DE4417739C1 - Verwendung von offenporigem Sinterglas zur Speicherung und geregelten Abgabe von verdampfenden Substanzen (Duftspender) - Google Patents

Description

In der Industrie, im Haus- oder Sanitärbereich, in der Land- und Forst­ wirtschaft und im Innenraum von Fahrzeugen werden vielfach sogenannte Duft- oder Wirkstoffspender eingesetzt, die durch Abgabe von Duft- oder Aromastoffen der Verbesserung der Raumluft, durch Abgabe von Insektiziden der Vernichtung von Ungeziefer oder durch Abgabe von Pheromonen der An­ lockung von Insekten dienen.

Allen diesen Duft- oder Wirkstoffspendern ist gemeinsam, daß sie durch Verdunstung oder Sublimation die Duft- oder Wirkstoffe über einen längeren Zeitraum hinweg möglichst gleichmäßig mit gleichbleibender Konzentration und in unveränderter Zusammensetzung abgeben sollen. Der Zeitraum, inner­ halb dessen die Duft- oder Wirkstoffe abgegeben werden sollen, beträgt bei Duftstoffen zur Raumverbesserung im allgemeinen etwa 4-8 Wochen, bei Wirkstoffen wie Insektiziden unter Umständen mehrere Monate.

Bisher eingesetzte Trägermedien weisen erhebliche Nachteile durch zu schnelle oder zu langsame Abgabe der gespeicherten Substanz auf. In einer verbreiteten Variante wird z. B. der Duftstoff in ein Kunststoffbehältnis eingebracht, das mit einer Cellulosemembran verschlossen wird. Diese Mem­ branen weisen keine definierte Porenstruktur auf, so daß die Stoffabgabe nur schwer gesteuert werden kann. Bei schwankenden Luftbewegungen kann die Membran sehr schnell austrocknen; der Nachschub an gespeichertem Stoff stagniert dann. Eine gealterte Membran weist weiterhin eine selektive Wir­ kung auf, so daß nicht mehr die gesamte Wirkstoffpalette freigesetzt wird, d. h. die Zusammensetzung der Wirkstoffe ändert sich im zeitlichen Ver­ lauf.

Eine einfachere Möglichkeit zur Speicherung und Abgabe von Duft- und Wirk­ stoffen besteht in der Verwendung poröser Körper, bei denen sich der Duft- bzw. Wirkstoff in den Poren des porösen Körpers befindet und aus diesen Poren heraus verdunstet.

Trägerkörper aus Keramik weisen nur niedrige Porenvolumina bis zu 40% auf und verfügen nur über einen geringen Anteil offener Poren. Die zu verdamp­ fenden Stoffe können hier überwiegend nur auf der äußeren Oberfläche ge­ speichert werden, so daß nur geringe Substratmengen pro Raumeinheit aufge­ bracht werden können. Ebenfalls können die in Keramiken unvermeidbar ent­ haltenen Mineralstoffe zu einer selektiven Fixierung von Aromastoffen führen.

Andere sehr häufig eingesetzte preiswerte Materialien sind Ganzkörper aus Cellulosefasern, insbesondere Cellulosefilze oder -vliese. Diese Körper besitzen keine definierte Porenstruktur und reduzieren durch ihre Faser­ strukturen die Wirkung der Kapillarkräfte.

Die zahlreichen Hydroxylgruppen der Cellulose führen durch ihre Wechsel­ wirkung mit polaren Gruppen der Duft- bzw. Wirkstoffe und mit Wassermole­ külen dazu, daß bereits bei der Speicherung eine unerwünschte und ungleich starke Fixierung von Wirk- und Aromastoffen erfolgen kann und daß bei der Wirkstoffabgabe unerwünschte Chromatographieeffekte auftreten. Dadurch be­ dingt treten bei den meisten Wirk- und Aromastoffen bzw. Stoffgemischen mittlere bis starke Beeinträchtigungen bei der Raumwirkung, z. B. Ver­ schiebungen der Duftwirkungen im Vergleich zum nicht adsorbierten Ur­ sprungsmaterial, auf.

Ein weiterer Nachteil der Cellulosekörper besteht in ihrer Quellbarkeit. Bei höherer Luftfeuchtigkeit kann der Cellulosekörper schichtweise aufbre­ chen, der dann folgende übermäßige Luftzutritt verkürzt die Wirkungsdauer und verändert die erwünschte Wirkstoffkonzentration in der Raumluft. Im Gebrauch kann es bei den Cellulosekörpern zu Verformungen und Verfärbungen kommen, was den ästhetischen Eindruck und damit die Verkaufsfähigkeit von Produkten mit diesen Trägern beeinträchtigt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen porösen Körper zu finden, der zur Speicherung und geregelten Abgabe von verdampfbaren Substanzen (Duft- oder Wirkstoffspender) verwendbar ist, der im Verhältnis zu seinem Volumen eine große Substanzmenge speichern kann, der gegenüber der zu speichernden Substanz inert ist und der eine gleichmäßige Verdampfung der gespeicherten Substanz in gegenüber der reinen Substanz unveränderter Zu­ sammensetzung über einen langen Zeitraum hinweg gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst.

Offenporiges Sinterglas ist als Körper zur Speicherung und geregelten Ab­ gabe von verdampfbaren Substanzen hervorragend geeignet.

Glas ist chemisch weitgehend beständig und reagiert mit den üblichen Duft- und Wirkstoffen nicht. Für die meisten Anwendungsfälle sind bereits Körper aus einfachem Kalk-Natron-Glas bestens geeignet, höchste Anforderungen an die chemische Beständigkeit erfüllen Körper aus Borosilikatglas, aus dem auch die meisten Laborgeräte hergestellt sind (z. B. Borosilikatglas 3.3). In solchen Körpern können auch Wirkstoffe gespeichert werden, für die bis­ her aufgrund ihrer Aggressivität eine Speicherung in den herkömmlichen Speichermedien nicht in Frage kam.

Die Zusammensetzung von Kalk-Natron-Glas ist allgemein bekannt und liegt üblicherweise im Bereich 70-75 Gew.-% SiO₂; 12-16 Gew.-% Na₂O (+ K₂O); 8-11 Gew.-% CaO; 2-5 Gew.-% MgO und ca. 1 Gew.-% Al₂O₃.

Borosilikatglas hat einen Zusammensetzungsbereich (in Gew. -% auf Oxidba­ sis) von etwa 70-85 SiO₂; 5-15 B₂O₃; 3-7 Alkalioxide; 2-5 Al₂O₃; 0-4 Erd­ alkalioxide. Die beiden oben genannten Glastypen sind lediglich beispiel­ haft aufgeführt. Selbstverständlich kann auch noch eine Vielzahl von ande­ ren Gläsern Verwendung finden.

Zur Speicherung der Duft- und Wirkstoffe muß der Körper offenporig sein, da die Speicherung in den Poren erfolgt. Da nicht zu vermeiden ist, daß in dem Körper auch vereinzelt geschlossene Poren vorliegen, soll unter offenporig auch ein solcher Köper verstanden werden, der bis zu 5% des Porenvolumens als geschlossene Poren enthält.

Der gespeicherte Duftstoff wird durch die Kapillarkräfte in den Poren ge­ halten und verdampft an der Oberfläche des Körpers. Die Größe der Poren beeinflußt die Verdampfungsrate. Je kleiner die Poren sind, desto langsa­ mer erfolgt die Verdampfung. Durch die Wahl einer geeigneten Porengröße kann man die Verdampfungszeit, d. h. die Zeit, bis die gespeicherte Sub­ stanz wieder abgegeben ist, einstellen und dabei auch noch die Flüchtig­ keit der zu verdampfenden Substanz berücksichtigen. Je flüchtiger eine Substanz ist, desto kleiner müssen bei einer vorgegebenen Verdampfungszeit die Poren sein. Eine mittlere Porengröße von 10 bis 350 µm hat sich als gut geeignet erweisen, wobei mittlere Porengrößen im Bereich von 40 bis 100 µm bevorzugt werden.

Um eine möglichst große Substanzmenge in dem Körper speichern zu können, soll das Porenvolumen möglichst hoch sein. Gute Ergebnisse werden mit Kör­ pern erzielt, bei denen das Porenvolumen 30 bis 85% des Körpers beträgt. Unterhalb eines Porenvolumens von 30% wird die speicherbare Substanzmenge für die meisten Anwendungszwecke zu gering, oberhalb von 85% wird die me­ chanische Festigkeit der Körper immer geringer. Besonders bevorzugt werden Körper mit Porenvolumina von 50 bis 75%.

Das Einbringen des Duft- oder Wirkstoffes in den Körper erfolgt durch Auf­ tropfen oder Einträufeln des flüssigen Wirkstoffes bzw. der Wirkstofflö­ sung auf den Körper, durch Tränken des Körpers mit dem Wirkstoff oder durch Eintauchen des Körpers in den Wirkstoff bzw. die Wirkstofflösung, wobei sich der Wirkstoff durch die Kapillarkräfte schnell in dem Körper verteilt.

Neben Körpern mit sehr gleichmäßiger Porengröße sind auch Körper mit soge­ nannter Porendoppelstruktur geeignet. In letzteren Körpern sind Makropo­ ren mit einer Porengröße von 20 bis 450 µm vorhanden, die offene Mikropo­ ren in den Zellenwänden der Makroporen besitzen. Diese Mikroporen haben eine Porengröße von etwa 1 bis 10 µm. Bei einem Porenvolumen des Körpers von insgesamt 30 bis 85% beträgt das Porenvolumen der Makroporen etwa 25 bis 80% und das der Mikroporen etwa 5 bis 30%.

Für die Herstellung der porösen Körper (auch mit Porendoppelstruktur) sind zahlreiche Verfahren bekannt. Eines dieser Verfahren ist in US-PS 4 588 540 beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden Glasproben und ein anorga­ nisches Salz gesintert und das Salz aus dem Sinterkörper herausgelöst. Korngröße und Korngrößenverteilung von Salz und Glaspulver sowie das Ver­ hältnis von Salz zu Glaspulver bestimmen die Eigenschaften des erhaltenen Sinterkörpers.

Die Form, in der die Köper zur Speicherung der Substanzen eingesetzt wer­ den können, ist beliebig. Sie können in Würfel-, Platten-, Ring- oder Ku­ gelform, als Stangenabschnitte oder auch in figürlicher Form, z. B. Herz­ form, Baumform, Tierform und dergleichen eingesetzt werden.

Die Vorteile des porösen Körpers liegen vor allem darin, daß er aufgrund seines hohen Porenvolumens eine im Vergleich zu seinem Volumen sehr große Menge an Duft- und Wirkstoffen zu speichern vermag, daß er aus einem ge­ genüber dem gespeicherten Stoff inerten Material besteht, daß die Abgabe des gespeicherten Materials sehr gleichmäßig nicht nur im zeitlichen Ver­ lauf gesehen, sondern auch im Hinblick auf die Zusammensetzung eines Stoff­ gemisches erfolgt, weil Chromatographieeffekte nicht auftreten und daß die Abgabedauer des Stoffs durch die Wahl einer geeigneten Porengröße beein­ flußt werden kann.

Beispiel

Ein scheibenförmiger poröser Sinterglaskörper mit einem Durchmesser von 33 mm Durchmesser und einer Dicke von 8 mm, der aus einem Kalk-Natron-Glas hergestellt war und ein Porenvolumen von 65% sowie eine mittlere Poren­ größe von 70 µm besaß, wurde mit 3,6 g eines Gemisches aus Parfümessenzen getränkt und anschließend als Raumluftverbesserer der Atmosphäre ausge­ setzt. Es konnte eine nahezu lineare Abnahme der Stoffkonzentration im Trägerkörper sowie eine annähernd konstante Stoffkonzentration in der Raumluft über einen Zeitraum von 5 Wochen festgestellt werden. Der olfak­ torische Eindruck des verdampften Gemisches blieb über die gesamte Periode praktisch unverändert.

Claims (4)

1. Verwendung eines porösen Körpers zur Speicherung und geregelten Abgabe von verdampfbaren Substanzen (Duftspender), dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem offenporigen Sinterglas besteht.

2. Verwendung eines porösen Körpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Porenvolumen von 30-85% und eine mittlere Porengröße von 10-350 µm besitzt.

3. Verwendung eines porösen Körpers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Porenvolumen von 50-75% besitzt.

4. Verwendung eines porösen Körpers nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine mittlere Porengröße von 40-100 µm besitzt.