DE602004006013T2

DE602004006013T2 - Gerät zur diffusion von flüchtigen flüssigkeiten

Info

Publication number: DE602004006013T2
Application number: DE602004006013T
Authority: DE
Inventors: Thomas Nyack MCGEE; Richard P. Hoboken SGARAMELLA; Colin Brown; Guy Edward Naish
Original assignee: Givaudan SA
Current assignee: Givaudan SA
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: ATE359834T1; WO2005044321A1; CN100435856C; PL1682191T3; DE602004006013D1; JP2007514463A; US20070252017A1; MXPA06004851A; EP1682191A1; BRPI0416350A; EP1682191B1; KR20060111504A; CN1878575A; CA2543637A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Dissemination von flüchtigen Flüssigkeiten in eine Atmosphäre.
Ein sehr verbreitetes Gerät zur Dissemination einer flüchtigen Flüssigkeit, wie beispielsweise eines Duftstoffes oder eines Insektizids, in eine Atmosphäre besteht aus einem porösen Übertragungselement, wie beispielsweise einem porösen Docht, der mit einem Reservoir einer flüchtigen Flüssigkeit in Kontakt ist. Die Flüssigkeit steigt diesen Docht hinauf und verdampft in die Atmosphäre. Dieses System hat Nachteile, wie beispielsweise die geringe Oberflächengröße für die Verdampfung und die Tendenz des Dochtes, komplexe Gemische zu zerlegen, wie beispielsweise Duftstoffe, so dass einige Komponenten früher verflüchtigen, als andere, und die volle Wirkung des Duftstoffs verloren geht.
Es ist vorgeschlagen worden, diesen Nachteil durch Verwendung äußerer Kapillaren zu überwinden, d.h. mit Hilfe von Kapillarkanälen, die in ein geeignetes Substrat geschnitten oder gespritzt sind. Ein Beispiel ist im US-Patent 4 913 350 beschrieben, wo ein äußere Kapillaren enthaltendes Element in eine Flüssigkeit eingesetzt ist. In einer weiteren Ausführungsform, die in der anhängigen GB-Patentanmeldung 0 306 449 beschrieben ist, ist ein Kapillar-Flächenelement an einem bekannten Übertragungselement angebracht, d.h. ein Flächenkörper, der sich im Wesentlichen senkrecht von dem Übertragungselement erstreckt, und Kanäle kapillarer Abmessungen aufweist, zu denen eine flüchtige Flüssigkeit gelangen und daran zur Verdampfung entlang wandern kann. Dieser Flächenkörper ist im Allgemeinen mit dem Übertragungselement mittels eines Lochs im Flächenkörper in Kontakt, durch das das Übertragungselement vorsteht und in das dieses eng eingepasst ist, wobei wenigstens einige dieser Kanäle das Übertragungselement so berühren, dass Flüssigkeit aus dem Element auf den Flächenkörper übertreten kann ("Flüssigkeitsübertragungskontakt").
Obgleich diese Technologie signifikante Vorteile gegenüber den porösen Dochten des Standes der Technik bietet, sind diese Vorteile doch niemals vollständig realisiert worden. Es ist nun ermittelt worden, dass es möglich ist, die vollen Vorteile der Technologie zu erhalten, indem auf gewisse fundamentale Parameter zugegriffen wird. Die Erfindung gibt daher ein Gerät an, das dazu eingerichtet ist, eine flüchtige Flüssigkeit in eine Atmosphäre aus einem Reservoir zu disseminieren, wobei die Übertragung in die Atmosphäre mittels eines porösen Übertragungselements erreicht wird, das Flüssigkeit aus dem Reservoir zu einer Verdampfungsfläche überträgt, die ein Kapillar-Flächenkörper in Flüssigkeitskontakt mit dem Übertragungselement ist und sich im Wesentlichen quer davon erstreckt, und das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, dass das Material des Flächenkörpers, ein Kunststoffmaterial ist, das eine Shore-D-Härte von 50 bis 80 und eine Dicke von 0,75 bis 1,25 mm aufweist.
Der kapillare Flächenkörper und das Übertragungselement sind getrennte Komponenten, die, wenn notwendig, zusammengesetzt werden können. Typische Übertragungselemente sind poröse Dochte aus Kunststoff, Graphit und Keramik, hergestellt durch jedes geeignete Verfahren, beispielsweise durch Extrusion oder Sintern. Ein bevorzugtes Material ist ein poröser Kunststoff, wie beispielsweise Polyester.
Das Übertragungselement kann jede geeignete Gestalt oder Konstruktion aufweisen. Einige Beispiele geeigneter Konfigurationen sind:

– das Übertragungselement ist in der Gestalt leicht kegelstumpfförmig, wobei das schmalere Ende vom Reservoir am weitesten entfernt ist; dieses ermöglicht es, einen Kapillar-Flächenkörper mit einer kreisförmigen Öffnung leicht auf das Übertragungselement zu schieben und daran zu befestigen;
– das Vorsehen einer geeigneten Platzierungsöffnung im Übertragungselement für einen Kapillar-Flächenkörper, beispielsweise eine ringförmige Nut oder ein Schlitz für eine passende Nase im kapillaren Diffusionselement, um ein einfaches Anbringen zu ermöglichen.

Es kann eine Kombination aller oder irgendwelcher dieser Elemente verwendet werden. Außerdem sind auch andere Konstruktionen, die hier nicht erwähnt sind, die aber innerhalb des Fachwissens liegen, eingeschlossen.
Das Kunststoffmaterial kann aus jedem geeigneten Kunststoffmaterial ausgewählt sein, das die gewünschten Härteeigenschaften hat. Die Shore-D-Härte ist eine sehr gut bekannte Eigenschaft in der Kunststoffindustrie und ist ein übliches Maß. Es ist ein überraschendes Merkmal dieser Erfindung, dass dieser Parameter eine Auswirkung auf die Wirksamkeit einer Verdampfungsfläche haben sollte, es ist sogar herausgefunden worden, dass er einen markanten Einfluss hat. Die gewünschten Shore-D-Harten sind ziemlich weich nach den Normen der Kunststoffindustrie. Natürlich sollte das Kunststoffmaterial auch in geeigneter Weise inert in Bezug auf alle in der Flüssigkeit enthaltenen Materialien sein. Es sollte auch ein Material sein, das die Ausbildung von Kapillarkanälen durch alle geeigneten Mittel ermöglicht, beispielsweise durch Gravierung oder durch Spritzformung. Das Spritzformen ist das bevorzugte Verfahren zum Herstellen des Kapillar-Flächenkörpers. Kapillarkanäle sind typischerweise V-Kanäle, deren typische Abmessungen 0,1 bis 0,5 mm Breite und 0,1 bis 0,5 mm Tiefe sind, wobei der "V"-Winkel des Kanals 10° bis 25° beträgt. Der Fachmann erkennt leicht, welche Art von Kunststoffmaterial für den Einsatz geeignet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Kunststoffmaterialien zur Verwendung bei der Herstellung von Kapillar-Flächenkörpern, die für die Verwendung bei dieser Erfindung geeignet sind, eine Oberflächenenergie von 10 bis 50 Dyn/cm. Die Oberflächenenergie von Kunststoffmaterial ist von seiner Molekularstruktur abhängig und ist ein Maß für die Fähigkeit einer Oberfläche, benetzt zu werden. Je mehr inert ein Kunststoffmaterial chemisch ist, umso geringer ist seine Oberflächenenergie. Somit haben Materialien wie Polyethylen, Polypropylen und PTFE niedrige Oberflächenenergien, während Kunststoff mit mehr polaren Gruppen höhere Oberflächenenergien haben. Vorzugsweise liegt die Oberflächenenergie im Bereich zwischen 30 und 45 Dyn/cm.
Das Gerät wird gewöhnlich mit demontiertem Kapillar-Flächenkörper und einer Schutzkappe über dem porösen Element geliefert. Das Gerät wird in Betrieb genommen, indem die Kappe abgenommen wird und der Kapillar-Flächenkörper auf das Übertragungselement so aufgesetzt wird, dass er in Flüssigkeitsübertragungskontakt mit dem Übertragungselement ist. Dies kann beispielsweise durch Verwendung einer der oben beschriebenen Befestigungseinrichtungen sichergestellt werden.
Die Erfindung ist für die Verwendung mit jeder flüchtigen Flüssigkeit geeignet, die mittels eines porösen Dochtes in eine Atmosphäre disseminiert werden kann. Kommerzielle Materialien dieses Typs, speziell Duftstoffe, sind im Allgemeinen Zusammensetzungen mit sorgfältig formulierten Eigenschaften und enthalten mehrere Bestandteile, wobei die genaue Natur dieser Zusammensetzungen geheim gehalten wird. Was auch immer die Natur dieser Zusammensetzungen sein mag, ist jedoch ein Merkmal dieser Erfindung, dass sie sehr viel wirksamer durch die Vorrichtung dieser Erfindung disseminiert werden, als durch einen Docht allein.
Die Erfindung gibt daher zusätzlich ein Verfahren zur Dissemination einer flüchtigen Flüssigkeit in eine Atmosphäre mittels ihrer Absorption in und ihres Fortschreiten längs eines im Wesentlichen zylindrischen, porösen Dochts und dann längs einer Verdampfungsoberfläche an, die sich im Wesentlichen quer vom Docht erstreckt und in Flüssigkeitsübertragungskontakt mit diesem ist, wobei die Verdampfungsoberfläche einen Kapillar-Flächenkörper aus einem Kunststoffmaterial umfasst, der eine Shore-D-Härte zwischen 50 und 80 und eine Dicke zwischen 0,75 und 1,25 mm hat.
Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispiele beschrieben.
Beispiel 1
1 mm dicke, außen mit Kapillaren versehene Flächenkörper wurden aus den Materialien in der folgenden Tabelle erstellt, und die Shore-Härte wurde gemessen. Dieses wurde mittels eine Shore-(Durometer)Tests entsprechend ASTM D2240 00 ausgeführt. Das verwendete Gerät war ein Hardmatic HH-337-01 von Mitutoyo. In den Kunststoff wurde ein Stempel eingedrückt, und dieses macht die Nadel der Messlehre zwangsläufig rund, und der Anzeiger zeichnet den Maximumwert auf. Dieser ist die Shore-D-Härte. Die einzelnen Flächenkörper hatten zentrale Löcher, die es erlaubten, sie an kegelstumpfförmigen Dochten zu befestigen, indem sie einfach auf die Dochte aufgesteckt wurden.

Handelsname	Materialart	(gemessene) Härte (Shore-D)
BOREALIS* MG 9641-R	Polyethylen PR (HDPE)	56
SAN* 386R/774	Styrol-Acrylnitril-Copolymer SAN	87
EXACT* 8210	Octan-1-Plastomer	44
POLYAC* PA-758	Acrylnitril-Butadien-Styrol ABS	81
IUPITAL* F40-03	Polyoximethylen POM (Acetal)	80
LUPOY* GP5001 A-F	PC/ABS	80
IPETHENE* 320	Polyethylen PE(LDPE)	45
RADIATER* E AX1 100	Polyethylenterephthalat PETG	79
116201	Polyethylen PE (LLDPE)	47
ESCORENE* VL2020	Ethylenvinylacetat EVA	41
PS 146L	Polystyrol PS	83
IUPILON* S3000	Polycarbonat PC	84
PP 7075 L1	Polypropylen PP	55
ITOCHU* H202	Polyethylenterephthalat PETG	74
IOTEK 8020	Ionomer (Natrium)	62

* Handelsmarke

Kegelstumpfförmige Dochte aus Polyester (ex Micropore) wurden in einen Behälter eingebracht, der eine Vanilleduftstoffmischung enthielt, die für Luftauffrischungsanwendungen verwendet wird (dieser Duftstoff hat den Vorteil, dass er leicht sichtbar ist). Es wurde ihnen ermöglicht, sich über Nacht auszugleichen.
Die mit den äußeren Kapillaren versehenen Flächenkörper wurden auf einen kegelstumpfförmigen Docht aufgeschoben, bis ein enger Kontakt zwischen dem Flächenkörper und dem Docht hergestellt war (der für eine sichere Flüssigkeitsübertragung geeignet war). Der Prozentsatz der Kapillaren, in denen Flüssigkeit vorhanden war, wurde optisch nach sechs Minuten geprüft (0% für keine Übertragung vom Docht auf die Kapillare, 100% für die Anwesenheit von Flüssigkeit in allen Kapillaren, wobei die Flüssigkeit bis zum Ende aller Kapillaren gewandert ist). Die Resultate sind in der graphischen Darstellung von 1 gezeigt.
Der Graph zeigt, dass für eine optimale Flüssigkeitsübertragung das Material eine Shore-D-Härte zwischen 50 und 80 haben muss.
Beispiel 2
Zwei kegelstumpfförmige Dochte wurden in einzelne Behälter eingebracht, die die Duftstoffmischung von Beispiel 1 enthielten. Es wurde ihnen ermöglicht, sich über Nacht auszugleichen. Zu einem dieser Dochte wurde ein kapillarer Flächenkörper aus Polypropylen hinzugefügt, der eine Dicke von 1 mm und eine Shore-Härte von 55 hatte, während zu dem anderen ein ansonsten gleicher Flächenkörper einer Dicke von 1,5 mm hinzugefügt wurde. Der Prozentsatz, mit dem jeder Flächenkörper durch die Flüssigkeit benetzt wurde, ist in der folgenden Tabelle gezeigt.

Dicke des mit Außenkapillaren versehenen Flächenkörpers % des benetzten kapillaren Flächenkörpers

1,5 mm 25%

1,0 mm 100%
Die Spezifikation der Kapillardicke für eine direkte Flüssigkeitsübertragung, wie in US 4 913 350 beschrieben, ist somit für die Verwendung in einem hybriden Dochtsystem nicht geeignet, da sie keinen optimalen Flüssigkeitsübertragungskontakt ergibt. Die ideale Dicke ist maximal 1,25 mm. Der untere Grenzwert der Dicke ist 0,75 mm, der durch die Grenze gegeben ist, dass gute Kapillaren in einem geeigneten Herstellungsvorgang, wie beispielsweise durch Spritzformen, ausgebildet werden.

Claims

Gerät zur Dissemination einer flüchtigen Flüssigkeit in eine Atmosphäre aus einem Reservoir, wobei die Übertragung in die Atmosphäre mittels eines porösen Übertragungselements erreicht wird, das Flüssigkeit aus dem Reservoir zu einer Verdampfungsfläche überträgt, die ein Kapillar-Flächenkörper ist, der in Flüssigkeitsübertragungskontakt mit dem Übertragungselement ist und sich im Wesentlichen quer von diesem erstreckt und weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, dass das Material des Flächenkörpers ein Plastikmaterial ist, das eine Shore-D-Härte zwischen etwa 50 und 80 und eine Dicke zwischen 0,75 und 1,25 mm hat.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Anordnung aus Übertragungselement und Kapillar-Flächenkörper aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: (i) einem Übertragungselement, das leicht kegelstumpfförmiger Gestalt ist, dessen schmaleres Ende vom Reservoir am fernsten ist und auf den ein Kapillar-Flächenkörper, der eine kreisförmige Öffnung hat, aufgeschoben und befestigt ist; und (ii) einem Übertragungselement, das eine geeignete Aufnahmeöffnung hat, in der ein Kapillar-Flächenkörper befestigt werden kann.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem das Plastikmaterial des Kapillar-Flächenkörpers eine Oberflächenenergie von 15 bis 50 Dyn/cm hat.
Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Oberflächenenergie im bereich zwischen 30 und 45 Dyn/cm liegt.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Kapillarkanäle V-förmige Kanäle sind, die zwischen 0,1 und 0,5 mm breit und von 0,1 bis 0,5 mm tief sind und einen "V"-Winkel des Kanals von 10° bis 25° haben.
Verfahren zur Dissemination einer flüchtigen Flüssigkeit in eine Atmosphäre durch ihre Absorption in einen und ihr Fortschreiten längs eines im Wesentlichen zylindrischen, porösen Dochts und dann längs einer Verdampfungsfläche, die sich im Wesentlichen quer von dem Docht erstreckt und in Flüssigkeitsübertragungskontakt damit ist, wobei die Verdampfungsfläche ein Kapillar-Flächenkörper aus Plastikmaterial umfasst, das eine Shore-D-Härte von 50 bis 80 und eine Dicke von 0,75 bis 1,25 mm hat.