, die in Verbin- Element eine Tendenz, sich bei Änderungen in di

dung mit dem Kern 2 vorstehend beschrieben Luftfeuchtigkeit der Umgebung an Stelle einer gerai

sind. linigen Ausdehnung oder Schrumpfung zu biegf

Wie bereits m Verbindung mit dem Kern 2 erläu- 65 oder einen Bogen zu bilden, wenn die Feuchtigkeit

tert wurde, wird gewöhnlich ein Katalysator zu der empfindlichkeit der äußeren Schicht von der d

die Querverkettung herbeiführenden Mischung hinzu- Kems abweicht

gegeben, wenn eine querverkettete Außenschicht 3 Der Kern und die äußeren Schichten 3 sind lan

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ihrer Berührungsflächen miteinander verbunden. Es können venehiedcne Verfahren angewendet werden. lim die Verbindung zwischen den beiden Teilen herbeizuführen. Beispielsweise können die äußeren Schichten 3 dadurch hcreestellt werden, daß zunächst der Kern 2 mit einem lösungsmittel aus an der Renktion heiligten Substanzen beschichtet wird, anschlicßcnd die Lösungsmittel zum Verdunsten gebracht werden und schließlich die platten- oder film-

wenn die Reaktion bei höheren Temperaturen stattfindet.

Die Fcuchtigkeitscmpfindlichkeit der äußeren Schicht 3 kann größer, ebenso groß oder geringer als diejenige des Kerns 2 sein. Dieses Verhältnis hängt von den zur Bildung des Kerns und der äußeren Schichten verwendeten Substanzen ab. Unabhängig vom Grad der Feuchtigkeitsempnndlichkeit der äußeren Schichten sollen die äußeren Schichten

bracht werden und schließlich di p

förmiee Anordnung erhitzt wird, um eine Quer- io feuchtigkeitsdurchlässig sein, so daß die I.uftfeuchtic-

vekcttung zu erreichen Nach einer anderen Möp- Kcit Cv Dicke der außen;i Schichten vollkommen

e g

verkcttung zu erreichen. Nach einer anderen Möplichkeit können die äußeren Schichten 3 rvi dem vollkommen auspolvmcnsierten oder querverketteten Kern 2 durch Hilfsmittel wie Klebstoff verbunden werden

Fin bevorzugtes Herstellungsverfahren bedingt zunächst das Auflösen der Komponenten von einer der äußeren Schichten 3 in einer Lösung wie beispielsweise Azeton, Äthylazetat, Äthylmethylketon. Butvlalkohol Dichlormethan, Nitroäthan. Cyclohexpnon, Λ/etylendichlorid, Methylisobutylketon, Isnhutvlazetnt, Hexan. Toluol. Diäthyl. Wasser. Äthylalkohol. Xylol, Isopropylalkohol od. ä. Die Auflösung der Substanzen soll vorzugsweise in einer i i Löih ierhalb

Kcit Cv Dicke der außen.;i Schichten vollkommen tiurtlu.nncen kann.

Wenn das Element aus feuchtigkeitsempfindlichen äußeren Schichten 3 und einer weitgehend ftuchtig-

¹S keitsunempfindlichen Kernsubstanz gebildet ist, absorbieren die äußeren Oberfiächenschichtcn 3 Feuchtipkeit. wenn du- in der Umgebung befindliche Feuchtigkeit ansteigt, und neigen dazu, anzuschwellen oder sich auszudehnen. Die Ausdehnung hat zur

*o Folge, daß der Kern 2 der Einwirkung einer Snannung ausgesetzt wird, die ihrerseits wieder eine Dehnung oder ein Auseinanderziehen der Ketten der elektrisch leitenden Teilchen zur Folge hat und dadurch eine Zunahme des Widerstandes ge<-en den

Auflösung der Substanzen g

I ösung oder in einer Lösungsmischune innerhalb 25 durch das Element geleiteten Strom verursacht, eines geschlossenen Behälters unter Durchmischung Wenn der Feuchtigkeitsgehalt in der Umgebung des Ganzen oder mit einer anderen beschleunigenden sinkt, schrumpfen die äußeren Schichten zusammen.

i Lö id wodurch die Spannung auf den Kern nachläßt und

eine Zusammendrückung des Kerns erfolgt, so dab

des Ganzen oder mit e g

Maßnahme vorgenommen werden. Die Lösung wird *odann auf eine Glasplatte unter Anwendung eines

W d Lö

dadurch einen Widerstandsabfall des Elementes ver

*odann auf eine Glasplatte unt g

Ausstreicheerätes ausgegossen. Wenn das Lösungs- 30 die Kettenteilchen zusammengedrückt werden und mittel selbst verdunstet ist. um dabei die erste äußere dadurch einen Widerstandsabfall des Elementes ver Schicht 3 -ν b^;iiⁿn, wird eine rr.it Lrhur.grrr.iUc!
versetzte Lösung aus Kernwerkstoff mit den darin
verteilten Teilchen 4 über die inzwischen getrocknete

Aih

Wenn jedoch neben den äußeren Schichten 3 auch

verteilten Teilchen 4 über di g der Kern 2 feuchtigkeitsempfindlich ist, nehmen so-

erste Außenschicht und mit Hilfe eines Ausstreich- 35 wohl der Kern als auch d^;e äußeren Schichten Gerätes verteilt Feuchtigkeit auf und dehnen sich bei einer Zunahme

" hld Lö d der Luftfeuchtigkeit aus. Die Ausdehnung des Kerns

verursacht eine Streckung der Ketten der elektrisch leitenden Teilchen und hat eine Zunahme des elek-

erätes vrteilt

Wenn die Lösungsmittel enthaltende Lösung des Kernwerkstoffs auf die erst äußere feuchtigkeitsempfindliche Schicht gegossen wird, löst das Lösungs-

mittel die Oberfläche der zuvor vereossenen äußeren 4° frischen Widerstandes des Elementes gegen einen

Schicht teilweise auf. Sobald das Lösungsmittel der durch das Element geleiteten Strom zur Folge. Um-

Kerniösung verdunstet ist, ist eine festhaftende Ver- gekehrt schrumpfen bei einem Feuchtigkeitsabfall

bindune zwischen den beiden Schichten hergestellt. die äußeren Schichten 3 und der Kern 2, wobei die

Im Anschluß an den Trocknungsvorgang des aus Teilchen gebildeten Ketten in dem Kern zusam-Kerns 2 wird eine Lösungsmittel enthaltende Lösung 45 mengedriickt werden und infolgedessen ein Widerder zweiten äußeren Schicht über den getrockneten stnndsabfall in dem Element erfolgt.
Kern gegossen Wiederum neigt das Lösungsmittel Die Empfindlichkeit des Elements kann weiterhin dazM die Oberfläche des getrockneten Kerns aufzu- dadurch gesteigert werden, daß die äußere Oberlösen Wenn das Lösungsmittel verdunstet ist. be- fläche der zellulosehaltigen äußeren Schicht zu steht ein«' festhaftende Verbindungsschicht zwischen 50 Zellulose hydrolisiert — bekannt aus USA.-Patentdem Kern 2 und der zweiten feuchtigkeitsempfind- schrift 3 295 088 — wird, wie in F i g. 3 dargestellt liehen Schicht 3 ^ist· ^{In diesern} Ausführungsbeispiel enthält das EIe-

Wenn der aus drei Schichten bestehende Film ment einen Kern 5 mit einer Vielzahl von elektrisch

trocken 1st. werden der Kern 2 und/oder die feuch- leitenden Teilchen 6, die den Teilchen 4 des ersien ti^keifempfindlichen Schichten 3 polymerisiert oder 55 Ausführungsbeispiels gleichen. Schichten 7 aus einem

k dh Afhizen des mehrschichtigen feuchtigkeitsempfindlichen sowie hydrolisierbaren

tikeifempfindl p

cuerverkettet durch Aufheizen des mehrschichtigen Films auf der Glasplatte bis zu einer Temperatur im Bereich von 93 bis 205° C und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 121 und 191° C. Die Wärmebehandlung wird während einer Zeitspanne durchgeführt, die ausreichend ist, um eine Querverbindung zwischen der stabilisierenden monomeren Substanz mit den Hydroxylgruppen der Glykosideketten herbeizuführen.

feuchtigkeitsempfindlichen sowie hydrolisierbaren Stoff sind auf die entgegengesetzten Oberflächen des Kerns 5 aufgebracht und mit dem Kern 5 verbunden. Die äußeren Schichten? können aus einem zellulosehaltigen Stoff bestehen, ähnlich dem vorstehend beschriebenen, und können außerdem dem Einfluß entweder einer alkalischen Substanz oder einer Substanz mit Säureeigenschaften ausgesetzt werden, damit nahezu alle Säureradikale in der Ober-

Während die Reaktion zur Herbeiführung der 65 flächenschicht hydrolysiert werden, um hierdurch Querverkettung oder Polymerisation in den meisten einen Film 8 aus Zellwolle zu erhalten, der ein

t hebeigeführt werden außerordentlich hohes Maß an Feuchtigkeitsempfind-

lichkeit aufweist. Das Hydrolysieren kann dadurch

Querverkettung o y

Fällen bei Zimmertemperatur herbeigeführt werden

karui werden bessere Ergebnisse dann erhalten,

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ίο

Eine der Klemn^n 13 ist mit einer feststehenden isolierten Stütze 14 verbunden. Die Klemmen 13 sind mit einer elektrischen Energiequelle 15 elektrisch in Serie geschaltet und ebenso mit einem elektrischen Instrument 16, daß ein Meßinstrument darstellt, um den in dem Kreis fließenden Strom zu messen. Das Gerät 16 kann ein Amperemeter, ein Widerstandsmesser, ein Spannungsmesser oder irgendein anderes herkömmliches Gerät sein, das in geeigneter Weise zur Messung entweder des Widerstandes des Elementes oder der Strommenge angeordnet ist, die in dem Kreis fließt. Wie vorhergehend beschrieben wurde, verursachen Änderungen im Feuchtigkeitsgehalt der umgebenden Atmosphäre eine Veränderung in der Anordnung der Ketten aus elektrisch leitenden Teilchen 4, so daß der Widerstand in dem Element 1 geändert und eine Ablesung auf dem Gerät 16 ermöglicht wird.

Im folgenden wurden

bestimmte Beispiele von Kerns 2 und der äußeren

herbeigeführt werden, daß das Element in ein alkalisches Bad oder in ein Säurebad getaucht wird und für eine zum Hydrolysieren von Säuregruppen auf der Oberfläche der äußeren Schichten 7 ausreichenden Zeit in dem Bad gehalten wird. Alkalische Sub-

stanzen, die !für das Hydrolysieren anwendbar sind, sirvd wäßrige edftr alkoholische Lösungen von Alkalimetallbasen wie beispielsweise Atznatron, Ätzkali oder Lilhiumhydrat. Statt dessen können auch alkoholische Lösungen von starken organischen Basen wie beispielsweise Tetramethy guanidin. Trymethylamin oder Benzyltrimethylammoniak zum Hydrolysieren benutzt werden.

Es ist vorteilhaft, heiße alkalische Lösungen zu

verwenden, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die: Verweilzeit in der alkalischen Lösung beruht auf der Art der benutzten Substanz, der Temperatur und der Stärke der Lösung. Bei Anwendung

einer 5° eigen Ätznatronlösung wurde beispielsweise

eine Zeitspanne von 2 Stunden für die Hydrolyse ao Zusammensetzungen des

benötigt, um eine mit Zelluloseester gemischte Schichten 3 angegeben:

Außenschicht 7 zu erhalten, die die geforderte hohe Empfindlichkeit aufweist. Bei einem Anwachsen der

Stärke der Lösung auf 50⁰O stellte sich eine nahezu sofortige Hydrolysierung ein. Die wirkungsvollste as

Reaktionsbedingung erhält man beim Eintauchen des Elements in eine 40ⁿOige Ätznatronlösung von 110 C für eine Zeitspanne von 1 bis 4 Minuten, je nachdem, welche Schichtdicke der hydrolysierten Schicht gewünscht wird.

Nach dem Hydrolysieren wird das Element vorzugsweise in Wasser abgespült, um alkalische Rückstände zu entfernen und zu verdünnen. Lösungen von mineralischen Säuren wie beispielsweise Chlorwasserstoff und Schwefelsäure können ebenfalls dazu benutzt werden, die zellulosehaltigen Außenschichten 7 zu hydrolysieren. Jedoch ist die Anwendung von alkalischen Substanzen für eine schnellere Hydrolysierung zweckmäßiger und wird daher bevorzugt. ·

F i g. 4 zeigt eine zweite abgewandelte Ausführungsform nach der Erfindung, bei der das Element
eine zylindrische Form und einen mittigen Kern 9 mit
gleichmäßig verteilten Teilchen 10 aus elektrisch leitfähigem Werkstoff aufweist. Der Kern 9 ist ähnlich 45
ausgebildet wie der Kern 2 des ersten Ausführungsbeispiels, jedoch hat er die Form eines Stranges oder
eines Streifens, und die Teilchen 10 sind den Teilchen 4 ähnlich. Eine ringförmige Schicht 11 aus
einem Stoff, die demjenigen der äußeren Schichten 3 50
ähnlich ist, ist um den Kern 9 angeordnet. Die
äußere Oberfläche der Schicht 11 kann chemisch behandelt oder hydrolysiert werden, wie vorstehend
beschrieben ist, um eine im höchsten Grade feuchtigkeitsempfindliche äußere Oberfläche 12 zu erhal- 55 äußeren Schichten, ten. Die Enden des Kerns 9 erstrecken sich über die
ringförmigen Schichten 11 und 12, so daß ein A. Zusammensetzung der Lösung für den elektrisc

Beispiel 1

Das Element weist einen querverketteten, elektrisch leitenden Kern und querverkettete äußere Schichten auf sowie die gleiche feuchtigkeitsempfindliche Substanz in dem Kern und in den äußeren Schichten.

A. Zusammensetzung der Lösung für den elektrisch

leitenden Kern (g = Gramm). 8,00 g Hydroxypropylmethylzellulose 1,20 g Hexamethoxymethylmelamin 3,30 g elektrisch leitfähiger Kohlenstoff 0,04 g p-Toluolsulfonsäure
0,04 g n-Butylalkohol

42,22 g deionisiertes Wasser

45,20 g Äthylalkohol

Zusammensetzung der Lösung für äußere

Schichten.

10,00 g Hydroxypropylmethylzellulose 1,50 g Hexamethoxymethylmelamin 0,05 g p-Toluolsulfonsäure

0,05 g n-Butylalkohol
68,40 g deionisiertes Wasser
20,00 g Äthylalkohol

Beispiel 2

Hier handelt es sich um ein Element mit einerr querverketteten elektrisch leitenden Kern und zwe Außenschichten, die beide nicht querverkettet sind ferner handelt es sich um verschiedene feuchtigkeits empfindliche Substanzen in dem Kern und in dei

unmittelbarer elektrischer Kontakt mit dem elektrisch leitenden Kern herbeigeführt werden kann. Das in F i g. 4 dargestellte Element arbeitet in ahnlicher Weise wie diejenigen nach den Fig. 1 bis F i g. 5 ist eine schematische Darstellung der Anwendung des Elementes 1 in einem die Luftfeuchtigkeit anzeigenden Gerät. Wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, sind Klemmen 13 an die Enden des Elements 1 angeschlossen. Der Kern 2 überragt die Schicht 3 an beiden Seiten, so daß die Klemmen 13 direkt an den freien Enden des Kerns befestigt werden können.

leitenden Kern.

5,20 g Azetatbutyratzellulose

(26°/o kombiniertes Butyryl)

5,60 g Ureaformaldehydmonomer 2,30 g elektrisch leitender Kohlenstoß 0,15 g p-Toluolsulfonsäure 1,60 g Epoxydmonomer

1,85 g Äthylalkohol

2,00 g n-Butylalkohol
41,00 g Äthylazetat
40,30 g Diazetonalkohol

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B. Zusammensetzung der Lösung für die äußeren Schichten.
10,00 g Azetatbutyratzellulose

(17°/o kombiniertes Butyryl) 90,00 g Äthylazetat

Beispiel 3

Kern, der zum Anschluß für die elektrischen Kontakte benötigt wurde, wurde mit Klebeband abgedeckt. Anschließend wurde erneut Lösung für eine äußere Schicht auf die Glasplatte über den elektrisch leitenden Kern gegossen, und das Lösungsmittel konnte verdunsten. Als der dreischichtige Film trocken war, wurde das abdeckende Band von dem Film entfernt, um den elektrisch leitenden Κλπ freizulegen. Während der Film noch auf der Glasplatte

Hier handelt es sich um ein Element mit einem

querverkctteten, elektrisch leitenden Kern und zwei io lag, wurde der Filmkern durch Erhitzen auf 177° C nicht verketteten äußeren Schichten, wobei in dem während einer Zeitdauer von 15 Minuten querverkettet. Nach der Querverkettung wurde der Film in die gewünschte Form für das feuchtigkeitsempfindliche Element geschnitten. Die Streifen wurden

sodann von der Glasplatte dadurch entfernt, das man kaltes Leitungswasser darüberlauien ließ.

Obwohl der aus drei Schichten bestehende Film nun gegenüber Veränderungen in der relativen Luftfeuchtigkeit in diesen Zustand empfindlich war,

ao wurde seine Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit noch weiter durch Hydrolysieren der äußeren Schichten gesteigert. Der Film wurde dadurch hydrolysiert, daß der Streifen in eine wäßrige Lösung mit 40°/o Ätznatron eine Minute lang bei 110° C eingetaucht

as wurde. Nachdem der Streifen aus dieser Lösung entfernt worden war, wurde der Streifen in Leitungswasser mehrere Stunden lang abgewaschen und anschließend getrocknet.
Infolge der querverketteten Struktur der Kerns und/oder der äußeren Schichten 3 ist das Element widerstandsfähiger gegen eine Einwirkung von Chemikalien als herkömmliche Elemente und kann mit Lösungsmitteln oder reinigenden Lösungen gewaschen oder gereinigt werden, ohne daß die Arbeits-

" ^r . ,_. ■· · „ 35 weise des Elements beeinträchtigt wird. Hinzu

Hier handelt es sich um ein Element mit einem _{kommt daß die querverkettete Struktur eine} verstärkte Stabilität des Elements bei erhöhten Tem

Kern und in den äußeren Schichten die gleiche feuchtigkeitsempfindliche Substanz verwendet worden ist.

A. Zusammensetzung der Lösung für den elektrisch leitenden Kern.
5.20 g Azetatbutyratzellulose

(37°/o kombiniertes Butyryl) 5.60g Ureaformaldehydmonomer 2,30 g elektrisch leitender Kohlenstoff 0,15g p· Foluolsulfonsäure
1,60 g Triäthylamin
1,85 g Äthylalkohol
2,00 g n-Buty'alkohol
48,80 g Dichlor methan
32.50 g Diazetonalkohol

■'. Zusammensetzung de'· Lösung für die äußeren Schichten.
10,00 g Azetatbutyratzellulose

(37'/o kombiniertes Butyryl) 90,00 g Dichlormethan

Beispiel 4

niche querverketteten elektrisch leitenden Kern und zwei äußeren querverketteten Schichten wobei in dem Kern und in den äußeren Schichten die gleiche feuchtigkeitsempfindliche Substanz verwendet worden ist.

A. Zusammensetzung der Lösung für den elektrisch leitenden Kern.

5,20 g Zelluloseazetat (39,4Vo Acetyl) 2,30 g elektrisch leitender Kohlenstoff

37^00 g Äthylmethylketon

55,50 g Dichlormethan

B. Zusammensetzung der Lösung für die äußeren Schichten.

6,20 g Zelluloseazetat (39,4Vo Acetyl)

1 'δθ g Hexamethoxymethylmeiamin

1^60 g 2-Dimethylaminäthanol

0^05 g p-ToIuolsulfonsäure

0,05 g n-Butylalkobol
10,00 g Diazetonalkohol
45,30 g Äthylmethylketon
35,00 g Dichlormethan

Im folgenden wird ein Beispiel für die Art der Herstellung eines Feuchte-Meßelementes nacn der Erfindung unter Benutzung der Zusammensetzung nach Beispiel 2 beschrieben:

Die Lösung für die äußere Schicht wurde auf eine Glasplatte gegossen, und man ließ das Losungsmittel verdunsten. Sodann wurde die Lösung für den elektrisch leitenden Kern über die äußere Schicht auf der Glasplatte gegossen, und die Lösungsmittel konnten verdunsten Der Bereich auf dem elektrisch leitenden

55 peraturen schafft und die Widerstandsfähigkeit des Elements gegenüber plastischen Verformungen oder gegenüber Kriechen stärkt, wenn das Element im Betrieb großen Belastungen ausgesät ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Feuchte-Meßelement das bei Feuchteänderungen seinen elektrischen Widerstand verändert, bestehend aus einer äußeren auf Änderung- Δ der relativen I uf tfeuchtigkeit der Umgebung mit Änderungen ihrer Abmessungen reagierenden Schicht und aus einer inneren (Kern), den Abmessungsänderungen der äußeren Schicht entsprechenc folgenden und mit der äußeren Schicht längs des Grenzflächen verbundenen Schicht, in die ein« Vielzahl miteinander verbundener elektriscl leitender Teilchen eingebettet ist, dadurcl gekennzeichnet, daß der Werkstoff für ein: dieser Schichten (2,3 oder 5,7, 8 oder 9,11,12 aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus (a) eine Glykoside-Ketten enthaltenden nicht querverket teten Verbindung und (b) einem querverkettete; Reaktionsprodukt einer Verbindung mit Glyko sideketten und einer stabilisierenden monomere: oder teüpolymeren Substanz besteht, die mit de Hydroxylgruppen der Glykosideketten eine Quei verkettung eingehen kann, und die andere diese Schichten aus einem Stoff entsprechend (b) gs bildet ist.

2. Element nach Anspruch 1. dadurch gekeni

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zeichnet, daß die Verbindung nach (a) und/oder (b) ein Zelluloseester ist, in dem die veresternde Säure bis zu 20 Kohlenstoffatome enthält.

3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die monomere oder teilpolymere Substanz aus einer Gruppe ausgewählt ist. die Ureaformaldehyd, Phenolformaldehyd, Melaminformaldehyd.TrianzinformaldelydiHexamethoxymethylmelamin, Glyoxal und 2-Hydroxyadipaldehyd umfaßt.

4. Element nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung nach (a") und/oder (b) ein Zellulosederivat ist und eiae dritte Schicht (3) vorhanden ist, die mit der äußeren Oberfläche der ersten Schicht (2) an deren der zweiten Schicht (3) entgegengesetzten Seite verbunden ist, und daß die dritte Schicht (3) durch Hydrolyse des Zellulosederivates entstanden ist und im wesentlicher, aus Zellulose besteht.

5. Element nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) aus einer Verbindung entsprechend (b) gebildet ist, mit der Oberfläche des Kerns (2) eine äußere Schicht (3) aus einer Verbindung entsprechend (a) oder (b) verbunden ist und die miteinander verbundenen sowie elektrisch leitenden und innerhalb eines beträchtlichen Teils des Kerns (2) eingebetteten Teilchen (4) in einer derartigen Anordnung innerhalb des Kern werkstoffs verteilt sind, daß ein für eine Messung von Änderungen des elektrischen Widerstandes ausreichender Kontakt zwischen den Teilchen besteht.

6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der äußeren

Schicht (3) hydrolysiert ist und im wesentlichen aus Zellulose besteht.

7. Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht den Kern (2) und die erste Schicht eine äußere mit dem Kern (2) verbundene Schicht (3) umfaßt und die äußere Schicht (3) eine Dicke vcn weniger als 3 mm sowie von 10 bis 400 Vo der Dicke des Kerns (2) aufweist.

S. Verfahren zur Herstellung eines Feuchte-Meßelementes nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Einbetten einer Vielzahl von elektrisch leitenden Teilchen in elektrisch leitender Anordnung innerhalb eines beträchtlichen Teils der Lance einer Reaktionsmischung aus einer Verbindung mit Glykosideketten und einer stabilisierenden monomeren oder teilpolymeren Substanz, die mit den Hydroxylgruppen der Glykosideketten eine Querverkettung eingehen kann,
Bilden einer Schicht aus einem Stoff, der eine verhältnismäßig hohe Feuchtigkeitsempfindlichkeit sowie die Fähigkeit aufweist, auf Änderungen in der relativen Luftfeuchtigkeit im Bereich eines beträchtlichen Teils der Oberfläche der Reaktionsmischung mit Änderungen in den Abmessungen zu reagieren, und

Herbeiführen einer Reaktion zwischen der Verbindung der monomeren oder teilpolymeren Substanz zur Erzielung eines querverketteten Stoffes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen