NL1005418C2 - Werkwijze voor het behandelen van een basismateriaal ter verkrijging van specifieke eigenschappen. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het behandelen van een basismateriaal ter verkrijging van specifieke eigenschappen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het behandelen van een basismateriaal ter verkrijging van 5 één of meer specifieke eigenschappen door in het basismateriaal een specifieke stof te diffunderen, die de specifieke eigenschap of eigenschappen direkt of indirekt veroorzaakt.

Indiffunderen van een vreemd materiaal in een 10 basismateriaal om dit te modificeren, is op zichzelf bekend. Bekend is onder meer het doteren van halfgeleiders om deze een p- of n-geleidingsvermogen te geven. Daarbij geschiedt het indiffunderen van "verontreinigingen" vanuit de gasfase.

Volgens de uitvinding is nu gevonden, dat het mogelijk 15 is om met behulp van een elektrisch veld specifieke stoffen te diffunderen in een zich in dit elektrische veld bevindend basismateriaal zodanig, dat aan dit materiaal nieuwe of veranderde eigenschappen worden gegeven. Deze eigenschappen kunnen eigen zijn aan de geïntroduceerde specifieke stoffen, 20 dan wel het gevolg zijn van de introductie van die stoffen of van het proces van introduceren. De eigenschappen omvatten de fysische struktuur, de optische eigenschappen, selectieve permeabiliteit voor gassen (membraanwerking), chemische eigenschappen, thermische eigenschappen, 25 mechanische eigenschappen, zoals buiging en treksterkte, elektrische eigenschappen en magnetische eigenschappen.

De uitvinding voorziet in een werkwijze zoals omschreven in de aanhef, met het kenmerk, dat het basismateriaal in contact gebracht wordt met een elektrisch 30 geleidend medium, en dat de specifieke stof wordt gediffundeerd en/of reageert in het basismateriaal onder invloed van een elektrisch veld, dat aangelegd wordt over het totaal van basismateriaal, elektrisch geleidend medium en specifieke 35 stof.

Verrassend is gebleken, dat een elektrisch veld in staat is om stoffen versneld te laten diffunderen in 1005418 2 basismaterialen die zich in het veld bevinden. Onder versnelde diffusie wordt ook injectie verstaan. Ook wordt hieronder verstaan een proces, waarbij elektrochemische reacties aan het basismateriaal een essentiële rol spelen 5 bij de diffusie en bij het teweegbrengen c.q. veranderen van eigenschappen. In alle gevallen dient over het basismateriaal een elektrisch veld te staan ter plaatse, waar of nabij waar de verandering beoogd wordt. Het resultaat van een dergelijke diffusie is, dat de 10 ingediffundeerde stof al dan niet samen met het basismateriaal leidt tot een nieuwe of veranderde eigenschap. Ook is het mogelijk dat het indiffunderen zelf nieuwe of veranderde eigenschappen aan het basismateriaal geeft, waarbij de geïntroduceerde stof op zichzelf geen 15 essentiële bijdrage meer heeft tot de nieuwe of veranderde eigenschap. Deze diffusie of injectie vindt globaal plaats langs de elektrische veldlijnen van het veld. De drijvende kracht hierachter is een al dan niet tijdelijke verhoging in het basismateriaal van de geleiding, de capaciteit, of een 20 combinatie van beide. Bij toepassing van kunststof als basismateriaal kunnen hierdoor onder meer ionomeren ontstaan. De vervaardiging van een ionomeer uit een kunststof door in contact brengen van een elektrisch geleidend medium met de kunststof en het aanleggen van een 25 elektrisch veld over het kunststofoppervlak is reeds bekend uit de, eveneens van aanvraagster afkomstige Nederlandse octrooiaanvrage 91 00815. Volgens de onderhavige uitvinding is het evenwel mogelijk gebleken, om ook andere eigenschappen van zo'n basismateriaal te veranderen, en 30 bovendien ook bij tal van andere basismaterialen dan kunststoffen.

Bij de uitvinding is het elektrische veld niet tot een bepaalde waarde beperkt. Het kan bovendien een homogeen veld zijn of een inhomogeen veld, zoals veroorzaakt door een 35 naaidelektrode of geleidende kwikdruppel. De veld-gedreven diffusie van te diffunderen stoffen in basismateriaal vindt reeds plaats bij een veldsterkte van de orde van 1 millivolt/millimeter. De bovengrens van het elektrische 1005418 3 veld wordt bepaald door de waarde, waarbij het beoogde produkt destructief zou worden vernietigd. Daarbij kan het veld een gelijkspanningsveld zijn, maar voor de meeste toepassingen verdient een wisselspanningsveld de voorkeur.

5 Zo is bijvoorbeeld voor zouten als te introduceren stof gevonden, dat des te hoger frequent het veld is (tot circa 50 kHz), des te effektiever de diffusie. Bij een wisselspanningsveld met een frequentie in het bereik van 10 Hz - 25 kHz zijn goede resultaten verkregen.

10 De uitvinding kan worden toegepast bij diverse soorten basismaterialen. Zo kan het basismateriaal een synthetisch of natuurlijk polymeer zijn. Verder kan het basismateriaal bestaan uit een keramisch of glasachtig materiaal. Bijzonder geschikt vindt de uitvinding verder toepassing bij een 15 basismateriaal, dat bestaat uit een samenstelling van materialen, omvattende een multilaagsysteem van stoffen, een fractale samenstelling van stoffen of een composiet. Ook is het mogelijk om de werkwijze volgens de uitvinding toe te passen op een olie- of vetachtige substantie als 20 basismateriaal. Het basismateriaal kan ten slotte ook bestaan uit een gel of pasta.

Het elektrisch geleidende medium heeft primair de taak er voor te zorgen dat het drijvende elektrische veld aanwezig is op de plaats, waar uit een basismateriaal een 25 beoogd produkt met veranderde eigenschappen moet worden vervaardigd. Het elektrisch geleidende medium kan doelmatig een vloeistof zijn. Dit biedt in het bijzonder het voordeel, dat de specifieke stof, bijvoorbeeld een zout, kan zijn opgelost of gesuspendeerd in de vloeistof. Ook kan het 30 elektrisch geleidende medium een gas of gasplasma zijn. Een andere mogelijkheid is een geleidende rubber of pasta. Tenslotte kan het geleidende medium ook bestaan uit een samenstelling van geleidende media.

In het geval van een geleidende vloeistof als elektrisch 35 geleidend medium kan de specifieke stof doelmatig worden gediffundeerd in het basismateriaal rechtstreeks vanuit de vloeistof. In het geval van een gas of gasplasma kan de specifieke stof ook worden geïntroduceerd vanuit één of meer 1005418 4 elektroden van het elektrodensysteem, dat zorgt voor het elektrische veld. Verder kan de specifieke stof zijn aangebracht op het oppervlak of in één van de lagen van het basismateriaal, waar doorheen deze stof moet worden 5 gediffundeerd. In al deze gevallen zorgt het elektrische veld voor een versnelde diffusie waarmee het beoogde effekt en de gewenste eigenschap bereikt wordt.

Met de werkwijze volgens de uitvinding is het mogelijk om tal van nieuwe eigenschappen in basismaterialen tot stand 10 te brengen. Dit betreft zowel fysische, chemische als mechanische eigenschappen.

Qua fysische struktuur is het mogelijk gebleken om in polyetheen als basismateriaal en water als geleidend medium, vanuit waar calciumzouten als de te introduceren specifieke 15 stof verschaft worden, een kanaalstruktuur op micron- en sub-micronschaal aan te brengen.

Qua optische eigenschappen is het mogelijk gebleken om in diverse transparante stoffen een licht-verstrooiend gebied te introduceren binnen het basismateriaal. Verder is 20 het mogelijk gebleken, met behulp van de elektrisch gedreven diffusie, specifieke stoffen in polyetheen te diffunderen, die er voor zorgen, dat het polyetheen lokaal intens kan worden gekleurd met een kleurstof. Bij andere materialen zal het daarentegen juist mogelijk zijn een stof transparant te 25 maken volgens de werkwijze van de uitvinding bij geschikte produktieparameters. In een aantal gevallen gaat de combinatie van verandering van fysische struktuur gepaard met het veroorzaken van een polariserend optisch effekt.

Qua chemische eigenschappen is het mogelijk gebleken een ' 30 polymeer te voorzien van actieve groepen, die kunnen reageren met binnendringende andere stoffen. De nieuwe of veranderde fysische en chemische eigenschappen kunnen basismaterialen geschikt maken tot bijvoorbeeld een membraan voor gassen of andere stoffen. Zo is onder meer gebleken, 35 dat polyetheen zodanig kan worden bewerkt, dat het bijvoorbeeld wel water doorlaat maar geen gehydrateerde ionen. Verder kan polyetheen zodanig behandeld worden, dat bepaalde gassen kunnen worden ingevangen, doordat groepen 1005418 5 werden geïntroduceerd waar deze gassen mee reageren. Aldus is de vervaardiging van een gasscheidingsfilter mogelijk.

Een andere mogelijke toepassing is de vervaardiging van sensoren, die bijvoorbeeld van kleur veranderen of andere 5 signaalfunkties hebben bij binnendringing van bepaalde gassen of andere stoffen.

Qua thermische eigenschappen kan een veroorzaakte wijziging van microstruktuur de thermische isolatiewaarde verhogen, terwijl de introductie van thermisch goed 10 geleidende stoffen een basismateriaal juist beter thermisch geleidend kan maken. Door bijvoorbeeld zout met behulp van een elektrisch veld te diffunderen in rubber als basismateriaal wordt bereikt, dat het basismateriaal beter doordringbaar wordt voor water en daardoor thermisch beter 15 gaat geleiden.

Qua mechanische eigenschappen kan de veroorzaakte wijziging in microstruktuur een gewenste verandering in het basismateriaal tot stand brengen.

Qua elektrische eigenschappen biedt de werkwijze volgens 20 de uitvinding, behalve de vervaardiging van ionomeren, zoals reeds bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 91 00815, tal van verdere mogelijkheden, zoals beïnvloeding van het geleidingsvermogen, capacitieve werking en dergelijke.

Qua magnetische eigenschappen kunnen ijzerhoudende 25 stoffen en andere magnetiseerbare stoffen nieuwe of veranderde magnetische eigenschappen in een basismateriaal teweeg brengen.

De te introduceren stof dient zelf direkt dan wel indirekt een eigenschap teweeg te brengen, of de introductie 30 van de stof dient direkt dan wel indirekt een eigenschap teweeg te brengen, dan wel een combinatie van beide dient te geschieden. Een voorbeeld van een stof die een direkte eigenschap teweeg brengt is kopersulfaat bij een polyetheen als basismateriaal. Eenmaal in het basismateriaal aanwezig, 35 is het resulterende materiaal in staat om zoutzuurgas te vangen, waarbij het sulfaat wordt omgezet in bisulfaat. Een voorbeeld van een stof die indirekt een eigenschap teweeg brengt is een stof, zoals koperionen, die vorming van 1005418 6 geoxydeerde groepen zoals carboxylaatgroepen, in een polymeer als basismateriaal bevordert. Een voorbeeld van een stof waarbij de introduktie zelf de eigenschap veroorzaakt, is een calciumzout met bijvoorbeeld polyetheen als 5 basismateriaal, waarbij microkanaaltjes ontstaan. De eigenschappen van deze kanaaltjes hoeven niet meer gerelateerd te zijn aan de calciumzouten zelf, maar wel aan de introductie daarvan.

In geval van de bewerking van een samengesteld materiaal 10 als basismateriaal kan de te introduceren stof vanuit één van de lagen van het basismateriaal in een andere laag van het basismateriaal doordringen, ook wanneer die eerstgenoemde laag zelf niet als het elektrisch geleidende medium zou worden aangemerkt. Een voorbeeld hiervan is de 15 bewerking van een samengesteld basismateriaal bestaande uit een laag grafiet met toevoegingen op een polyetheenlaag. Na aanbrengen van een elektrisch geleidend medium aan het oppervlak van de grafietlaag dat van het polyetheen is afgekeerd, zullen - na aanleggen van een elektrisch veld 20 over het basismateriaal bestaande uit het grafiet en het polyetheen - geselecteerde toevoegingen in staat zijn vanuit de grafietlaag het polyetheen binnen te dringen, waardoor de eigenschappen ter plekke van het polyetheen gewijzigd worden. De eerder genoemde koper- of calciumzouten hadden 25 bijvoorbeeld in de grafietlaag gemengd kunnen zijn.

Het eindprodukt bezit over het algemeen de vorm van een vel of de vorm van een coating over een drager. Het kan echter ook een cilinder, holle kegel of bolvorm zijn. Bij een samengesteld basismateriaal kan het ook een netwerk van 30 een stof binnen een andere stof zijn. Karakteristiek is dat er ooit een elektrisch veld over het produkt heeft moeten kunnen staan. Daarna kan het echter verder bewerkt zijn, waarbij de geometrie en zelfs de fysische struktuur verder is veranderd. Een voorbeeld is de introduktie van 35 eindgroepen als carboxylaat in een polymeer. Wanneer het polymeer verwarmd wordt tot nabij het smeltpunt, kunnen de groepen gaan clusteren. Het is mogelijk het polymeer op dat moment te vervormen. De fysische struktuur van het polymeer 1005418 7 met eindgroepen kan echter mede veranderen doordat de eindgroepen kunnen gaan clusteren. Na afkoelen heeft dan niet alleen het polymeer een andere macroscopische vorm gekregen, ook het deel met de eindgroepen is gewijzigd en 5 heeft na de verwarming andere optische eigenschappen dan er voor. Bovendien kunnen kristalvormen ontstaan die voor de verwarming niet aanwezig of mogelijk waren. Dit is gebleken in polyetheen, waarin carboxylaatgroepen werden geïntroduceerd middels bovengenoemd proces. Na opwarmen tot 10 boven 100°C en afkoelen bleek een afwijkende herkristallisatie op te treden.

Basismaterialen die behandeld kunnen worden volgens het aangegeven procédé kunnen zijn: synthetische of natuurlijke polymeren, keramieken, olie- of vetachtige substanties, 15 gels, pasta’s, glasachtige stoffen, rubbers, vloeistoffen, coatings, samenstellingen van materialen zijnde multilaag-systemen van stoffen, fractale samenstellingen van stoffen, kunststoffen of composieten.

Het proces is toepasbaar op grote objecten als 20 keramische oppervlakken, oliefilms en polymeerfolies. Het proces is echter ook op microscopische of submicroscopische schaal in te zetten bij het teweegbrengen van eigenschappen in bijvoorbeeld micro-elektronicacomponenten.

Een goede werkwijze voor het teweegbrengen van nieuwe of 25 veranderde eigenschappen is de te introduceren stof vanaf twee zijden het basismateriaal in te laten diffunderen. Hierbij kan onder andere de werkwijze volgens de eerdergenoemde octrooiaanvrage worden gevolgd. Daarbij werd aan beide zijden van een gootvormig polymeerfolie een 30 vloeibaar elektrisch geleidend medium aangebracht met elektroden. Echter ook andere basismaterialen dan polymeren worden thans beoogd, zoals gels en dergelijke, en ook polymeren als basismateriaal, waarbij echter het eindmateriaal niet als ionomeer kan worden gekenmerkt. Een 35 eenzijdige toevoer van te introduceren stof is ook mogelijk. Dit laatste kan bijvoorbeeld bij coatings of in samengestelde materialen voorkomen.

Voorbeelden van toepassingen van de volgens bovengenoemd 1005416 8 procédé vervaardigde materialen en samengestelde systemen zijn: membranen voor filtertechnieken voor gassen, ionen, vloeistoffen; produkten met specifieke optische eigenschappen; halffabrikaten in de chemische industrie, 5 geschikt voor vervolgreacties; stoffen met een ingebouwde signaalfunktie voor de aanwezigheid van specifieke gassen; magnetische kunststoffen; het verkrijgen van hechtlagen in systemen; het lossen van lagen; ionengeleiders; thermische geleiders of isolatoren; chemische verandering of afbraak 10 van oliefilms op water; verkrijgen van lagen en coatings met specifieke eigenschappen op of in componenten in de microelektronica.

- conclusies - 1005418

Claims (16)

1. Werkwijze voor het behandelen van een basismateriaal ter verkrijging van één of meer specifieke eigenschappen door in het basismateriaal een specifieke stof te 5 diffunderen, die de specifieke eigenschap of eigenschappen direkt of indirekt veroorzaakt, met het kenmerk, dat het basismateriaal in contact gebracht wordt met een elektrisch geleidend medium, en 10 dat de specifieke stof wordt gediffundeerd en/of reageert in het basismateriaal onder invloed van een elektrisch veld, dat aangelegd wordt over het totaal van basismateriaal, elektrisch geleidend medium en specifieke stof.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het elektrische veld een gelijkspanningsveld is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 20 dat het elektrische veld een wisselspanningsveld is.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het wisselspanningsveld een frequentie heeft in het bereik van 10 Hz tot 25 kHz.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het basismateriaal een synthetisch of natuurlijk polymeer is.

6. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, 30 met het kenmerk, dat het basismateriaal een keramisch of glasachtig materiaal is. 1005418

7. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het basismateriaal bestaat uit een samenstelling van materialen, omvattende een multilaag-systeem van stoffen, 5 een fractale samenstelling van stoffen of een composiet.

8. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het basismateriaal een olie of vetachtige substantie is.

9. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het basismateriaal een gel of pasta is.

10. Werkwijze volgens één der conclusies 1-9, met het kenmerk, 15 dat het elektrisch geleidende medium een vloeistof is.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de specifieke stof is opgelost of gesuspendeerd in de vloeistof.

12. Werkwijze volgens één der conclusies 1-9, met het kenmerk, dat het elektrisch geleidende medium een gas of gasplasma is.

13. Werkwijze volgens één der conclusies 1-9, 25 met het kenmerk, dat het elektrisch geleidende medium een geleidende rubber of pasta is.

14. Werkwijze volgens één der conclusies 10, 12 of 13, met het kenmerk, 30 dat de specifieke stof wordt geïntroduceerd vanuit één of meer elektroden van het elektrodensysteem, dat zorgt voor 1005418 het elektrische veld.

15. Werkwijze volgens één der conclusies 10, 12 of 13, met het kenmerk, dat de specifieke stof is aangebracht op het oppervlak 5 of in een van de lagen van het basismateriaal waar doorheen deze stof moet worden gediffundeerd.

16. Werkwijze volgens één of meer der conclusies 10 - 13, met het kenmerk, dat het elektrisch geleidende medium bestaat uit een 10 samenstelling van meerdere geleidende media. 1005418 SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE ID6NTIF KATIE VAN OE NATIONALE AANVRAGE Kenmerk van <M aanvrager of ν·η de gemachtigd* 62118 Nederlandse aanvrage nr. Indieningsdatum 1005418 3 maart 1997 Ingeroepen voorrangidatum Aanvrager (Naam) KEMA NEDERLAND B.V. Datum*van het verzoek voor een onderzoek ven intemetionaal type Door de Instantie voor Internationaal Onderzoek (ISA) aan het verzoek voor een onderzoek ven internationaal type toegekend nr. SN 29134 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende dassrfieaties.alleclassifieatiesymbolen opgeven) Volgens de Internationale classificatie (IPC) Int.Cl.6: B 01 J 19/12, B 29 C 71/00, C 08 J 7/18 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK Onderzochte minimum documentatie Classificatiesysteem Classificatiesymbolen Int.Cl.6: B 29 C, C 08 J, B 01 J Onderzocht» andere documentatie dan da minimum documentatie voor zover dergeJijke documenten in de onderzochte gebieden zijn opgenomen til. | | GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen op aanvullingsblad) /C? ^ I I GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsblad) C « rrv Or*T 'ie Λ m V < , · .* -V « Q *>Q