DE2164933A1 - Kapillarer werkstoff zum fluessigkeitstransport und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

• Kopillarer Werkstoff zum Flüssigkeitstransport und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen kapillaren Werkstoff, d. h. einen Werkstoff, der mit durchgehenden Hohlräumen durchsetzt ist, die eine solche Länge und Dimension aufweisen, daß durch diese Hohlraume eine kapillare Wirkung zum Transport einer Flüssigkeit stattfindet. Die Erfindung gibt ferner ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkstoffes an.
• Es ist bekannt, daß Kapillarerscheinungen an der Grenze zwischen festen und flüssigen oder zwischen zwei flüssigen Körpern auftreten. Diese Erscheinungen bewirken, daß beispielsweise Wasser in einer engen, in die Wasseroberfläche eingetauchten Glasröhre (Kapillare) Uber den äußeren Wasserspiegel steigt. Dieser Vorgang wird als K@pillaraszension bezeichnet. Es gibt andere Flussigkeiten, wie Quecksilber, die in einer solchen Kapillare herabgedruckt werden. Diese Erscheinung wird Kapillardepression genannt.
• Die Voraussetzung für eine Kapillaraszenzion, wie sie bei verschiedenen organischen Stoffen, wie Leinen, Baumwolle oder auch bei Glas und Asbestfasern, vorkommt, ist jedoch die möglichst vollständige Benetzung durch die jeweilige Flüssigkeit. Für Wasser besteht dann zu einem Festkörper eine Affinität, wenn dieser einen möglichst polaren Charakter hat und die Oberflache nicht durch hydrophobe Stoffe verschmutzt ist.
• Die Anwendung der Kapillaraszension erfolgt häufig in Einrichtungen fUr einen kapillaren Flussigkeitstransport. Diese Einrichtungen werden beispielsweise in vielen Textilprodukten, z. B. Bekleidung, in Dränagen, bei Saugpapieren, medizinischem Verbandsstoff, in Zentralheizungsverdampfern, bei Dosiergeraten od. dgl. mehr, angewendet.
• Nach dem Bekanntwerden der künstlichen makromolekularen Kunststoffe bestand das Bedürfnis, wegen der guten chemischen und physikalischen Eigenschaften diese Stoffe im Hinblick auf die oben angegebenen Anwendungszwecke auch diese zur Herstellung von kapillaren Werkstoffen zu verwenden. Infolge ihres unpolaren oder auch nur sehr schwach polaren Charakters, woraus sich eine geringe Benetzbarkeit, beispielsweise durch Wasser, ergibt, war eine ausreichende Kapillaraszension bei diesen Stoffen nicht zu erwarten. Zu dieser dem Stand der Technik entsprechenden Auffassung kam man u. a. durch die Ergebnisse von Randwinkelmessungen an Kunststoffplatten.
• Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, einen kapillaren Werkstoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, bei welchem die oben angeführten makromolekularen Kunststoffe eingesetzt werden können. Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ein kapillare Werkstoff zur kapillaraszensiven Flüssigkeitstransport vorgeschlagen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß makromolekulare Kunststoffe mit unpolarem Charakter, wie beispielsweise Polyäthylen mit O Debye, oder nur sehr schwach polarem Charakter, wie beispielsweise Polyacrylnitril mit 3,4 Debye, in modifizierter Fori als Feststoffe zur Bildung der kapillaren Wände verwendet werden.
• Es hat sich gezeigt, daß durch eine bestimmte Modifizierung der vorgenannten Kunststoffe eine ausreichende Kapillaraszension zu erreichen ist, wodurch diese Stoffe dann für den angegebenen Zweck verwendet werden können.
• Hierbei kann der Festkörper als Kunststoff-Monofil oder -Stapelfaser oder fibrillierte Folie mit einem quadratischen, rechteckigen, runden oder formlosen Querschnitt von > 3 my ausgebildet werden. Diese Festkörper werden eng und parallel zusammengepackt und, beispielsweise durch Zwirnen, Drillen, Umwickeln, Zusammenpressen, z.B. zwischen Platten oder in Röhren, partielles Verschweißen, Sintern, Weben oder Wirken, herstellen von non wove@ fobric@s oder ähnliche Maßnahmen, in der endgultigen Form hergestellt. Das Hochsteigen der Flüssigkeit infolge kapillarer Kräfte geschieht dann in den zwischen den Festkörperfäden gebildeten kanal- oder spaltenförmigen Zwischenräumen vom Querschnitt 2 - 1000 my. Bei einem Kapillarquerschnitt von 2 my ist die kapillare Soughöhe am größten, wdhrend sie bei einem Querschnitt von @ 1000 my gegen Null geht.
• Es bietet sich somit die Möglichkeit, durch Festlegen des Kapillarquerschnitts die Kapillaraszension nach Belieben zu variieren, wodurch diese Werkstoffe gemaß der Erfindung dann fUr die oben angegebenen Zwecke verwendet werden können.
• Gemäß der Erfindung können auch Garne und daraus hergestellte Textilprodukte aus Kunststoffen durch die oben angeführte Modifizierung bezüglich ihrer Fähigkeit zur Kapillaraszension nach Belieben Garnen und Webprodukten aus Naturfasern ähnlich gemacht werden. Damit ist es möglich, Textilprodukte aus Kunststoffen von dem schwerwiegenden Nachteil zu befreien, keine Feuchtigkeitssaugfähigkeit zu besitzen. Bei den mit dem Werkstoff gemaß der Erfindung hergestellten Textilprodukten aus Kunststoff, wie z.B. Bekleidung, Wäsche, Hemden od. dgl., findet dann ein kapillarer Flussigkeitstransport sowohl in Langsrichtung des 6arnes als auch quer dazu statt.
• Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstoffes besteht beispielsweise darin, daß/bei der Anwendung in Dränagen infolge des verwendeten Kunststoffes kein mikrobiologischer Angriff stattfindet.
• Aber auch bei industrieller Anwendung tritt die gute Beständigkeit des Kunststoffes gegen Säuren und Basen beim kapillaren Flüssigkeitstransport in Erscheinung.
• Es ist ferner möglich, den Festkörper in Form von Kunststoff-Folien oder -Platten zu verwenden. Diese werden geschichtet mit eine. definierten Abstand aneinandergepackt, der zwischen 2 - 1000 my variieren kann. Als Abstandhalter zwischen den Folien oder Platten dienen Zusätze zum Ausgangsrohstoff, die sich in einer oder mehreren Eigenschaften von dem verwendeten Werkstoff unterscheiden. Diese Zusätze, z. B. Kunststoffe, die sich im Molekulargewicht vom Werkstoff unterscheiden, Kieselsäure oder Natriumchlorid, bewirken eine körnige oder rauhe Oberflache. Ebenfalls kann als Abstandhalter eine rauhe Oberfläche der Folien und Platten dienen, die z.B. durch Rezeptierung, entsprechendes Temperaturprogramm beim Plastifizieren, die Abkühlungsgeschwindigkeit, die Abzugsgeschwindigkeit oder durch nachtragliche Veredelung der Oberfläche erzielt werden kann.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die genannten Kunststoffe während oder vor der Bildung der Kapillaren eine stoffliche Veränderung, beispielsweise durch Beimischung von polaren Stoffen, wie Metall- oder Glasspuren, oder durch spezielle Pigmente erfahren. Auch ist es möglich, durch eine chemischphysikalische $Änderung $der Oberfläche der Kunststoffestkörper in Richtung auf die Bildung einer polaren Struktur dem kapillarven Werkstoff die gewünschten Eigenschaften zu verleihen. So konn beispielsweise durch elektrisches Aufladen oder elektrisches Vorbehandeln im Hochspannungsfold die Erscheinung einer Kapillaraszension erreicht werden0 Der Festkörper kann also entder einer Funkenentladung oder einer stillen Entladung ausgesetzt werden, wodurch sich Änderungen seines polaren Charakters im Hinblick auf eine Erreichung oder Verbesserung der Kapil laraszension ergeben. D es kann auch durch eine Beflammung des Werkstoffes erreicht werden.
• Nach einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner möglich, aus makromolekularen Kunststoffen einen Werkstoff in Form offenzelliger Schäume herzustellen, bei denen die einzelnen Gas- oder Luftbläschen untereinander verbunden sind und jeweils eine Vielzahl von Kapillarröhrchen mit Fähigkeit zur Kapillaraszension bilden. Im allgemeinen können auch beliebige andere durchgehende Hohlräume im Kunststoffestkörper erzeugt werden, um auf diese Weite den kapillaren Werkstoff gemäß der Erfindung herzustellen. So ist es auch denkbar, Hohlfäden mit beliebigem äußeren Durchmesser und einem inneren Durchmesser von 2 - 1000 my in geeigneter Weise parallel oder nicht parallel zusammenzupacken und auf diese Weise den kapillaren Werkstoff gemäß der Erfindung herzustellen.
• Anhand der Zeichnung soll am Beispiel einer bevorzugten AusfUhrungsform die Herstellung des kapillaren Werkstoffes gemäß der Erfindung näher erläutert werden.
• In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen Feststoffstrang aus einzelnen Fäden gemäß der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt den Feststoffstrang im Querschnitt gemäß der Erfindung.
• Fig. 3 zeigt einen kapillaren Werkstoff aus Schaumstoffmaterial gemäß der Erfindung.
• Fig. 4 zeigt einen kapillaren Feststoffkörper, der aus ein zelnen Kunststoff-Folien oder -Plattn besteht.
• Wie sich aus den Figuren 1 und 2 ergibt besteht der Feststoffstrang aus einzelnen Kunststoffäden 1. Die Fäden l sind so zusammengefügt, daß zwischen ihnen durchgohende Hohlräume 2 entstehen, welche als sogenannte Quasi-Kapillaren dienen und in denen die Flüssigkeit hochsteigt. Der so hergestellte kapillere Werkstoff kann dann zum kapillaren Flüssigkeitstransport, bei@ spielsweise bei Dränagen, bei Saugeinsätzen für Verdunster, bei Dosiergeräten usw., verwendet werden.
• Die einzelnen Fäden können als Kunststoffmonofile oder als Kunststoffstapelfasern mit sehr geringem Durchmesser ausgebildet en, Sie werden anschließend durch Zwirnen, Drillen, Kleben, Umwickeln, Zusammenpressen, z.B. zwischen Platten oder in Röhren, partielles Verschweißen, Sintern, Weben oder Wirken, herstellen von non woven fabric@s oder ähnliche Maßnahmen, derart dicht zusammengepreßt, daß zwischen ihnen Röhrchen oder kanalförmige Hohlräume in Längsrichtung der Kunststoff-Monofilen oder Kunststoff -Stapelfasern oder quer dazu entstehen. Die Kunststoff-Monofile oder Kunststoff-Stapelfasern können dabei einen runden, einen eckigen oder einen formlosen Querschnitt aufweisen und einen Durchmesser von @ 3 my besitzenund Hohlräume von rundem, eckigem oder formlosem Querschnitt mit einem kleinsten Durchmesser von 2 bis 1000 my bilden.
• Der Festkörper kann auch in Form von Mohlfäden mit beliebigem äußeren Durchmesser und einem inneren Durchmesser von 2 bis 1000 my gebildet werden, wobei die Hohlfäden durch die zuvor beschriebeinen Maßnahmen parallel oder nicht parallel so dicht zusammengepackt werden, daß in den Hohlfäden und /oder zwischen ihnen ein Flüssigkeitstransport infolge Kapillaraszension stattfindet.
• Wie sich aus Fig. 3 ergibt, besteht der dort gezeigte kapillare Werkstoff aus einem Schaumstoffmaterial, welches so hergestellt oder bearbeitet wurde, daß die einzelnen Hohlräume 3 durch Verbindungskondlo 4 miteinander verbunden sind. Dadurch bilden die Hohlräume mit ihren Verbindungskanälen zusammen die Kapillare, und der Werkstoff kann in gleicher Weise wie vorbeschrieben eingesetzt werden. Um die Kapillaraszension zu verstärken, könnon auch der zu transportierenden Flüssigkeit oberflächensponnungsherabsetzende Stoffe, z.B. Tenside, beigemischt werden, oder die Oberflächenspannung kann durch eine Temporaturerhöhung herabgesetzt werden.
• Die Herstellung des in Fig. 3 gezeigten Werkstoffes kann dadurch geschehen, daß zunächst ein Schaumstoff aus dem mokromolekularen Kunststoff gebildet wird, der gleichzeitig oder anschließend einer mochanischen oder @onetigen physikalischen Behandlung in der Weise unterworfen wird, daß die Schaumstoffbläschen 3 siut @@@ @@dung von kapillaren Hohlr@umen 4 untereinander durch den geschten Werkstoff hindurch verbinden.
• Hierzu kann der Schaumstoff ohne @@ß@re Krofteinwirkung nur oder zum überwiegender Teil Zellen aufweisen, deren größter Durchmesser etwa 2 bis 1000 my betzö@@ Es ist aber auch möglich, den Schaumstoff zunächst mit größeren Zellen herzustellen, @@ anschließend durch äußere Krafteinwirkung zu linsenförmigen Gebilden verformt werden, den kleinerer Durchmesser 2 bis 1000 my beträgt.
• Es ist ferner möglich, eine kopillaren Werkstoff durch die Kombination der beiden oben genannten Maßnahmen, d. h. durch Erzeugung von Fasern und Schaumstoff, herzustellen.
• Fig. 4 zeigt einen kapillaren Feststoffkörper, der aus einzelnen Kunststoff-Folien oder -Platten 5 besteht. Diese bilden spaltenförmige kapillare Hohlräume 7, was durch eine geeignete rauhe Oberfläche bzw. durch Abstandhalter 6 erzielt wird.
• Die Herstellung des kapillaren Werkstoffes aus Kunststoff-Folien oder Kunststoff-Platten erfolgt in der Weise, daß zunächst Folien der Platten 5 beliebiger Dicke hergestellt werden, die in geeigneter Weise so geschichtet aneinandergepreßt werden, daß durch eine spezielle Gestaltung der Oberflächen rauhigkeit zwischen den Folien oder Platten Hohlräume mit kleinstem Durchmesser von 2 bis 1000 my gebildet werden.
• Die Oberflächenrauhigkeit k@@@@@@@erseits durch geeignete Zusätze zum Ausgangsrohstoff oder nachträgliches Aufbringen geeigneter Abstandshalter erzielt werden.
• Der makromolekulare Kunststoff mit unpolaren oder nur sehr schwach polarem Charakter kann vor oder während der Bildung der Kapillaren durch Beimischung von polaren Stoffen, wie Metall- oder Glasspuren, spezielle Pigmente od. dgl., stofflich verändert werden.
• Der makromolekulare Kunststoff mit umpolarem oder nur sehr schwach polarem Charakter kann auch chemisch-physikalisch an der Oberfläche in der Weise behandelt werden, daß sich eine quasi-polare Struktur desselber ergibt Dies kann beispielsweise durch Anwendung einer stillen Entladung oder Funkenentla@ung in einem Hochspannungsfeld, durch ein Beflammen, durch Zusätze von einer speziellen Aviwvage oder Schmelzmittel oder Oxydantien und dergleichen Maßnahmen erreicht werden.
• Der erfindungsgemäße kapillare Werkstoff läßt sich zum Flüssigkeitstransport wässriger oder nicht wässriger Flüssigkeiten beispielsweise in vielen Textilprodukten, z. B. Bekleidung, in Drainagen, für Saugeinsätze in Verdunstern und Zentralheizungsverdampfern, als medizinischer Verbandsstoff, in Dosiergeräten, bei Saugpapieren od. dgl. mehr, mit großem Vorteil einsetzen.

Claims (10)

P a t ent a n s p r U c h e

1. Kapillarer Werkstoff zum Transport wässriger oder nicht wässriger Flüssigkeiten durch Kapillaraszension, beispielsweise für Textilprodukte, z. B. Kleidung, in Dränagen, Saugeinsätzen fur Verdunster, medizinischem Verbandsstoff, Dosiergeräten od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß makromolekulare Kunststoffe mit unpolarem Charakter, beispielsweise Polyäthylen mit 0 Debye,oder nur sehr schwach polares Charakter, wie beispielsweise Psleacrylnitril mit 3,4 Debye, in modifizierter Form als Feststoffe zur Bildung der kapillarven Wände verwendet werden.

2. Verfahren zur Herstellung eines k@apillaren Werkstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffkörper zunächst als Kunststoff-Monofile, Kunststoff-Stapelfasern oder fibrillierte Folien mit sehr geringem Durchmesser ausgebildet wird, wobei die Kunststoff-Monofile oder Kunststoff-Stapelfasern oder fibrillierte Folien anschließend durch Zwirnen, Drillen, Kleben, Umwickeln, Zusammenpressen, z. B. zwischen Platten oder in Röhren, partielles Verschweißen, Sintern, Weben oder Wirken, Herstellen von non wovel fabric@es oder ähnliche Maßnahmen, derart dicht zusammengepreßt werden, daß zwischen ihnen röhrchen-, kanal- oder spaltenförmige Hohlräume in Längsrichtung der Kunststoff-Monofilen oder Kunststoff-Stapelfasern oder fibrillierten Folien oder dazu mit der Fähigkeit zum kapillaraszensiven Flüssigkeitstransport entstehen.

3. Verfahren nach @@ @@@@@ 2. d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kunststoff-Monofile oder Kunststoff-Stapelfcsern oder fibrillierte Folien einen runden, einen eckigen oder einen formlosen Querschnitt aufweisen und einen Durchmesser von > 3 ny besitzen und Hohlröume v@@@@@@@@dem, eckigem oder formlosem Querschnitt mit einem k@@@instas Durchmesser von 2 bis 1000 my gebildet werden.

4. Verfahren zur Harstellung eines kapillaren Werkstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper zunächst in Form von Hohlfäden mit beliebigem äußeren Durchmesser und einem inneren Durchmesser von 2 bis 1000 my ausgebildet werden, wobei die Hohlfäden anschließend durch geeignete, wie im Anspruch 2 beschriebene Maßnahmen parallel oder nicht parallel so zusammengepackt werden, daß in den Hohlfäden und/oder auch zwischen ihnen ein Flüssigkeitstransport infolge Kapillaraszension stattfindet.

5. Verfahren zur Herstellung eines kapillaren Werkstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper zunächst in Form von Folien oder Platten beliebiger Dicke ausgebildet wird, die in geeigneter Weise so geschichtet aneinandergepreßt werden, daß durch eine spezielle Gestaltung der Oberflächenrauhigkeit, die ihrerseits durch geeignete Zusätze zum Ausgangsrohstoff oder nachträgliches Aufbringen geeigneter Abstandhalter erzielt wird, zwischen den Folien oder Platten Hohlräume mit kleinstem Durchmesser von 2 bis 1000 my mit Fähigkeit zu kapillaraszensiven Flüssigkeitstransport $gebildet werden.

6. Verfahren zur Herstellung eines kapillaren Werkstoffes gemäß Anspruch 1 oder einem oder mehreren der folgenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß ein makromolekularer Kunststoff mit unpolarem oder nur sehr schwach polarem Charakter vor oder während der Bildung der Kapillaren durch Beimischung von polaren Stoffen, wie Metall- oder Glasspuren, spezielle Pigmente od. dgl. , stofflich verändert wird und daß aus diesem stofflich veränderten Kunststoff ein mit kapillaren Hohlräumen durchsetzter Werkstoff hergestellt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines kapillaren Werkstoffes nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein makromolekularer Kunststoff mit unpolarem oder nur sehr schwach polarem Charakter chemisch-physikalisch an der Oberfläche in der Weise behandelt wird, daß sich eine quasipolare Struktur derselben ergibt, was beispielsweise durch die Anwendung einer stillen Entladung oder Funkenentladung in einem Hochspannungsfeld, durch ein Beflammen, durch Zusätze von einer speziellen Avivage oder Schmelzmittel oder von Oxydantien und dgl. Maßnahmen erreicht werden kann.

8. Verfahren zur Herstellung eines kapillaren Werkstoffes nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch an sich bekannte Maßnahmen zunächst ein Schaumstoff mit dem makromolekularen Kunststoff gebildet wird, der gleichzeitig oder anschließend einer mechanischen oder sonstigen physikalischen Behandlung in der Weise unterworfen wird, daß die Schaumstoffbläschen sich zur Bildung von kapillaren Hohlräumen untereinander durch den gesamten Werkstoff hindurch verbinden, wobei der Schaumstoff ohne äußere Krafteinwirkung nur oder zum Uberwiegenden Teil Zellen aufweist, deren größter Durchmesser 2 bis 1000 my beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaumstoff mit größeren Zellen hergestellt wird, die anschließend durch äußere Krafteinwirkung zu linsenförmigen Gebilden verformt werden, deren kleinerer Durchmesser 2 bis 1000 my beträgt.

10. Verfahren zur Herstellung eines kapillaren Werkstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus einer Kombination der in Anspruch 2, 6, 8 oder 9 genannten Verfahren hergestellt wird.