DE4340277C2 - Verwendung eines keramischen Körpers zur Aufnahme von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines keramischen Körpers zur Aufnahme von Flüssigkeiten.

Es gibt zahlreiche Anwendungsbereiche, bei denen die Ver­ dunstung von Flüssigkeiten aus unterschiedlichsten Gründen angestrebt wird. Hierzu gehören beispielsweise sogenannte Raumverdunster, mit deren Hilfe die Luftfeuchtigkeit in geschlossenen Räumen verbessert werden soll. Sie bestehen zum Beispiel aus Kunststoff- oder Keramik-Gefäßen, die mit Wasser gefüllt und an einem Heizkörper befestigt werden. Über die Verdunstung der Flüssigkeit wird die Luftfeuchtig­ keit des Raumes erhöht. Zu dem gleichen Zweck sind auch elektrische Raumverdunster bekannt. Während die Erst­ genannten insbesondere hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Verdunstung des Wassers Nachteile aufweisen, sind elek­ trische Raumverdunster relativ kompliziert in der Handhabung und teuer.

Eine weitere Vorrichtung zur Luftbefeuchtung ist in der DE 39 08 407 C1 beschrieben, die die Verwendung einer Schüttung aus Blähtongranulat vorschlägt, welche zwischen zwei luftdurchlässigen Wänden fixiert ist. Das Granulat wird hierbei mit Wasser berieselt oder von feuchter Luft durchströmt.

Aus der DE 79 32 785 U1 ist eine ähnliche Vorrichtung zum Feuchthalten von Gebrauchs- und Verbrauchsgegenständen, insbesondere Zigarren, bekannt, bei der ein Behälter, in dessen oberer Wand Lüftungsöffnungen angeordnet sind mit einem wasserspeichernden, porösen Material befüllt ist. Das feuchtzuhaltene Gut wird oben auf der Vorrichtung über den Lüftungsöffnungen gelagert. Die Wirkungsdauer solcher Schüttungen ist jedoch begrenzt und hängt von deren Dichte ab. Desweiteren ist die Verdunstung relativ starken Schwankungen unterworfen.

Zum Beispiel für Kraftfahrzeuge sind Formkörper aus porösen Materialien bekannt, die mit Duftstoffen getränkt sind und über die natürliche Verdunstung die Duftstoffe an den Fahr­ zeug-Innenraum abgeben. Diese bekannten Formkörper sind in der Regel Kunststoffteile. Ihre Wirksamkeit ist zeitlich stark beschränkt.

Im Bereich medizinischer Anwendungen, zum Beispiel zu Inhalationszwecken, sind Kunststoffgefäße bekannt, die bei­ spielsweise mit Wasser gefüllt werden und in die dann einige Tropfen ätherischer Öle oder anderer Wirkstoffe, zum Bei­ spiel Kamille, gegeben wird. Das Gefäß wird nach dem Be­ füllen mit einem Oberteil abgedeckt, welches eine Auslaß­ öffnung aufweist, gegen die der Benutzer Mund und/oder Nase anlegt, um die medizinischen, zum Teil auch kosmetischen Wirkstoffe inhalieren zu können. Dabei wird die Flüssigkeit (meist Wasser) häufig erwärmt, um den Verdunstungsprozeß zu beschleunigen. Diese Geräte weisen den Nachteil auf, daß sie für jeden Benutzungsfall individuell vorbereitet werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglichkeit aufzuzeigen, Flüssigkeiten so zu konfektionieren, daß sie eine möglichst gleichmäßige und lang anhaltende Ver­ dunstungswirkung entfalten. Dabei subsumiert die Erfindung unter dem Begriff Flüssigkeiten auch niedrig viskose Stoffe wie Öle oder dergleichen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dieses Ziel durch Verwendung eines gebrannten, einer offenen Mikro­ porosität aufweisenden keramischen Formkörpers gelöst werden kann, bei dem mindestens 50 Vol.-% der offenen Poren einen mittleren Porendurchmesser kleiner 1 µm aufweisen. Ein solcher gebrannter keramischer Formkörper ist auf­ grund seiner vorzugsweise hohen offenen Mikroporosität in der Lage, große Mengen an Flüssigkeit aufzunehmen. Dies kann beispielsweise durch Tränkung des Formkörpers in der Flüssigkeit erfolgen, wobei dieser Vorgang unter Druck oder Vakuum beschleunigt werden kann. Die offene Mikroporosität sorgt aufgrund ihrer Kapillarwirkung gleichzeitig für eine lang anhaltende, gleichmäßige Abgabe der Flüssigkeit durch Verdunstung.

Die Erfindung nutzt also das Phänomen der Flüchtigkeit von Flüssigkeiten. Unter Flüchtigkeit versteht man allgemein das Verdunstungsverhalten beziehungsweise die Verdunstungsge­ schwindigkeit von Stoffen, speziell von Flüssigkeiten.

Die erfindungsgemäße Verwendung richtet sich in erster Linie auf Formkörper zur Aufnahme von Flüssigkeiten, die Duft­ stoffe, beispielsweise ätherische Öle oder Riechstoffe beziehungsweise medizinisch wirksame Substanzen in flüssiger Form enthalten, ist insoweit aber nicht beschränkt. Die er­ findungsgemäße Verwendung erstreckt sich demzufolge gleichermaßen zum Beispiel auch auf die Verwendung der ge­ nannten Formkörper zur Erhöhung der Luftfeuchtigkeit in Räumen, wobei in diesem Fall auch reines Wasser als Flüssig­ keit eingesetzt werden kann.

Die genannten keramischen Formkörper lassen sich mit einer sehr hohen offenen Gesamtporosität herstellen, die bis zu 90 Vol.-% betragen kann und nach einer Ausführungsform zwischen 20 und 80 Vol.-% betragen sollte, wenngleich auch Werte zwischen 20 bis 50 Vol.-% für die meisten Anwendungsfälle ausreichend sein dürften.

Die Effektivität im Verdunstungsverhalten der mit den Flüssigkeiten getränkten Formkörper läßt sich durch eine entsprechende Einstellung der Mikroporosität optimieren.

In Vorversuchen wurde festgestellt, daß je nach Auswahl der verwendeten Rohstoffe für den Formkörper, je nach Aufbe­ reitungsverfahren und Brenntemperatur der mittlere Poren­ durchmesser auf Werte unter 0,5 µm, zum Teil unter 0,3 µm verringert werden kann.

Dabei besteht der Formkörper beispielsweise aus einem Matrixmaterial folgender Zusammensetzung in Gew.-%:

Ton: 55-75%
Feldspat: 18-25%
Kaolin: 7-20%.

Als besonders vorteilhaft im Sinne einer Porositätserhöhung hat sich die Zugabe von Zirkoniumdioxid zum Matrixmaterial erwiesen. Der Anteil an Zirkaniumdioxid beträgt dabei nach einer Ausführungsform bis zu 5,0 Gew.-%.

Aber auch steigende Anteile an SiO₂ fördern die Ausbildung einer Mikroporosität beim Brand im erfindungsgemäßen Sinne. Soweit nicht schon die Ton- beziehungsweise Kaolin-Kompo­ nenten des Matrixmaterials entsprechend ausreichende SiO₂- Mengen enthalten, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, der Rohstoffmischung für den Formkörper jeweils bis zu 15 Gew.-% Quarz, Quarzmehl und/oder Glasmehl zuzugeben, bei entsprechend prozentualer Verringerung der Massenanteile der übrigen Komponenten.

Die Formkörper können in üblichen keramischen Aufbereitungs­ techniken, also zum Beispiel durch Gießen oder Pressen her­ gestellt werden. Beim Pressen ist darauf zu achten, daß die Preßdrücke nicht zu hoch sind, da dies die Dichtigkeit des Körpers erhöhen und parallel dazu die Porosität verringern würde. Drücke zwischen 10 und 30 kp/cm² sollten deshalb nicht überschritten werden.

Zur Ausbildung der gewünschten hohen offenen Mikroporosität sieht die Erfindung die Verwendung von Formkörpern vor, die vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 860 und 930°C gebrannt wurden. Innerhalb dieses Temperaturintervalls kommt es einerseits unter Verwendung der genannten Rohstoffe zu einer ausreichenden Sinterung, um dem Formkörper eine aus­ reichende mechanische Stabilität zu verleihen; andererseits wirkt sich der Sintergrad innerhalb dieses Temperaturinter­ valls noch nicht negativ auf die Ausbildung und den Erhalt der gewünschten offenen Mikroporosität aus.

Die Formkörper können - wie eingangs ausgeführt - in unter­ schiedlichsten Bereichen Anwendung finden, zum Beispiel folgenden:

• - zur Raumbelüftung
• - zur Abgabe von Duft- und/oder Riechstoffen
• - zur Abgabe von medizinisch und/oder kosmetisch wirksamen Ingredenzien.

In jedem Fall wird eine gleichmäßige und lang anhaltende Verdunstung der Flüssigkeit über das offene Porenvolumen sichergestellt.

Auch die Formgebung des Formkörpers kann auf unterschied­ lichste Art und Weise erfolgen. Die nachfolgende Aufzählung erfolgt dabei lediglich beispielhaft: Blockform, Kugelform, Plattenform, Prismenform, Stabform. Ebenso ist es ohne weiteres möglich, auch andere, abstrakte oder natürliche Formen zu wählen. So kann der Formkörper zum Beispiel zur Abgabe von Pflanzendüften ohne weiteres die Form einer Blume aufweisen. Für medizinische Anwendungszwecke läßt sich der Formkörper an den jeweiligen Anwendungszweck formgeberisch anpassen, also zum Beispiel an eine Gesichtsform.

Ebenso ist es aber auch möglich, den Formkörper zur Raum­ gestaltung (architektonischen Gestaltung) zu modellieren. In diesem Zusammenhang kann der Formkörper zum Beispiel als Wandobjekt gestaltet werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk­ malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs­ unterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungs­ beispiele näher erläutert:
Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 jeweils in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Formkörper in Form einer Ronde beziehungsweise Kugel.

Die Fig. 3 und 4 sind Aufnahmen einer Bruchfläche eines erfindungsgemäßen Körpers, die mit einem Rasterelektronen­ mikroskop gemacht wurden.

Der Formkörper nach Fig. 1 besteht aus einem keramischen Werkstoff folgender Zusammensetzung in Gew.-%.:

Westerwälder Gießton:|64%
Kali-Feldspat	20%
Glasmehl	7,5%
Kaolin	7,0%
Zirkoniumdioxid	1,5%.

Dieses Rohstoffgemisch wurde mit 30 Gew.-% Wasser zu einem Gießschlicker aufbereitet und zu der in Fig. 1 dargestellten Ronde geformt. Nach Trocknung wurde das Material bei 905°C +/- 15°C gebrannt.

Die Ronde wird danach in einem Flüssigkeitsbad, welchem ätherische Öle zugegeben wurden, unter Anwendung von Vakuum getränkt, wobei die Flüssigkeit über die offene Mikroporosi­ tät (hier: circa 50 Vol.-% mit einem mittleren Porendurch­ messer kleiner 0,3 µm) in den Formkörper eindringt. Wird auf die Ronde auf einer Seite (hier nicht dargestellt) zum Bei­ spiel ein Magnet aufgeklebt, so kann die Ronde beispiels­ weise in einem Auto einfach an einem metallischen Teil ange­ heftet werden und gibt dann über Wochen, zum Teil Monate hinweg durch Verdunstung die flüchtigen Bestandteile des ätherischen Öls an die Raumluft ab und verbessert so das Luftklima.

Die in Fig. 2 dargestellte Kugel ist hinsichtlich ihrer Rohstoffe und ihrer Aufbereitung (mit Ausnahme der Form­ gebung) mit der Ronde nach Fig. 1 identisch.

Die Kugel nach Fig. 2 findet beispielsweise Anwendung als sogenannte "Saunakugel" und soll dort entsprechend das Raum­ klima verbessern.

Die rasterelektronischen Aufnahmen der Fig. 3 und 4 zeigen Bruchflächen der Formkörper nach den Fig. 1 und 2.

Deutlich sind wenige größere Poren zu erkennen, die von einer Vielzahl kleinerer Poren umgeben sind. Während die größeren Poren eine schnelle Tränkung des Formkörpers mit der Flüssigkeit fördern, dienen die kleineren offenen Poren­ kanäle aufgrund ihrer Kapillarwirkung und der großen spe­ zifischen Oberfläche dazu, die Duftstoffe oder pharmakolo­ gischen Wirkstoffe einerseits festzuhalten und zeitabhängig an die Umgebung abzugeben.

Wie die Bemaßung an den Figuren erkennen läßt, liegen die mittleren Durchmesser der größeren Poren etwa im Bereich von 10 µm, während die überwiegende Zahl der kleineren Poren (Kapillarporen) Durchmesser von deutlich unter 1 µm auf­ weisen.

Claims (12)

1. Verwendung eines gebrannten, eine offene Mikroporosität aufweisenden keramischen Formkörpers, bei dem mindestens 50 Vol.-% der offenen Poren einen mittleren Porendurchmesser kleiner 1 µm aufweisen, zur Aufnahme von Flüssigkeiten und anschließenden Abgabe der Flüssigkeit durch Verdunstung.

2. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Formkörper eine offene Gesamtporosität zwischen 20 und 80 Vol.-% aufweist.

3. Verwendung nach Anspruch 2 mit der Maßgabe, daß der Formkörper eine offene Gesamtporosität zwischen 20 und 50 Vol.-% aufweist.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß mindestens 50 Vol.-% der offenen Poren einen mittleren Porendurchmesser kleiner 0,5 µm aufweisen.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit der Maßgabe, daß der Formkörper folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweist: Ton 55-75%
Feldspat 18-25%
Kaolin 7-20%.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit der Maßgabe, daß der Formkörper Zirkoniumdioxid in einer Menge von bis zu 5,0 Gew. -% enthält.

7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit der Maßgabe, daß der Formkörper Quarz, Quarzmehl und/oder Glasmehl in Mengenanteilen von jeweils bis zu 15 Gew.-% enthält.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit der Maßgabe, daß der Formkörper bei Temperaturen zwischen 860 und 930°C gebrannt wurde.

9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit der Maßgabe, daß der Formkörper bei Preßdrücken zwischen 10 und 30 kp/cm² hergestellt wurde.

10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit der Maßgabe, daß der Formkörper in Kugelform konfektioniert ist.

11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Auf­ nahme von flüssigen Inhalationsstoffen für medizinische Anwendungen und deren anschließender sukzessiver Abgabe durch Verdunstung.

12. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Auf­ nahme von flüssigen Duftstoffen zur Verbesserung des Luftklimas und anschließenden sukzessiven Abgabe durch Verdunstung.