DE60110936T2

DE60110936T2 - Aroma freisetzendes mittel mit verbesserter stabilität und verminderter schaumbildung

Info

Publication number: DE60110936T2
Application number: DE60110936T
Authority: DE
Inventors: Yujun Kobe LI
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2001-02-26
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: ES2242734T3; US20040000660A1; CA2439118A1; WO2002068005A1; EP1363678B1; JP2004533493A; WO2002068005A8; EP1363678A1; ATE295743T1; DE60110936D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Reaktionsmischungen mit kontinuierlicher Phase mit verbesserter Stabilität und Ästhetik, welche Wärme erzeugende Teilchen mit einer wasserlöslichen Beschichtung, die alle Teilchen umhüllt, eine flüchtige Komponente, einen Schaumverhinderer und einen Puffer enthalten. Die Reaktionsmischungen sind besonders geeignet zum Erzeugen von Wärme in einer steuerbaren Art und Weise. Wenn sie mit einer wässrigen Lösung gemischt werden, können flüchtige Komponenten durch die vorliegenden Reaktionsmischungen steuerbar in das umgebende Umfeld freigesetzt werden. Vorrichtungen und Verfahren, die diese Reaktionsmischungen verwenden, werden ebenfalls offenbart.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gibt viele Verfahren zum Abgeben von durch die Luft übertragenen Komponenten, wie Riechstoffen, Insektenschutzmitteln und dergleichen. Duftkerzen sind, zum Beispiel, bekannte Hilfsmittel zum Abgeben eines wünschenswerten Geruchs an die Luft. Räucherstäbchen haben im Wesentlichen dieselbe Funktion, das Aroma ist jedoch üblicherweise der natürliche Geruch, der sich entwickelt, wenn das Räucherstäbchen verbrannt wird. Das heißt, Räucherstäbchen erfordern üblicherweise nicht die Zugabe einer Riechstoffkomponente, während Duftkerzen in der Regel eine Mischung aus Wachs und einem Riechstoff sind. Bei einer weiteren Variante Aroma abgebender Verbrennungsvorrichtungen sind Kerzen verwendet worden, um Flüssigkeiten oder Gels zu erwärmen und so zum Austreten einer flüchtigen Komponente zu führen. Darüber hinaus sind Lampen, die Öl verbrennen, seit Jahrhunderten in Gebrauch, nicht nur, um Licht zu spenden, sondern auch, um Riechstoffe abzugeben. Verbrennungsvorrichtungen zum Abgeben von Riechstoffen sind bekannt, die meisten dieser Vorrichtungen sind jedoch auch verwendet worden, um andere durch die Luft übertragene Komponenten abzugeben, wie Insektenschutzmittel, medizinische Dämpfe wie Eukalyptus und andere Verbindungen.
Unglücklicherweise stellen Verbrennungsvorrichtungen schon an sich bereits ein Sicherheitsrisiko dar. Sie können versehentlich umgestoßen werden und einen Brand auslösen, oder, wenn sie unbeaufsichtigt brennen, können viele Verbrennungsvorrichtungen bis zum Grund abbrennen und die umgebende Oberfläche entzünden. Darüber hinaus ist Rauch ein unvermeidliches Nebenprodukt aller Verbrennungsvorrichtungen. Im Allgemeinen kann Rauch von einer Verbrennungsvorrichtung gesundheitsschädlich sein und auf lange Sicht Gesundheitsprobleme verursachen. Folglich stellen diese Vorrichtungen zwar einfache und kostengünstige Verfahren zum Abgeben von durch die Luft übertragenen Komponenten dar, sind jedoch nicht ohne Probleme.
Ein anderes Verfahren zum Abgeben von durch die Luft übertragenen Komponenten besteht darin, sich einfach auf die Verdunstung zu verlassen. Zum Beispiel kann ein flüssiges, festes oder gelförmiges Material, das eine durch die Luft übertragene Komponente enthält, an einem beliebigen Ort platziert werden, und mit der Zeit wird die durch die Luft übertragene Komponente durch Verdunstung an das umgebende Umfeld abgegeben. Dieses System beruht jedoch auf der Differenz zwischen dem Dampfdruck der durch die Luft übertragenen Komponente und dem Luftdruck. Wenn der Dampfdruck der durch die Luft übertragenen Komponente zu hoch ist, wird die Komponente zu schnell abgegeben. Ebenso wird, wenn der Dampfdruck der Komponente zu niedrig ist, die Komponente zu langsam abgegeben, um einen wahrnehmbaren Effekt auf das umgebende Umfeld zu haben. Viele Insektenschutzmittel können zum Beispiel allein durch Verdunstung nicht wirkungsvoll abgegeben werden, da sie einen hohen Dampfdruck aufweisen. Folglich sind Verdunstungsvorrichtungen sehr begrenzt in Bezug auf die Art des Materials, das sie abgeben können, und die Geschwindigkeit, mit der diese speziellen Materialien abgegeben werden können.
Etwas weiter entwickelte Vorrichtungen zum Abgeben von durch die Luft übertragenen Komponenten verwenden elektrischen Strom aus Batterien oder einer elektrischen Steckdose im Haus. Diese Vorrichtungen verwenden die Elektrizität in der Regel, um Wärme, einen Luftstrom oder beides zu erzeugen, um die Abgabe der durch die Luft übertragenen Komponente zu beschleunigen. Unglücklicherweise sind diese Vorrichtungen notwendigerweise komplizierter und teurer in der Herstellung und dem Betrieb als Verbrennungs- und Verdunstungsvorrichtungen. Während diese Vorrichtungen zwar die Abgabe verbessern können, erhöhen sie jedoch Komplexität und Kosten. Darüber hinaus sind die Vorrichtungen, die nicht batteriebetrieben sind, schon an sich nicht transportabel, da sie eine elektrische Steckdose erfordern.
Sprays und Aerosole können eine große Vielfalt an Materialien an die Luft abgeben. Diese Vorrichtungen werden jedoch in der Regel von Hand betätigt und geben nur ein Mal kurz die Komponente ab. Sprays und Aerosole sind nicht gut geeignet für die Abgabe einer Substanz über einen längeren Zeitraum, außer, sie verfügen über einen mechanischen Steuerungsmechanismus. Solche mechanischen Steuerungen sind teuer und schränken die Transportabilität derartiger Vorrichtungen ein.
In sich geschlossene exotherme Reaktionsmischungen, die durch Zugabe einer wässrigen Lösung angeregt werden, sind für die Abgabe von Zusammensetzungen an die umgebende Luft in Betracht gezogen worden. Eine in sich geschlossene exotherme Reaktion kann ohne Verbrennung oder elektrische Quelle Wärme liefern. Die Wärme kann wiederum die Verdunstung der Zusammensetzung, die abgegeben werden soll, beschleunigen. So kann auf diese Art und Weise eine Zusammensetzung größerer Bandbreite abgegeben werden. Bei diesen Reaktionen gibt es jedoch ein wesentliches Problem: Sie sind schwer zu steuern. Zum Beispiel ist es schwierig gewesen, ein Reaktionssystem zu konzipieren, das in sich geschlossen ist und längere Zeit mit einer konstanten Temperatur läuft. Es ist grundsätzlich so, dass man die Abgabe der gewünschten Zusammensetzung nicht steuern kann, ohne die Temperatur des Reaktionssystems zu steuern.
Die ebenfalls zum Patent angemeldete gemeinsam übertragene U.S.-Patent-Anmeldung, Seriennr. 00/19079, eingereicht am 13. Juli 2000, betitelt „Methods And Reaction Mixtures For Controlling Exothermic Reactions", die ebenfalls zum Patent angemeldete gemeinsam übertragene U.S.-Patent-Anmeldung, Seriennr. 00/19081, eingereicht am 13. Juli 2000, betitelt „Multi-Layer Reaction Mixtures And Apparatuses For Delivering A Volatile Component Via A Controlled Exothermic Reaction" und die ebenfalls zum Patent angemeldete gemeinsam übertragene U.S.-Patent-Anmeldung, Seriennr. 00/19080, eingereicht am 13. Juli 2000, betitelt „Methods And Apparatuses For Delivering A Volatile Component Via A Controlled Exothermic Reaction", die alle durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind, offenbaren ein System verwendend wasserlösliche Beschichtungen für einen Teil der exothermen Teilchen zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit der exothermen Reaktion. Die vorliegende Erfindung bietet jedoch wesentliche Verbesserungen im Vergleich zu diesen früheren Offenbarungen. Es besteht weiterhin ein Bedarf an einer Reaktionsmischung, welche die Migration von exothermen Teilchen innerhalb der wasserlöslichen Beschichtung beseitigt und das Auftreten von Schaum während der exothermen Reaktion verringert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reaktionsmischung mit kontinuierlicher Phase umfassend die folgenden Reaktionskomponenten: Wärme erzeugende Teilchen umfassend eine wasserlösliche Beschichtung, die alle Teilchen umhüllt, mit der wasserlöslichen Beschichtung bestehend aus Polyethylenglycol (PEG) mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 6000, und Mischungen davon, einen Puffer, einen Schaumverhinderer und eine flüchtige Komponente. Wahlweise umfassen die Reaktionskomponenten ferner eine optionale Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Verdickungsmittel, einer wässrigen Lösung, oder einer Mischung davon.
Ein Aspekt dieser Erfindung ist das Mischen der Reaktionskomponenten, wobei die Temperatur der Reaktionsmischung innerhalb von weniger als 20 Minuten auf eine Solltemperatur ansteigt, die höher als ungefähr 35°C und niedriger als ungefähr 75°C ist. Mehr bevorzugt weicht die Reaktionsmischung mindestens ungefähr 45 Minuten lang, vorzugsweise mindestens ungefähr 60 Minuten lang, am meisten bevorzugt mindestens ungefähr 80 Minuten lang nicht mehr als 10°C von der Solltemperatur ab. Die vorliegende Erfindung weist eine kontinuierliche Phase auf, wobei die wasserlösliche Beschichtung die Reaktionskomponenten umhüllt. Die kontinuierliche Phase bietet verbesserte Lagerfestigkeit bei gleichzeitiger Erzielung der oben beschriebenen gewünschten Eigenschaften.
Die Wärme erzeugenden Teilchen der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nicht komplexierten Metallen, Metallsalzen, Metalloxiden, Metallhydroxiden, Metallhydriden und Mischungen davon. Die Metalle sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Beryllium, Magnesium, Lithium, Natrium, Calcium, Kalium, Eisen, Kupfer, Zink, Aluminium und Mischungen davon.
Weiterhin wird in der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Wärme bereitgestellt, umfassend die Schritte: Bereitstellen von Wärme erzeugenden Teilchen vollständig umhüllt von einer wasserlöslichen Beschichtung, solch einer wasserlöslichen Beschichtung umfassend mindestens einen Bestandteil der wasserlöslichen Beschichtung bestehend aus PEG mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 6000, und Mischungen davon, Bereitstellen eines Puffers, eines Schaumverhinderers, einer flüchtigen Komponente, mit beliebigen optionalen Komponenten und Hinzufügen der Kombination zu einer wässrigen Lösung.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist das Bereitstellen einer Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme umfassend einen Behälter und die folgenden Reaktions komponenten: Wärme erzeugende Teilchen vollständig umhüllt von einer wasserlöslichen Beschichtung, solch eine wasserlösliche Beschichtung umfassend mindestens einen Bestandteil der wasserlöslichen Beschichtung bestehend aus PEG mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 6000, und Mischungen davon, eine flüchtige Komponente, einen Puffer, einen Schaumverhinderer, eine wässrige Lösung und wahlweise ein Verdickungsmittel.
Die erste Verbesserung der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines kontinuierlichen Schichtsystems, das die Trennung der wasserlöslichen Beschichtung und der exothermen Teilchen bei einer Lagerung von mehr als 24 Stunden verhindert, um nach der Lagerung einen raschen Reaktionszeitraum zu gewährleisten (d. h. weniger als 20 Minuten). Die vorliegende Erfindung erreicht diese Verbesserungen durch Anheben des Molekulargewichts des PEG, das als die wasserlösliche Beschichtung verwendet wird.
Die zweite Verbesserung der vorliegenden Erfindung ist das Reduzieren des Schäumens der exothermen Reaktionszusammensetzung durch Zugabe eines Schaumverhinderers. Bei früheren exothermen Reaktionszusammensetzungen konnte die Schaumhöhe während der Verwendung der exothermen Reaktionszusammensetzung bis zu 15 mm erreichen, was zu einem negativen ästhetischen Erscheinungsbild führte.
Die Verfahren und Vorrichtungen dieser Erfindung bieten transportable und kostengünstige Möglichkeiten zum Abgeben von Zusammensetzungen an die umgebende Luft in einer steuerbaren Art und Weise. Die Vorrichtungen können relativ klein sein, während sie über einen längeren Zeitraum in einer steuerbaren Art und Weise wirken. Zum Beispiel kann eine Reaktionsmischung so konzipiert sein, dass sie über einen längeren Zeitraum mit einer relativ gesteuerten Geschwindigkeit eine Komponente an das umgebende Umfeld abgibt.
Die Vorrichtungen dieser Erfindung können verwendet werden, um eine Vielzahl von nützlichen Verbindungen an die umgebende Luft und an Kleidung, Teppiche, Haustiere, Haut und viele andere Oberflächen abzugeben. Darüber hinaus können die Vorrichtungen dieser Erfindung mit Farbe und Licht kombiniert werden, um die ästhetischen Qualitäten zu verbessern und schließlich die Gesamtwirkung auf den Benutzer der Vorrichtung zu verbessern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Während diese Erfindung mit Ansprüchen schließt, welche die Erfindung speziell darstellen und beanspruchen, wird angenommen, dass die Erfindung aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen besser verständlich wird, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in denen:
1 eine grafische Darstellung von drei gesteuerten Reaktionen mit einer Solltemperatur von ungefähr 50°C, verwendend erfindungsgemäße Reaktionsmischungen, und einer nicht gesteuerten Reaktion ist, und
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie erwähnt ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf eine verbesserte Reaktionsmischung umfassend die folgenden Reaktionskomponenten: Wärme erzeugende Teilchen umfassend eine wasserlösliche Beschichtung aus PEG mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 6000, und Mischungen davon, welche die Teilchen vollständig umhüllt, einen Puffer, einen Schaumverhinderer und eine flüchtige Komponente. Wahlweise umfassen die Reaktionskomponenten ferner ein Verdickungsmittel, eine wässrige Lösung, oder eine Mischung davon. Die Reaktionsmischung kann verwendet werden, um in einer steuerbaren Art und Weise Wärme zu erzeugen, welche wiederum das Austreten der flüchtigen Komponente in einer gesteuerten Art und Weise unterstützt. Vorrichtungen, welche die hierin gelehrten Reaktionsmischungen einsetzen, werden ebenfalls offenbart.
„Kontinuierliche Phase", wie hier verwendet, ist definiert als eine durch die Reaktionsmischung hindurch sichtbare Schicht. Im Unterschied dazu ist bei einer mehrphasigen Reaktionsmischung eine sichtbare Schichtung von zwei oder mehreren Schichten vorhanden.
Reaktionsmischung
Ein Aspekt dieser Erfindung ist die Bildung einer Reaktionsmischung mit kontinuierlicher Phase durch Mischen der Reaktionskomponenten, die in einer wasserlöslichen Beschichtung suspendiert sind, zum Auslösen einer exothermen Reaktion zwischen den Wärme erzeugende Teilchen und der wässrigen Lösung. Die exotherme Reaktion erzeugt Wärme, welche die Temperatur der Reaktionsmischung erhöht. Die Wärme, genauer die erhöhte Temperatur der Reaktionsmischung, unterstützt das Austreten der flüchtigen Komponente aus der Reaktionsmischung. Wie klar werden wird, kann die wasserlösliche Beschichtung der Wärme erzeugenden Teilchen, wie im Folgenden beschrieben, verwendet werden, um die Geschwindigkeit der exothermen Reaktion und die erzeugte Wärme zu steuern. Die Möglichkeit der Steuerung der durch die Reaktionmischung erzeugten Wärmemenge ermöglicht, ohne jegliche externe Steuerungen, eine kontrollierte Abgabe der flüchtigen Komponente.
Wie Fachleute wissen, können chemische Reaktionen schwierig zu steuern sein. Annehmend ein Chargenverfahren und außer Acht lassend thermodynamische Überlegungen, hängt die Rate einer exothermen chemischen Reaktion hauptsächlich von der Temperatur und Konzentration der Reaktionsmischung ab. Ohne externe Steuerungen wird die Temperatur einer exothermen Reaktionsmischung in den frühen Stadien der Reaktion rasch ansteigen. Dies erfolgt hauptsächlich aufgrund von zwei Faktoren: Die Konzentration der Reaktionspartner ist am höchsten, und mit Fortschreiten der Reaktion wird Wärme erzeugt, wodurch die Temperatur der Reaktionsmischung erhöht wird, was wiederum die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht. Mit zunehmendem Verbrauch der Reaktionspartner nimmt die Geschwindigkeit der Reaktion ab und führt zu einer allmählichen Abnahme der Temperatur der Reaktionsmischung.
Dieser Effekt ist grafisch dargestellt in 1. Besonders Linie „A" illustriert die Temperatur einer nicht gesteuerten exothermen Reaktionsmischung als Funktion der Zeit. 1 wird im Folgenden detaillierter erläutert, sie illustriert jedoch ganz klar ein Problem, mit dem sich die vorliegende Erfindung befasst. Das heißt, die von Linie „A" in 1 repräsentierte Temperatur der Reaktionen variiert erheblich und endet relativ abrupt. Darüber hinaus ist die Änderungsrate der Temperatur fast nie konstant.
Durch Beschichten der Wärme erzeugenden Teilchen mit der wasserlöslichen Beschichtung, wie im Folgenden detailliert beschrieben, kann eine exotherme Reaktionsmischung zum Liefern gesteuerter Wärme über relativ lange Zeiträume konzipiert werden. Weitere Steuerungsschemata können leicht von Fachleuten konzipiert werden, zum Beispiel kann eine Reaktionsmischung konzipiert werden, deren Temperatur nach und nach ansteigt und deren Zieltemperaturbereich für einen relativ langen Zeitraum aufrecht gehalten wird. Andere Steuerungsschemata werden offenbar auf der Grundlage der folgenden Details.
Bei einem solchen Steuerungsschema wird eine Reaktionsmischung angesetzt durch Mischen der Reaktionskomponenten zum Auslösen einer exothermen Reaktion. Die Temperatur der Reaktionsmischung steigt in weniger als ungefähr 30 Minuten, vorzugsweise in weniger als ungefähr 20 Minuten, auf eine Solltemperatur an, die über ungefähr 35°C und unter ungefähr 75°C liegt, vorzugsweise zwischen ungefähr 35°C und 60°C. Vorzugsweise weicht die Reaktionsmischung mindestens 45 Minuten lang, vorzugsweise mindestens ungefähr 60 Minuten lang, und am meisten bevorzugt mindestens ungefähr 80 Minuten lang nicht mehr als 15°C, mehr bevorzugt nicht mehr als 10°C, von der Solltemperatur ab. Es sei klargestellt, dass der Ausdruck „nicht mehr abweichen als", wie hierin verwendet, dasselbe bedeutet wie „±". Zum Beispiel bedeutet „nicht mehr abweichen als 10°C" von einer Solltemperatur von 50°C, dass die Temperatur zwischen 40°C und 60°C schwanken kann. Dieses Steuerungsschema ist grafisch illustriert in 1 durch die Linien „PEG2000", „PEG4000" und „PEG2000/4000".
1 zeigt eine „nicht gesteuerte" exotherme Reaktion gemäß Stand der Technik („A") im Vergleich zu drei „gesteuerten" erfindungsgemäßen Reaktionen („PEG2000", „PEG4000" und „PEG2000/4000"). Die Reaktionskomponenten und die sich ergebende Reaktionsmischung sind aufgeführt in Tabelle 1 und zusammengefasst in Tabelle 2. Wie ersichtlich, werden als Wärme erzeugende Teilchen pulverförmige Magnesiumteilchen verwendet, und es wird ein Zitronensäurepuffer verwendet. Die Wärme erzeugenden Teilchen der Reaktionsmischung „A" sind nicht beschichtet, während die Wärme erzeugenden Teilchen der Reaktionsmischungen „PEG2000", „PEG4000" und „PEG2000/4000" exotherme Teilchen enthalten, die mit mit Polyethylenglycol mit unterschiedlichem Molekulargewicht beschichtet sind.
Tabelle 1
Tabelle 2
Das Verhältnis von exothermen Teilchen zu Puffer wurde für jede Reaktionsmischung bei ungefähr 1:6,5 (Gewicht/Gewicht) gehalten. Die Mengen exothermer Teilchen und Puffer wurde für „A" erhöht, um eine typische nicht gesteuerte exotherme Reaktion deutlicher zu zeigen. „A" wurde zu 100,0 g Wasser hinzugegeben, und „PEG2000", „PEG4000" und „PEG2000/4000" wurden zu 55,0 g Wasser hinzugegeben. Wie oben kurz erläutert, ist Linie „A" eine typische Temperatur/Zeit-Kurve einer nicht gesteuerten exothermen Reaktion. Die Temperatur steigt zunächst schnell auf ein Maximum von über 65°C an. Dann, mit zunehmendem Verbrauch der Reaktionskomponenten, beginnt die Temperatur in einer logarithmischen Kurve zu sinken. Und innerhalb von ungefähr 35 Minuten hat sich die Reaktion auf einen Bereich abgekühlt, der nicht mehr als 5°C von der Ausgangstemperatur (Raumtemperatur) abweicht.
In scharfem Kontrast dazu steigen die Reaktionsmischungen, grafisch abgebildet durch die Linien „PEG2000", „PEG4000" und „PEG2000/4000" von 1, innerhalb von ungefähr 20 Minuten auf die Solltemperatur von ungefähr 50°C an. Die Reaktionstemperaturen weichen dann mindestens ungefähr 80 Minuten lang nicht mehr als 10°C von der Solltemperatur ab.
Es sei klargestellt, dass das in 1 dargestellte Steuerungsschema, d. h. bei dem die Reaktionsmischung auf eine Solltemperatur ansteigt und die Temperatur längere Zeit relativ konstant bleibt, nur eines von vielen möglichen Steuerungsschemata ist, welche von der vorliegenden Erfindung abgedeckt werden.
Reaktionskomponenten
Wir wenden uns nun den Reaktionskomponenten zu, welche Wärme erzeugende Teilchen enthalten, die vollständig von einer wasserlöslichen Beschichtung umhüllt sind, solch eine wasserlösliche Beschichtung umfassend mindestens einen Bestandteil der wasserlöslichen Beschichtung bestehend aus PEG mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 6000, und Mischungen davon, eine flüchtige Komponente, einen Schaumverhinderer und einen Puffer. Vorzugsweise umfassen die Reaktionskomponenten ferner ein Verdickungsmittel und eine wässrige Lösung, oder eine Mischung davon.
Schaumverhinderer
Die vorliegende Erfindung bietet eine Verbesserung, indem sie das Auftreten von Schaum an der Oberfläche einer gelagerten Reaktionsmischung verringert, sobald eine wässrige Lösung hinzugegeben wird. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass während der Lagerung eine chemische Degradation von flüchtigen Komponenten in der exothermen Reaktionsmischung stattfindet, die zum Auftreten von Schaum während der Reaktion der Mischung führt, wie gezeigt im folgenden Beispiel 2.
Ein geeigneter Schaumverhinderer ist mindestens dispergierbar in Wasser, vorzugsweise wasserlöslich, und enthält selbst kein Wasser. Der Schaumverhinderer kann jede bekannte Verbindung zur Unterdrückung von Schaum sein, ein schließend zum Beispiel einer silikonhaltigen, Schaum unterdrückenden Verbindung, einer alkoholhaltigen, Schaum unterdrückenden Verbindung, geruchfreier Leichtpetroleum-Kohlenwasserstoffe, Fettsäureester, aliphatischer C₁₈-C₄₀-Ketone und nichtionischer Polyhydroxyderivate, und jeder Mischung davon.
Silikonhaltige, Schaum unterdrückende Verbindungen sind hierin definiert als jede Schaum unterdrückende Verbindung enthaltend eine Silikonkomponente. Solche silikonhaltigen, Schaum unterdrückenden Verbindungen enthalten üblicherweise auch eine Kieselsäurekomponente. Der Ausdruck „Silikon", wie hier und im Allgemeinen in der gesamten Industrie verwendet, umfasst eine Vielzahl von Polymeren mit relativ hohem Molekulargewicht enthaltend Siloxaneinheiten und eine Hydrocarbylgruppe unterschiedlicher Art, wie die Polyorganosiloxanöle, wie Polydimethylsiloxan, Dispersionen oder Emulsionen von Polyorganosiloxanölen oder -harzen, und Kombinationen von Polyorganosiloxanen mit Kieselsäureteilchen, wobei das Polyorganosiloxan auf die Kieselsäure chemisorbiert oder aufgebracht wird.
Kohlenwasserstoffe sind hierin definiert als einschließend aliphatische, alicyclische, aromatische und heterocyclische gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe aufweisend von ungefähr 12 bis ungefähr 70 Kohlenstoffatome. Der Ausdruck „Paraffin", wie in dieser Erörterung verwendet, soll auch Mischungen echter Paraffine und cyclischer Kohlenwasserstoffe beinhalten.
Die Konzentration des Schaumverhinderers liegt bei ungefähr 0,005% bis ungefähr 5%, vorzugsweise bei 0,01% bis ungefähr 3%, und am meisten bevorzugt bei ungefähr 0,05% bis ungefähr 2%.
Wasserlösliche Beschichtung
Das Steuern der Temperatur der Reaktionsmischung als Funktion der Zeit ist einer der Gegenstände dieser Erfindung, und Steuerung wird hauptsächlich durch Beschichten der Wärme erzeugenden Teilchen erreicht. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass die beschichteten Wärme er zeugenden Teilchen erst dann mit der wässrigen Lösung reagieren können, wenn die Beschichtung sich auflöst. Sobald die Beschichtung auf den Wärme erzeugende Teilchen beginnt sich aufzulösen, beginnen die frei werdenden Teilchen zu reagieren und erzeugen Wärme. Die Konzentration des wasserlöslichen Beschichtungsmaterials in der Reaktionsmischung liegt bei ungefähr 3 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-%, vorzugsweise bei ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 65 Gew.-%, und mehr bevorzugt bei ungefähr 8 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-% der Reaktionsmischung.
Die wasserlösliche Beschichtung der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens einen wasserlöslichen Bestandteil der Beschichtung bestehend aus PEG mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 6000 und Mischungen davon. Es wurde festgestellt, dass PEG mit einem niedrigeren Molekulargewicht als 600 sich bei Raumtemperatur in einem flüssigen Zustand befindet, was nicht wünschenswert ist, da die exothermen Teilchen auf den Grund des Behälters migrieren. Dies verzögert wiederum den Beginn der exothermen Reaktion. Es wurde festgestellt, dass bei einer wasserlöslichen Beschichtung umfassend PEG mit Molekulargewichten zwischen 600 und 2000 die exothermen Reaktionsteilchen bei der Lagerung immer noch eine Neigung zur Migration zeigen. Es ist bekannt, dass PEG mit einem höheren Molekulargewicht als 6000 einen Schmelzpunkt von über 60°C aufweist, und es wird angenommen, dass in der vorliegenden Erfindung der hohe Schmelzpunkt die Zugabe der flüchtigen Komponente beeinträchtigt. Wenn der Schmelzpunkt des PEG zu hoch ist, wird die flüchtige Komponente verdunsten, wenn sie in flüssiger Form mit der wasserlöslichen Beschichtung vermischt wird, wodurch die flüchtige Komponente aus der Mischung ausgetrieben werden würde.
Die Beschichtung kann durch jedes geeignete Mittel auf die Wärme erzeugenden Teilchen aufgetragen werden. Das einfachste Verfahren ist das Weichmachen oder Schmelzen des Beschichtungsmaterials und das Mischen dieses Materials mit der gewünschten Menge Wärme erzeugender Teilchen.
Während es notwendig ist, die Wärme erzeugenden Teilchen der Reaktionsmischung zu beschichten, können die flüchtige Komponente, der Schaumverhinderer, der Puffer und die wahlweisen Komponenten (Erläuterung weiter unten) zusammen mit den Wärme erzeugenden Teilchen beschichtet werden, oder sie können getrennt von den Wärme erzeugenden Teilchen beschichtet werden. Kombinationen dieser Möglichkeiten werden in vielen Fällen ebenfalls zu annehmbaren Ergebnissen führen. Daher ist das Beschichten anderer Komponenten als der Wärme erzeugenden Teilchen das Vorrecht des Herstellers.
Zusätzliche Beschichtungsmaterialien können in kleinen Mengen bis ungefähr 10,0 Gew.-% der wasserlöslichen Beschichtung, vorzugsweise bis ungefähr 5,0 Gew.-% der wasserlöslichen Beschichtung, und am meisten bevorzugt bis ungefähr 2,0% hinzugefügt werden. Zusätzliche Beschichtungsmaterialien siehe obige beigefügte Referenzen.
Puffer
Die Reaktionsmischungen der vorliegenden Erfindung enthalten als einen wesentlichen Bestandteil einen Puffer. Der Puffer kann eine Reihe von Vorteilen bieten, wie Beschleunigung oder Verlangsamung der exothermen Reaktion und Steuerung des pH-Werts am Ende der Reaktion. Es wurde auch festgestellt, dass der Puffergehalt den Zeitpunkt des Auftretens des Ausfällens von Salzen exothermer Teilchen nach dem Ende der Reaktion verzögern kann.
Es ist bekannt, dass bestimmte Wärme erzeugende Teilchen schneller reagieren werden als andere. Ein Puffer kann eine Reaktionsmischung beschleunigen oder verlangsamen. Es sei jedoch klargestellt, dass auch mit einem Puffer ungesteuerte exotherme Reaktionen den durch Linie „A" in 1 dargestellten Zeit/Temperatur-Kurven folgen. Folglich dient der Puffer dazu, eine günstige thermodynamische Umgebung für die Reaktionsmischung zu schaffen, steuert jedoch nicht das Zeit/Temperatur-Profil der Reaktion. Im Hinblick auf den pH-Wert ist es häufig wünschenswert, den pH-Wert sowohl während der Reaktion als auch am Ende der Reaktion zu steuern. Während der Reaktion kann der pH-Wert, wie oben erläutert, zur günstigen thermodynamischen Umgebung beitragen. Durch Anpassen der Puffermenge kann die Geschwindigkeit der Reaktion erhöht oder verringert werden. Der Puffer kann auch den endgültigen pH-Wert der Reaktionsmischung regulieren, wenn die exotherme Reaktion sich dem Ende nähert. Der endgültige pH-Wert kann wichtig sein, da bei bestimmten pH-Werten die Reaktionsprodukte nach dem Ende der Reaktion ausfallen. Durch Erhöhen der Puffermenge kann das Auftreten von Ausfällungen um bis zu sieben Tage verzögert werden. Die Erhöhung der Puffermenge muss jedoch gesteuert sein, damit die Reaktionsgeschwindigkeit nicht signifikant erhöht wird. Es wurde festgestellt, dass ein Verhältnis von exothermen Teilchen zu Puffer von 1:6,5 (Gewicht/Gewicht) eine bevorzugte Fähigkeit zur Verzögerung der Ausfällung von Salzen exothermer Teilchen nach dem Ende der Reaktion zeigt. Ungeachtet dessen, kann ein Puffer den Hersteller der hierin offenbarten Reaktionsmischungen unterstützen.
Vorzugsweise, wenn in den Reaktionsmischungen dieser Erfindung ein Puffer vorhanden ist, liegt das Gewichtsverhältnis zwischen den Wärme erzeugenden Teilchen und dem Puffer im Bereich von 200:1 bis 1:200, vorzugsweise von 50:1 bis 1:50, und mehr bevorzugt von 10:1 bis 1:10. Und der Puffer ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zitronensäure, Äpfelsäure, Fumarsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Oxalsäure, Malonsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Glycolsäure, Asparaginsäure, Pimelinsäure, Maleinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephtalsäure, Glutaminsäure, Milchsäure, Hydroxylacrylsäure, alpha-Hydroxybuttersäure, Glycerinsäure, Tatronsäure, Salicylsäure, Gallussäure, Mandelsäure, Tropasäure, Ascorbinsäure, Gluconsäure, Zimtsäure, Benzoat, Phenylessigsäure, Nicotinsäure, Kaininsäure, Sorbinsäure, Pyrrolidoncarbonsäure, Trimelinsäure, Benzolsulfonsäure, Toluolsulfonsäure, Kaliumdihydrogenphosphat, Natriumhydrogensulfit, Natriumdihydrogenphosphat, Kaliumhydrogensulfit, Natriumhydrogenpyrosulfit, saurem Natriumhexametaphosphat, saurem Natriumpyrophosphat, saurem Kaliumpyrosulfat, Sulfaminsäure, Ortho-Phosphorsäure, Pyrophosphorsäure und Mischungen davon.
Wärme erzeugende Teilchen
Die Wärme erzeugenden Teilchen der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nicht komplexierten Metallen, Metallsalzen, Metalloxiden, Metallhydroxiden, Metallhydriden und Mischungen davon. Die Metalle sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Beryllium, Magnesium, Lithium, Natrium, Calcium, Kalium, Eisen, Kupfer, Zink, Aluminium und Mischungen davon. Diese Teilchen können auch ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Berylliumhydroxid, Berylliumoxid, Berylliumoxid-Monohydrat, Lithiumaluminiumhydrid, Calciumoxid, Calciumhydrid, Kaliumoxid, Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat, Aluminiumbromid, Aluminiumiodid, Natriumtetraborat, Natriumphosphat und Mischungen davon. Die Konzentration der Wärme erzeugende Teilchen in der Reaktionsmischung liegt bei ungefähr 3 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, vorzugsweise bei ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 55 Gew.-%, und mehr bevorzugt bei ungefähr 8 Gew.-% bis ungefähr 50 Gew.-% der Reaktionsmischung.
Es ist bevorzugt, aber nicht notwendig, dass die Wärme erzeugenden Teilchen (ohne die Beschichtung) einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von ungefähr 10 μm bis ungefähr 1000 μm, vorzugsweise von ungefähr 100 μm bis ungefähr 500 μm, und mehr bevorzugt von ungefähr 200 μm bis ungefähr 400 μm aufweisen.
Flüchtige Komponente
Die hierin offenbarten Reaktionsmischungen enthalten als einen wesentlichen Bestandteil eine flüchtige Komponente, die vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Duftstoff, einem Riechstoff, einem Insektenschutz mittel, einem Räuchermittel, einem Desinfektionsmittel, einem Bakterizid, einem Insektizid, einem Pestizid, einem Germizid, einem Akarizid, einem keimtötenden Mittel, einem desodorierenden Mittel, einem nebelbildenden Mittel und Mischungen davon. Die Konzentration der flüchtigen Komponente in der Reaktionsmischung liegt bei ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%, vorzugsweise bei ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-%, und mehr bevorzugt bei ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% der Reaktionsmischung.
„Flüchtige Komponente", wie hier verwendet, meint jede Verbindung, die während einer exothermen Reaktion aus einer erfindungsgemäßen Reaktionsmischung in das umgebende Umfeld abgegeben wird. Der Ausdruck „flüchtig" impliziert keine Einschränkungen in Bezug auf den Dampfdruck oder den Siedepunkt der Komponente. Zum Beispiel weisen viele feine Riechstoffe Siedepunkte auf, die erheblich über dem Siedepunkt von Wasser liegen, während andere Riechstoffe Siedepunkte aufweisen, die unter dem Siedepunkt von Wasser liegen. Beide Arten von Riechstoffen werden durch die Definition „flüchtige Komponenten" abgedeckt, wenn sie während einer erfindungsgemäßen exothermen Reaktion abgegeben werden. Zwangsläufig kann jedoch nicht die wässrige Lösung als die flüchtige Komponente angesehen werden, auch wenn ein Teil der wässrigen Lösung während der exothermen Reaktion abgegeben wird.
Riechstoffe sind bevorzugt flüchtige Komponenten zur Verwendung in der vorliegenden Reaktionsmischung, und bevorzugte Riechstoffe werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Moschusöl, Zibet, Bibergeil, Ambra, Pflanzenduftstoffen, Sandelholzöl, Neroliöl, Bergamottöl, Zitronenöl, Lavendelöl, Salbeiöl, Rosmarinöl, Pfefferminzöl, Eukalyptusöl, Menthol, Kampfer, Verbenenöl, Citronellöl, Cauout Öl, Salbeiöl, Gewürznelkenöl, Kamillenöl, Sandelholzöl, Costusöl, Labdanumöl, Ginsterextrakt, Karottensamenextrakt, Jasminextrakt, Mimosenextrakt, Narzissenextrakt, Olibanumextrakt, Rosenextrakt, Acetophenonen, Dimethylindanderivaten, Naphthalinderivaten, Allylcaprat, alpha-Amylzimtaldehyd, Anethol, Anisaldehyd, Benzylacetat, Benzylalkohol, Benzylpropionat, Borneol, Cinnamylacetat, Cinnamylalkohol, Citral-Citronnellal, Cuminaldehyd, Cyclamenaldehyd, Decanol, Ethylbutyrat, Ethylcaprat, Ethylcinnamat, Ethylvanillin, Eugenol, Geraniol, Hexenol, alpha-Hexyl-zimtaldehyd, Hydroxycitronellal, Indol, Isoamylacetat, Isoamyl-Isovalerat-Isoeugenol, Linalol, Linalylacetat, p-Methylacetophenon, Methylanthranilat, Methyldihydrojasmonat, Methyleugenol, Methyl-betanaphtholketon, Methylphenylcarbinylacetat, Moschusketon, Moschusxylol, 2,5,6-Nanodinol, gamma-Nonalacton, Phenylacetaldehyd-Dimethylacetat, beta-Phenylethylalkohol, 3,3,5-Trimethylcyclohexanol, gamma-Undecalacton, Undecenal, Vanillin und Mischungen davon.
Wässrige Lösung
Eine wahlweise Komponente der vorliegenden Reaktionsmischungen ist eine wässrige Lösung. Die wässrige Lösung erfüllt zwei Funktionen in der Reaktionsmischung. Insbesondere löst sie die wasserlösliche Beschichtung auf den exothermen Teilchen auf und reagiert anschließend mit den Wärme erzeugenden Teilchen, um Wärme zu erzeugen. Es sei klargestellt, dass die Menge der wässrigen Lösung recht flexibel ist. Während eine ausreichende Menge der wässrigen Lösung vorhanden sein muss, um die Beschichtung aufzulösen und mit den exothermen Teilchen zu reagieren, ist ein Überschuss an wässriger Lösung häufig akzeptabel und kann sogar wünschenswert sein. Tatsächlich wirkt überschüssige wässrige Lösung wie eine Wärmesenke für das Reaktionssystem. In dieser Eigenschaft kann die wässrige Lösung, unter bestimmten Umständen, verwendet werden, um die Höchsttemperatur eines bestimmten Reaktionssystems zu steuern. Die wässrige Lösung ist jedoch in der Regel nicht zum Steuern der Zeit/Temperatur-Kurven für das Reaktionssystem, wie oben beschrieben, verwendbar. Folglich werden Fachleute in der Lage sein, die geeignete Menge an wässriger Lösung für ein bestimmtes Reaktionssystem auszuwählen.
Die gebräuchlichste und am meisten bevorzugte wässrige Lösung ist Wasser sowie Lösungen, die Wasser enthalten. Einwertige Alkohole und andere niedermolekulare Flüssigkeiten sind für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Das einzige Kriterium für eine „wässrige Lösung" ist, dass sie die oben beschriebenen wasserlöslichen Beschichtungen auflöst, und dass sie mit den ausgewählten Wärme erzeugenden Teilchen reagiert. Die Konzentration an wässriger Lösung in der Reaktionsmischung liegt bei ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 97 Gew.-%, vorzugsweise bei ungefähr 50 Gew.-% bis ungefähr 95 Gew.-%, und mehr bevorzugt bei ungefähr 60 Gew.-% bis 90 Gew.-% der Reaktionsmischung.
Andere Inhaltsstoffe
Die Reaktionsmischungen der vorliegenden Erfindung können, als wahlweise Komponenten, andere Inhaltsstoffe umfassen. Diese wahlweisen Inhaltsstoffe können ein Verdickungsmittel oder ein Mittel zur optischen Verbesserung sein.
Die Verwendung eines Verdickungsmittels kann der weiteren Steuerung der Geschwindigkeit der exothermen Reaktion in den ersten 20 bis 30 Minuten der Reaktion dienen. Das Anfangsstadium der Reaktion ist ausschlaggebend für die Steuerung, da es in der Natur exothermer Reaktionen liegt, zu einem frühen Zeitpunkt der Reaktion einen Spitzenwert zu erreichen, wie gezeigt in 1 in Reaktion „A". Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass ein Verdickungsmittel die Viskosität der exothermen Reaktionskomponenten erhöht und den Transport der wässrigen Lösung zu den exothermen Teilchen verlangsamt. Die Konzentration des Verdickungsmittels, falls in der Reaktionsmischung vorhanden, liegt bei ungefähr 0,005% bis ungefähr 5%, vorzugsweise bei 0,01% bis ungefähr 3%, und mehr bevorzugt bei ungefähr 0,05% bis ungefähr 2%. Ein Verdickungsmittel sollte mindestens dispergierbar in Wasser sein und ist vorzugsweise wasserlöslich, ohne selbst Wasser zu enthalten. Ein Verdickungsmittel kann ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylsäuren, Gummiarten wie Xanthangummi, Cellulose, ethoxylierter Cellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Ton, Kieselerde und Mischungen davon. Ein bevorzugtes Verdickungsmittel ist Polyacrylsäure, verkauft unter der Handelsbezeichnung CARBOPOL 956 von BFGoodrich.
Die Mittel zur optischen Verbesserung werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Farbstoff, einem Chemilumineszenzmittel, einem Fluoreszenzmittel, einem Perlglanzmittel und Mischungen davon. Mehr bevorzugt wird das Mittel zur optischen Verbesserung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glühwürmchen-Luziferase, Adenosintriphosphat, Ethylenglycoldistearat und Mischungen davon. Diese Mittel zur optischen Verbesserung können verwendet werden, um die Reaktionsmischung zu färben, „glühen" zu lassen oder andere optisch befriedigende Wirkungen zu erzielen. Die Konzentration der Mittel zur optischen Verbesserung, falls in der Reaktionsmischung vorhanden, liegt bei ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-%, vorzugsweise bei ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%, und mehr bevorzugt bei ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% der Reaktionsmischung.
Vorrichtung
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist das Bereitstellen einer Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme, die Vorrichtung umfasst einen Behälter und die folgenden Reaktionskomponenten: Wärme erzeugende Teilchen umfassend eine wasserlösliche Beschichtung, die einen Teil der Teilchen umhüllt, dabei mindestens ein Inhaltsstoff der wasserlöslichen Beschichtung bestehend aus PEG mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 6000, und Mischungen davon, eine flüchtige Komponente und einen Puffer. Die Vorrichtung umfasst ferner wahlweise eine wässrige Lösung. Die Reaktionskomponenten für die Verwendung in den Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung sind dieselben wie diejenigen, die weiter oben erläutert wurden. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine in sich geschlossene und transportable Vorrichtung, in der eine exotherme Reaktion durchgeführt wird. Vorzugsweise sollte der Vorrichtungsbehälter mindestens eine Belüftungsöffnung oder Öffnung zur Abgabe der flüchtigen Kompo nenten aufweisen, die während der exothermen Reaktion austreten. Darüber hinaus sollte der Behälter aus einem Material bestehen, das der Höchsttemperatur der exothermen Reaktion standhalten kann. Viele Materialien erfüllen diese Anforderung, weil die Höchsttemperatur der Reaktion so niedrig wie 35°C sein kann, eine Reaktion bei höheren Temperaturen könnte eine höhere Temperaturtoleranz erfordern. Glas, Kunststoff, Styropor, Metall, flüssigkeitsundurchlässiges Papier und viele andere Materialien sind für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Der Behälter ist vorzugsweise klar, transparent oder transluzent, obwohl auch opake Behälter, die weniger bevorzugt sind, zur diesbezüglichen Verwendung geeignet sind. Bei den vorliegenden Vorrichtungen können die Wärme erzeugenden Teilchen in Form eines trockenen Pulvers oder suspendiert in einer homogenen wasserlöslichen Beschichtung vorliegen.
2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Vorrichtung 10 umfasst Behälter 12 und Reaktionsmischung 20, welche Wärme erzeugende Teilchen 22 mit einer wasserlöslichen Beschichtung 24 enthält. Reaktionsmischung 20 umfasst ferner Pufferteilchen 26 und eine wässrige Lösung 28. Flüchtige Komponente 30 erscheint in der gesamten Reaktionsmischung 20 als emulgierte Tröpfchen, obwohl flüchtige Komponente 30 auch in wässriger Lösung 28 aufgelöst oder in Beschichtung 24 integriert sein kann. Behälter 12 kann auf einem Träger sitzen, der eine Lichtquelle und eine Stromquelle enthält (Träger, Lichtquelle und Stromquelle nicht abgebildet).
Die in den Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung verwendete Reaktionsmischung sollte steuerbar sein, wie oben erläutert. Das heißt, wenn die Reaktionskomponenten in den vorliegenden Vorrichtungen vermischt werden, sollte die Temperatur der Reaktionsmischung innerhalb von weniger als ungefähr 20 Minuten auf eine Solltemperatur ansteigen, die höher als ungefähr 35°C und niedriger als ungefähr 75°C ist, vorzugsweise zwischen ungefähr 35°C und 60°C. Vorzugsweise weicht die Reaktionsmischung innerhalb der Vorrichtung min destens ungefähr 45 Minuten lang, bevorzugt mindestens ungefähr 60 Minuten lang, und am meisten bevorzugt mindestens 80 Minuten lang nicht mehr als 15°C, mehr bevorzugt nicht mehr als 10°C, von der Solltemperatur ab.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Vorrichtung eine Lichtquelle. Die Lichtquelle, welche wahlweise farbiges Licht liefern kann, kann verwendet werden, um die optische Wirkung der Vorrichtung zu verbessern. Darüber hinaus können, wie oben erläutert, zusätzlich zur Lichtquelle Mittel zur optischen Verbesserung in der Reaktionsmischung eingesetzt werden. Die Lichtquelle kann verwendet werden, um die Mittel zur optischen Verbesserung zu akzentuieren, oder die Vorrichtung ganz einfach zu „beleuchten". Die Lichtquelle kann batteriebetrieben, solarbetrieben oder Ähnliches sein. Obwohl dies in der Regel nicht bevorzugt wird, könnte die Lichtquelle extern mit Strom versorgt werden, zum Beispiel über eine Steckdose. Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise transportabel, folglich könnte das Verwenden externer Stromquellen die Transportabilität einschränken. Die Lichtquelle kann sich in dem Behälter oder angrenzend an die Außenseite des Behälters befinden. Wenn die Lichtquelle in dem Behälter angeordnet ist, wird bevorzugt, die Lichtquelle und ihre Stromversorgung in einer flüssigkeitsundurchlässigen Sperrschicht einzuschließen, um die Vorrichtung von der wässrigen Lösung abzuschirmen. Vorzugsweise sitzt der Behälter auf einem Träger, der sowohl den Behälter stützt als auch ein Gehäuse für die Lichtquelle bietet.
Die Lichtquelle kann etwas Wärme an die Reaktionsmischung abgeben, dies ist jedoch nicht die gewünschte Funktion. Darüber hinaus werden die meisten batteriebetriebenen Vorrichtungen bei niedriger Spannung betrieben und erzeugen sehr wenig Wärme. Folglich soll die Lichtquelle nicht als Steuerungsmechanismus dienen.
Eine besonders bevorzugte Lichtquelle für die Verwendung in den vorliegenden Vorrichtungen ist eine Leuchtdiode („LED"). LEDs entsprechen dem Stand der Technik, und Beispiele dieser Vorrichtungen finden sich, zum Beispiel, im US-Patent Nr. 5,963,185, erteilt an Havel am 5. Oktober 1999 und im US-Patent Nr. 5,940,683, erteilt an Holm et al. am 17. August 1999. Die gesamte Offenbarung der Patente von Havel und Holm et al. ist hierin durch Bezugnahme eingeschlossen. LEDs sind kleine Vorrichtungen, die eine Vielzahl von Farben aus einer einzigen Quelle bieten. Folglich kann von einer Vorrichtung eine Vielzahl von Farben auf die Reaktionsmischung projiziert werden, wodurch die Bandbreite verfügbarer optischer Effekte erhöht wird. Diese Vorrichtungen weisen den zusätzlichen Vorteil auf, dass sie bei niedriger Spannung arbeiten und nur eine kleine Batterie oder Solarzelle erfordern würden.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele illustrieren die Reaktionsmischungen der vorliegenden Erfindung, sollen jedoch nicht notwendigerweise den Geltungsbereich der Erfindung einschränken oder auf andere Art und Weise definieren.
Beispiel 1
Verfahren zum Beschichten der Wärme erzeugenden Teilchen
Wärme erzeugende Teilchen werden wie folgt mit Polyethylenglycol (PEG) beschichtet. Zunächst PEG 2000 in einen Glasbecher geben und erwärmen, bis es schmilzt, was bei ungefähr 50°C ± 5°C der Fall ist. Anschließend langsam unter mechanischem Rühren Magnesium zur PEG-Schmelze hinzugeben und dabei die Mischung auf 50°C ± 5°C halten. Drittens langsam und unter Fortsetzen des mechanischen Rührens Zitronensäure zur Mischung hinzugeben und die Mischung weiterhin auf 50°C ± 5°C halten. Schließlich unter fortgesetztem Rühren die flüchtige Komponente zur Mischung hinzugeben und die Mischung ungefähr 10 Minuten lang auf 50°C ± 5°C halten. Die Mischung in einen Kunststoffbehälter geben und leicht gegen den Behälter klopfen, um die Mischung zu glätten. Den Behälter sofort mit Folie verschließen und bei –10°C mindestens 60 Minuten lang lagern.
Beispiel 2
Tabelle 3 weiter unten zeigt die Höhe des entstehenden Schaums bei drei verschiedenen Formulierungen, die drei Tage lang bei 40°C/75% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert wurden. Formulierung A enthält keine Komponente zur Schaumverhinderung, Schaum entsteht innerhalb der ersten fünf Minuten, und die Höhe des Schaums nimmt bis zur maximalen Höhe von 15 mm nach 13 Minuten kontinuierlich zu. Formulierungen B und C enthalten beide die Komponente zur Schaumverhinderung, hier besteht der verwendete Schaumverhinderer aus 4,25% Polydimethylsiloxan, 0,75% SiO₂ und 95% PEG8000, verkauft unter der Handelsbezeichnung BLUE AE COFLAKE von Heterene. Das Ergebnis des Hinzufügens des Schaumverhinderers ist ein Verzögern des Auftretens von Schaum um 25 Minuten und ein Verringern der maximalen Höhe des Schaums auf 2 mm oder weniger.
Tabelle 3 Schaumverhinderer enthaltende Formulierungen und Schaumverhinderungswirkung Formulierung
Die Konzentration des Schaumverhinderers sollte begrenzt sein, so dass die Reaktionsgeschwindigkeit nicht, wie im Falle des in Tabelle 3 verwendeten Schaumverhinderers, herabgesetzt wird, wobei angenommen wird, dass sie aufgrund des hohen Anteils von PEG8000 auftritt. Die Konzentration des Schaumverhinderers sollte ebenfalls begrenzt sein, damit am Ende der Reaktion kein Rückstand bleibt. Die Konzentration des Schaumverhinderers reicht von ungefähr 0,005% bis ungefähr 5%, vorzugsweise von 0,01% bis ungefähr 3%, und am meisten bevorzugt von ungefähr 0,05% bis ungefähr 2%.
Beispiel 3 Tabelle 4 Formulierungen für kontinuierliche Schicht
Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung dar in Bezug auf die Zeit, die erforderlich ist, um eine Zieltemperatur zu erreichen, indem das Molekulargewicht des PEG erhöht wird, so dass ein System mit einer kontinuierlichen Schicht verwendet werden kann. Das PEG mit dem höheren Molekulargewicht ergibt ein viskoseres Medium, bei dem die exothermen Teilchen am Migrieren während der Lagerung gehindert werden. Die vorliegende Erfindung, demonstriert in den Formulierungen in Tabelle 4, wurde 24 bis 36 Stunden lang bei 50°C gelagert. Die von Zweischichtsystemen gezeigte Teilchenmigration tritt nicht auf, und die Reaktion der vorliegenden Erfindung erreicht innerhalb von 20 Minuten die Zieltemperatur.

Claims

Exotherme Reaktionsmischung, umfassend die folgenden Reaktionskomponenten: a) Wärme erzeugende Teilchen; b) flüchtige Komponente; c) Schaumverhinderer; und d) Puffer, wobei die Reaktionsmischung suspendiert ist in einer wasserlöslichen Beschichtung mit kontinuierlicher Phase, umfassend mindestens einen wasserlöslichen Bestandteil der Beschichtung, bestehend aus PEG mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 6000 und Mischungen davon.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, wobei die Reaktionskomponenten weiterhin eine wässrige Lösung umfassen.
Reaktionsmischung nach Anspruch 2, wobei, wenn die Reaktionskomponenten miteinander vermischt werden, die Temperatur der Reaktionsmischung innerhalb von weniger als etwa 30 Minuten, vorzugsweise innerhalb von weniger als etwa 20 Minuten, auf eine Solltemperatur ansteigt, die höher als ungefähr 35°C und niedriger als ungefähr 75°C ist, vorzugsweise zwischen ungefähr 35°C und 60°C.
Reaktionsmischung nach Anspruch 3, wobei die Reaktionsmischung mindestens ungefähr 45 Minuten lang, vorzugsweise mindestens ungefähr 60 Minuten lang, am meisten bevorzugt ungefähr 80 Minuten lang, nicht mehr als 15°C, vorzugsweise nicht mehr als 10°C, von der Solltemperatur abweicht.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, wobei die flüchtige Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Duftstoff, einem Riechstoff, einem Insektenschutzmittel, einem Räuchermittel, einem Desinfektionsmittel, einem Bakterizid, einem Insektizid, einem Pestizid, einem Germizid, einem Akarizid, einem desodorierenden Mittel, einem nebelbildenden Mittel und Mischungen davon.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, wobei die flüchtige Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Moschusöl, Zibet, Bibergeil, Ambra, Pflanzenduftstoffen, Sandelholzöl, Neroliöl, Bergamottöl, Zitronenöl, Lavendelöl, Salbeiöl, Rosmarinöl, Pfefferminzöl, Eukalyptusöl, Menthol, Kampfer, Verbenenöl, Citronellöl, Cauoutöl, Salbeiöl, Gewürznelkenöl, Kamillenöl, Sandelholzöl, Costusöl, Labdanumöl, Ginsterextrakt, Karottensamenextrakt, Jasminextrakt, Mimosenextrakt, Narzissenextrakt, Olibanumextrakt, Rosenextrakt, Acetophenonen, Dimethylindanderivaten, Naphthalinderivaten, Allylcaprat, alpha-Amylzimtaldehyd, Anethol, Anisaldehyd, Benzylacetat, Benzylalkohol, Benzylpropionat, Borneol, Cinnamylacetat, Cinnamylalkohol, Citral-citronnellal, Cuminaldehyd, Cyclamenaldehyd, Decanol, Ethylbutyrat, Ethylcaprat, Ethylcinnamat, Ethylvanillin, Eugenol, Geraniol, Hexenol, alpha-Hexyl-zimtaldehyd, Hydroxycitronellal, Indol, Isoamylacetat, Isoamyl-isovalerat-isoeugenol, Linalol, Linalylacetat, p-Methylacetophenon, Methylanthranilat, Methyldihydrojasmonat, Methyleugenol, Methyl-beta-naphtholketon, Methylphenylcarbinylacetat, Moschusketon, Moschusxylol, 2,5,6-Nanodinol, gamma-Nonalacton, Phenylacetaldehyd-dimethylacetat, beta-Phenylethylalkohol, 3,3,5-Trimethylcyclohexanol, gamma-Undecalacton, Undecenal, Vanillin und Mischungen davon.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, wobei die Wärme erzeugenden Teilchen ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus nicht komplexierten Metallen, Metallsalzen, Metalloxiden, Metallhydroxiden, Metallhydriden und Mischungen davon, wobei die Metalle ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Beryllium, Magnesium, Lithium, Natrium, Calcium, Kalium, Eisen, Kupfer, Zink, Aluminium und Mischungen davon.
Reaktionsmischung nach Anspruch 7, wobei die Wärme erzeugenden Teilchen ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Berylliumhydroxid, Berylliumoxid, Berylliumoxid-Monohydrat, Lithiumaluminiumhydrid, Calciumoxid, Calciumhydrid, Kaliumoxid, Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat, Aluminiumbromid, Aluminiumiodid, Natriumtetraborat, Natriumphosphat und Mischungen davon.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, wobei die Wärme erzeugenden Teilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von ungefähr 10 μm bis ungefähr 1000 μm, vorzugsweise von ungefähr 100 μm bis ungefähr 500 μm, und mehr bevorzugt von ungefähr 200 μm bis ungefähr 400 μm aufweisen.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, wobei der Puffer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Zitronensäure, Apfelsäure, Fumarsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Oxalsäure, Malonsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Glycolsäure, Asparaginsäure, Pimelinsäure, Maleinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephtalsäure, Glutaminsäure, Milchsäure, Hydroxyacrylsäure, alpha-Hydroxybuttersäure, Glycerinsäure, Tatronsäure, Salicylsäure, Gallussäure, Mandelsäure, Tropasäure, Ascorbinsäure, Gluconsäure, Zimtsäure, Benzoat, Phenylessigsäure, Nicotinsäure, Kaininsäure, Sorbinsäure, Pyrrolidon-Carbonsäure, Trimelinsäure, Benzolsulfonsäure, Toluolsulfonsäure, Kaliumdihydrogenphosphat, Natriumhydrogensulfit, Natriumdihydrogenphosphat, Kaliumhydrogensulfit, Natriumhydrogenpyrosulfit, saurem Natriumhexametaphosphat, saurem Natriumpyrophosphat, saurem Kaliumpyrosulfat, Sulfaminsäure, ortho-Phosphorsäure, Pyrophosphorsäure und Mischungen davon.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen den Wärme erzeugenden Teilchen und dem Puffer im Bereich liegt von 200:1 bis 1:200, vorzugsweise von 50:1 bis 1:50, und mehr bevorzugt von 10:1 bis 1:10.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, wobei der Schaumverhinderer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus silikonhaltiger, Schaum unterdrückender Verbindung, einer alkoholhaltigen, Schaum unterdrückenden Verbindung, geruchfreien Leichtpetroleum-Kohlenwasserstoffen, Fettsäureestern, Fettsäureestern einwertiger Alkohole, aliphatischen C18-C40-Ketonen, nichtionischen Polyhydroxyderivaten und Mischungen davon.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Verdickungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyacrylsäuren, Gummistoffen, Cellulose, ethoxylierter Cellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Ton, Kieselerde und Mischungen davon.
Reaktionsmischung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein wasserlösliches Mittel zur optischen Verbesserung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Farbstoff, einem Chemilumineszenzmittel, einem Fluoreszenzmittel, einem Perlglanzmittel und Mischungen davon.
Reaktionsmischung nach Anspruch 14, wobei das Mittel zur optischen Verbesserung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Glühwürmchen-Luziferase, Adenosintriphosphat, Ethylenglycoldistearat und Mischungen davon.
Verfahren zur Erzeugung von Wärme mittels eines Systems mit kontinuierlicher Phase, das Verfahren umfassend die Schritte des: a) Bereitstellens Wärme erzeugender Teilchen beschichtet mit einer wasserlöslichen Beschichtung, welche die Wärme erzeugenden Teilchen vollständig umhüllt, wobei die wasserlösliche Beschichtung besteht aus PEG aufweisend ein Molekulargewicht von 2000 bis 6000 und Mischungen davon; b) Bereitstellens einer flüchtigen Komponente, eines Schaumverhinderers und eines Puffers; und c) Hinzufügens der beschichteten Wärme erzeugenden Teilchen, der flüchtigen Komponente, des Schaumverhinderers und des Puffers in eine wässrige Lösung.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei Schritt (b) ferner den Schritt des Bereitstellens eines Verdickungsmittels umfasst.
Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme, umfassend einen Behälter und die folgenden Reaktionskomponenten: a) eine wasserlösliche Beschichtung vollständig einschließend Wärme erzeugende Teilchen, wobei die wasserlösliche Beschichtung besteht aus PEG aufweisend ein Molekulargewicht von 2000 bis 6000 und Mischungen davon; b) flüchtige Komponente; c) Schaumverhinderer; und d) Puffer.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Reaktionskomponenten ferner eine wässrige Lösung umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei eine Reaktionsmischung geschaffen wird, wenn die Reaktionskomponenten vermischt werden, und die Temperatur der Reaktionsmischung innerhalb von mindestens 30 Minuten, vorzugsweise innerhalb von mindestens ungefähr 20 Minuten, auf eine Solltemperatur, die höher ist als ungefähr 35°C und niedriger als ungefähr 75°C, vorzugsweise zwischen ungefähr 35°C und 60°C, ansteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Reaktionsmischung mindestens ungefähr 45 Minuten lang, vorzugsweise mindestens ungefähr 60 Minuten lang, am meisten bevorzugt mindestens ungefähr 80 Minuten lang, nicht mehr als 10°C von der Solltemperatur abweicht.
Vorrichtung nach Anspruch 18, ferner umfassend eine Licht aussendende Vorrichtung, welche in der Lage ist, eine Vielzahl von Farben auszusenden, vorzugsweise eine Leuchtdiode.