DE19913601C1 - Vorrichtung und Verfahren zum verlustfreien Transport von Flüssigkeiten - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum verlustfreien Transport von FlüssigkeitenInfo
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Abstract
Vorrichtung zum verlustfreien Transport oder Entleerung von hydrophilen Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf der der Flüssigkeit zugewandten Seite Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei der Abstand zwischen den Erhebungen im Bereich von 0,1 bis 200 mum und die Höhe der Erhebungen im Bereich von 0,1 bis 100 mum liegt und zumindest die Erhebungen hydrophob sind.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
verlustfreien Transport oder Entleeren von hydrophilen Flüssigkeiten.
Beim Transportieren, Lagern und Entleeren von Flüssigkeiten kommt es durch die
Benetzung des Transport- oder Lagerbehältnisses zur Anhaftung der zu
transportierenden Flüssigkeit am Behältnis. Dabei sind nicht nur die Verluste der
Flüssigkeiten von relevant sondern insbesondere die für die Reinigung benötigte Zeit
und die durch den Reinigungsvorgang entstehenden Kosten. Es ist daher sowohl
ökonomisch als auch ökologisch wünschenswert, Flüssigkeiten möglichst verlustfrei
zu transportieren.
Es sind verschiedene technische Lösungen bekannt, um die Benetzung von
Oberflächen zu verringern.
So haben die Hersteller von Polymerfolien oder Polymerplatten versucht, dieses
Problem zu lösen, indem sie möglichst glatte Oberflächen erzeugen und diese
Oberflächen entweder extrem hydrophob oder extrem hydrophil gemacht haben.
Beispiele hierfür sind Oberflächen aus dem extrem hydrophoben Teflon oder die
extrem hydrophilen "No-drop-Beschichtungen", auf denen Wasser tropfenfrei
ablaufen kann.
Die CH-PS-26 82 58 beschreibt wasserabstoßende Oberflächen, die mit Wasser einen
Kontaktwinkel über 120° aufweisen. Sie werden gewonnen durch Aufbringen von
Pulvern wie Kaolin, Talkum, Ton oder Silikagel auf einer Unterlage, wobei das
Pulver zuvor hydrophobiert wird durch organische Siliciumverbindungen. Die
Aufbringung erfolgt zusammen mit härtbaren Harzen oder aus Lösungen mit
organischen Lösungsmitteln.
Die US-P-3,354,022 beschreibt eine wasserabstoßende Oberfläche mit Erhöhungen
und Vertiefungen und einem Luftgehalt von mindestens 60%, bei der sich ein
Oberflächenkontaktwinkel von mehr als 90° einstellt.
Die JP-A-62-191447 beschreibt ein Verfahren, um die Wasserabstoßung einer
Oberfläche zu erhöhen. Dazu wird ein Plasmapolymerfilm aufgetragen, dieser durch
Ätzen angerauht und ein zweiter Plasmapolymerfilm aufgetragen.
Die JP-A-3-174279 (Abstract) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von matten,
dekorativen Oberflächen auf Bögen oder Folien. Sie werden hergestellt durch Lacke,
die mittels ionisierender Strahlen angehärtet und in welche in nicht spezifizierter
Weise nicht näher spezifizierte Muster aufgeprägt werden. Sie werden dann durch
weitere Bestrahlung völlig ausgehärtet.
Die WO-A-96/04123 beschreibt selbstreinigende Oberflächen von Gegenständen, die
eine künstliche Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweisen,
wobei der Abstand zwischen den Erhebungen im Bereich von 5 bis 200 µm und die
Höhe der Erhebungen im Bereich von 5 bis 100 µm liegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu
stellen, mit der sich hydrophile Flüssigkeiten verlustfrei transportieren, lagern und
entleeren lassen. Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum verlustfreien
Transport oder Entleeren von hydrophilen Flüssigkeiten sind dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung auf der der Flüssigkeit zugewandten Seite Erhebungen und
Vertiefungen aufweist, wobei der Abstand zwischen den Erhebungen im Bereich von
0,1 bis 200 µm und die Höhe der Erhebungen im Bereich von 0,1 bis 100 µm liegt
und zumindest die Erhebungen hydrophob sind.
Typischerweise sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen auf der der Flüssigkeit
zugewandten Seite gewölbt, so daß diese gewölbte Fläche ein Innenvolumen abgrenzt.
Vorzugsweise sind die Vorrichtungen konkav gewölbt.
Bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen kann es sich um Rohre oder Rinnen
handeln, durch die die hydrophile Flüssigkeit hindurch transportiert wird, um von
einem Punkt A zu einem Punkt B zu gelangen. Es kann sich auch um einen Löffel
oder um eine Kelle handeln, mit der eine hydrophile Flüssigkeit aus einem Vorrat
entnommen und an einen anderen Ort transportiert werden kann. In diesem Fall ist es
besonders vorteilhaft, wenn alle mit der Flüssigkeit in Kontakt kommenden Seiten der
Vorrichtung die erfindungsgemäßen Erhebungen und Vertiefungen aufweisen.
Auch eine Schale, ein Tank oder ein Kanister in dem Flüssigkeiten aufbewahrt
werden können, sind Gegenstand der Erfindung. Diese können durch Ausgießen
entleert werden, wobei aufgrund der besonderen Oberflächenstruktur keine Reste der
Flüssigkeit an den Vorrichtungen haften bleiben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann auch ein Trichter sein, der während des Umfüllens einer Flüssigkeit verwendet
wird. Alle diese Vorrichtungen haben den Vorteil, daß die Flüssigkeiten nicht haften
bleiben, so daß zum Einen Verluste vermieden werden und zum Anderen
Reinigungsschritte entfallen, so daß die erfindungsgemäßen Vorrichtungen besser für
den wechselnden Transport verschiedenster Flüssigkeiten eingesetzt werden können.
Geeignete hydrophile Flüssigkeiten sind z. B. Wasser, wässrige Lösungen, wässrige
Suspensionen oder Dispersionen. Besonders geeignet sind viskose Flüssigkeiten, die
bei herkömmlichen Vorrichtungen aufgrund der Anhaftung nur mit Schwierigkeiten
transportiert werden können. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können zum
Transport, zur Lagerung, zur Applikation und Dosierung von Flüssigkeiten,
insbesondere von kleinen Flüssigkeitsmengen verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen weisen bevorzugt einen Kontaktwinkel von
über 150° mit der Flüssigkeit auf.
Derartige Vorrichtungen lassen sich herstellen entweder dadurch, daß die
Oberflächenstrukturen bereits bei der Herstellung beispielsweise aus hydrophoben
Polymeren geschaffen werden oder erst nachträglich geschaffen werden, und zwar
entweder durch nachträgliches Prägen oder Ätzen oder durch Aufkleben eines Pulvers
aus den hydrophoben Polymeren. Schließlich ist es möglich, derartige Oberflächen
von Vorrichtungen zu schaffen durch nachträgliches haltbares Hydrophobieren von
zuvor hergestellten Vorrichtungen mit den gewünschten Strukturen. Eine Möglichkeit
zum nachträglichen haltbaren Hydrophobieren ist die nachträgliche Silanisierung von
zuvor hergestellten Oberflächen mit den gewünschen Strukturen. Eine Silanisierung
kann auf allen Materialien erfolgen, die von Natur aus hydrophil sind, aber in der
Lage sind, mit den reaktiven Gruppen der Silane zu reagieren, so daß letztendlich die
Oberfläche aus den hydrophoben Resten der Silane besteht.
Um die gewünschten Oberflächenstrukturen bereits bei der Herstellung aus
hydrophoben Materialien zu schaffen, können die Gegenstände von vornherein in
Formen hergestellt werden, die das Negativ der gewünschten Oberflächenstruktur
aufweisen. Weiterhin ist es möglich, die hydrophoben Polymere in Form von
Lösungen und/oder Dispersionen aufzutragen, die beim Antrocknen und Abbinden zu
den gewünschten Oberflächenstrukturen führen. Derartige Strukturen entstehen bei
spielsweise aus selbstorganisierenden Polymeren oder unter Bedingungen, wie sie von
der Herstellung von Mattlackoberflächen prinzipiell bekannt sind.
Sofern es nicht möglich oder nicht erwünscht ist, die gewünschten
Oberflächenstrukturen von vornherein zu schaffen, kann dies auch nachträglich
geschehen, und zwar beispielsweise durch nachträgliches Prägen oder Ätzen. Das
Prägen kann beispielsweise durch geheizte oder heizbare Prägestempel erfolgen. Das
Ätzen kann erfolgen mit den bekannten Mitteln der chemischen Ätzung oder durch
physikalische Methoden wie der Ionenätzung mit Sauerstoff oder anderen
Bestrahlungen, die zu einer Aufrauhung der Oberfläche und einer damit
erfindungsgemäß brauchbaren Oberflächenstruktur führen.
Weiterhin hat sich gezeigt, daß es auch möglich ist, die gewünschte
Oberflächenstruktur zu erhalten durch Aufkleben eines Pulvers aus den hydrophoben
Polymeren. Pulver von hydrophoben Polymeren mit der gewünschten Korngröße sind
erhältlich. Optimale Ergebnisse werden aber nur erzielt, wenn man Pulver einsetzt mit
relativ enger Korngrößenverteilung.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen lassen sich in vielen Bereichen einsetzen.
Beispielsweise können die Vorrichtungen als Pipettenspitzen zum Dosieren von
kleinen Flüssigkeitsmengen in der Biotechnologie eingesetzt werden so um kleine
Flüssigkeitsmengen verschiedener Zusammensetzung ohne Wechsel der
Pipettenspitze zu pipettieren.
Als ein weiteres Beispiel könnten die erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch zur
Messung von Niederschlagsmengen eingesetzt werden. Aufgrund der besonderen
Oberflächenstruktur der Vorrichtung kommt es nicht zum Anhaften von Flüssigkeiten
aus der Luft, beispielsweise im Falle von Nebel, so daß eine exaktere Messung
entsprechender Niederschlagsmengen möglich ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch zum Transport von hochviskosen
hydrophilen Klebstoffzubereitung oder Vorstufen davon durch Rohre im Rahmen des
Herstellungsprozesses.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum verlustfreien Transport oder Entleerung von hydrophilen
Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf der der Flüssigkeit
zugewandten Seite Erhebungen und Vertiefungen aufweist, wobei der Abstand
zwischen den Erhebungen im Bereich von 0,1 bis 200 µm und die Höhe der
Erhebungen im Bereich von 0,1 bis 100 µm liegt und zumindest die Erhebungen
hydrophob sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Flüssigkeit
zugewandte Seite konkav gewölbt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein
Rohr, eine Rinne, einen Löffel, eine Schale, einen Tank, einen Kanister oder einen
Trichter handelt.
4. Verfahren zum verlustfreien Transport von hydrophilen Flüssigkeiten, wobei die
Flüssigkeit durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 transportiert
wird.
5. Verfahren zum verlustfreien Entleeren von hydrophilen Flüssigkeiten, wobei die
Flüssigkeit aus einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 entleert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit
viskos ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flüssigkeit wäßrig ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flüssigkeit eine Suspension oder Dispersion ist.
9. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Applikation
und Dosierung von Flüssigkeiten.
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