DE602005000073T2

DE602005000073T2 - Materialien zur freisetzung von flüchtigen stoffen und methoden zu deren herstellung

Info

Publication number: DE602005000073T2
Application number: DE602005000073T
Authority: DE
Inventors: J. Kenneth Racine WELCH; R. Robert Racine EMMRICH; J. Michael Racine AULOZZI
Original assignee: SC Johnson and Son Inc
Current assignee: SC Johnson and Son Inc
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: ZA200605943B; US7258868B2; CA2553262A1; ES2267088T3; AU2005206834A1; DE602005000073D1; EP1608221A1; AR048061A1; WO2005070203A1; BRPI0506896B1; AU2005206834B2; EP1608221B1; US20050158353A1; BRPI0506896A; CA2553262C; KR20070039475A; CN1925745B; JP2007517903A; ATE336167T1; KR100813487B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft – insbesondere beheizte – Vorrichtungen, mit denen flüchtige Stoffe aus einem Substrat wie einem Docht, einer Matte oder einem Stopfen freisetzbar sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahrensweisen, mit denen sich die Neigung solcher Substrate abschwächen lässt, bei einem derartigen Freisetzen zu verstopfen.
Es sind verschiedene Vorrichtungen zum Freisetzen flüchtiger Stoffe bekannt. Bei den freisetzbaren Stoffen kann es sich um Luft-Geruchsstoffe oder Deodorantien (bspw. Duftstoffe oder Überdeckungsmittel), Stoffe zur Schädlingsbekämpfung (Insektizide, Insekten abweisende oder deren Wachstum beeinflussende Mittel), Antiallergene, Desinfektionsmittel od. dergl. handeln.
Bei einigen dieser Vorrichtungen ist ein (typischerweise im wesentlichen zylindrischer) Docht vorgesehen, der den flüchtigen Stoff aus einem Vorratsbehälter in einen Freisetzbereich zieht. Ein äußeres bzw. oberes Ende des Dochts wird erwärmt. Vergl. bspw. die US-PS 4 663 315. Die Offenbarung dieser Patentschrift sowie aller anderen hier genannten Druckschriften gilt als Teil der vorliegenden Anmeldung, als seien sie in dieser vollständig enthalten.
In anderen solchen Vorrichtungen ist eine poröse Matte mit einem flüchtigen Stoff getränkt. Zum Freisetzen des flüchtigen Stoffs werden die getränkten Matten auf Heizplatten gelegt. Beispiele dieser Mattenart sind in der US-PS 6 309 986 angegeben. Ein Beispiel einer elektrischen Heizung, die geeignet ist, solche Matten zum Freisetzen eines flüchtigen Stoffes zu veranlassen, ist in der US-PS 6 031 967 offenbart.
In noch anderen derartigen Vorrichtungen ist eine mit einem flüchtigen Stoff getränkte poröse Matte so angeordnet, dass heiße Gase aus einem Brenner (bspw. einer Kerze) an der Matte vorbei streichen und dadurch den flüchtigen Stoff freisetzen. Vergl. hierzu bspw. die WO 00/78135.
In einer anderen Art von Freisetzvorrichtungen wird ein Luftstrom auf oder durch ein Substrat gerichtet, um den Stoff freizusetzen, mit dem das Substrat getränkt ist. Ein Beispiel hierfür ergibt sich aus der US-PS 5 547 616.
Die Anmeldung U.S. Ser. No. 10/354 876 der Anmelderin vom 30. Januar 2003 (veröffentlicht als US 2004/0151 747 A1, entsprechend der WO 2004/068 945 A1) betrifft verschiedene Verbesserungen hinsichtlich des Dochts, der Matte oder des Stopfens, die zum Freisetzen flüchtiger Stoffe dienen. Diese Anmeldung lehrt, eine regelmäßige Anordnung von Körnchen oder Teilchen (bspw. Sand) mit einem Bindemittel (wie bspw. einem wärmehärtenden Polymerisat) zu beschichten, um im Docht ein Netz von Poren auszubilden, wobei der Docht mit verschiedensten flüchtigen Stoffen getränkt wird. Diese Vorrichtung stellte zwar für viele flüchtige Stoffe eine Verbesserung dar, war aber für andere interessierenden Stoffe (bspw. solche mit Pyrethrum, einem erwünschten Insektizid) nicht optimal.
In dieser Hinsicht neigen viele Ausgabevorrichtungen, bei denen Wirkstoffe aus Dochten, Matten oder Stopfen mittels Wärme freigesetzt werden, bei bestimmten flüchtigen Stoffen zum Zusetzen, und zwar in Folge eines Zersetzens des flüchtigen Stoffes beim Erwärmen oder in Folge von ihn einbeziehenden Reaktionen oder Bindungen, die sich beim Erwärmen bilden. Bei einem solchen Zusetzen wird die Freisetzrate des flüchtigen Stoffs ungleichmäßig und kann in einigen Fällen auch verfrüht auf Null sinken, so dass der im Substrat enthaltene Wirkstoffrest vergeudet wird. Wird dann zu einem gewissen Ausmaß noch freigesetzt, dann so wenig, dass die Vorrichtung nicht mehr bestimmungsgemäß wirkt.
Bspw. Pyrethrum-Insektizide neigen bei Erwärmung zur Bildung nicht flüchtiger Wachse oder Polymere, die Dochte, Matten und Stopfen zusetzen. Ähnliche Probleme treten mit Terpene enthaltenden Stoffen auf.
Ein Lösungsvorschlag hierzu war, in die Tränkflüssigkeit Antioxidantien aufzunehmen. Vergl. die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu Grunde liegende US-PS 4 968 487. Dadurch können aber die Gestehungskosten für den Ansatz steigen; die Maßnahme wirkt auch nur, wenn für das Zusetzen im wesentlichen eine Oxidation ursächlich ist. Trotz der Aufnahme von Antioxidantien kann in bestimmten Flüssigansätzen eine Vernetzung der Isopren-Einheiten auftreten, in Folge der der Docht, die Matte oder der Stopfen sich schließlich dennoch zusetzt. Dies ist besonders problematisch für Dochte, die einen insektiziden Langzeitschutz herstellen sollen.
Auf dem Gebiet der Fertigung von Chromatographiekolonnen ist bekannt, die Innenfläche von Poren mit einem Polymerisat zu beschichten; vergl. "Models for polybutadiene pore wall coatings in porous zirconia" von Reeder u.a. in Journal of Chromatography A, 1997, S. 71–79.
Daher besteht Bedarf an einem verbesserten Substrat, das in solchen Freisetzvorrichtungen bei verringter Zusetzneigung anwendbar ist.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Nach einem Aspekt stellt die Erfindung, wie im Anspruch 1 definiert, ein Substrat bereit, das mit einem freizusetzenden flüchtigen Stoff getränkt ist. Das Substrat ist aus einem Medium mit Poren und Kanälen gebildet, deren Innenwandflächen mit einem Polymer-Material beschichtet sind. In den Poren ist ein flüchtiger Stoff angeordnet, der flüchtiger als das Polymer-Material gewählt ist.
Das Polymer-Material hindert den flüchtigen Stoff am Zusetzen des Substrats, wenn dieses erwärmt wird.
In bevorzugten Formen ist das Polymer-Material ein Polysiloxan, insbesondere Polyalkylsiloxan and Polyalkylarylsiloxan mit weniger als 10 C-Atomen in der Alkylgruppe. In den meistbevorzugten Formen ist das Polysiloxan aus der aus Polydimethylsiloxan, Polymethylphenylsiloxan und Polymethyloctylsiloxan bestehenden Gruppe gewählt, wobei in jedem Fall das Polysiloxan ein Molekulargewicht von 750 Dalton oder höher aufweist.
Alternativ lassen sich andere Polymere verwenden – bspw. Phenolformaldehyd, Polyurethan und Fluorkohlenstoff-Polymere wie Polytetrafluorethylen und Polydifluorethylen. Auf jeden Fall liegt das Polymer-Material zu zwischen etwa 0,2 % und etwa 4 % (bspw. etwa 1 %) des Substratgewichts vor.
In den meistbevorzugten Formen lässt das Substrat sich auf 200 °C erwärmen, um mindestens 90 % oder 95 % des flüchtigen Stoffs freizusetzen, und ist das Substrat aus der aus Dochten, Matten und Stopfen und das Medium aus der aus Keramik, Sand, Sägemehl, Cellulose-Materialien und Metallen bestehenden Gruppe gewählt. Wünschenswert ist, das Substrat so auszulegen, dass bei 24-stündiger Erwärmung auf 200 °C das Polymer-Material sich nicht zersetzt hat.
Der flüchtige Stoff ist aus einer breiten Vielfalt von Ansätzen wählbar. Vergl. die US-PS 6 309 986, die zahlreiche Insektenbekämpfungsmittel, Deodorantien, Duftstoffe und Desinfektionsmittel nennt, die als für beheizte Ausgabevorrichtungen geeignet bekannt sind. Typischerweise liegen mindestens ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel mit hohem Siedepunkt (als Träger), ein oder mehr Wirkstoffe (bspw. ein Insektizid) sowie ggf. ein Antioxidans und ein Duftstoff vor. Die Rezeptur ist auf die Anwendung zugeschnitten und kann eine Vielzahl verschiedener Bestandsmittel aufweisen, wie sie für die Anwendung üblich sind. Bevorzugt wird die Erfindung mit insektiziden Ansätzen verwendet, die eine Kombination von Pyrethrum und einem synthetischen Insektizid sowie einem Duftstoff (Orangenöl), Isoparaffin-Lösungsmitel und einem Antioxidans (BHT) enthalten.
Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, wird dafür gehalten, dass das Polymer-Material die Innenwandfläche des Substrats für den flüchtigen Stoff, den das Substrat transportieren und freisetzen soll, von einer solchen mit verhältnismäßig großem zu einer mit verhältnismäßig kleinem Kontaktwinkel umwandelt. Ein Docht ist eine Serie von Kapillarsegmenten mit kurzer Schnittlänge. Ein kleinerer Kontaktwinkel bewirkt eine bessere Benetzung sowie eine höhere Kapillarität (höhere Oberflächenenergie).
Zahlreiche flüchtige Stoffe wie bspw. Pyrethrum neigen zur Polymerisation freier Radikaler. In einem unbeschichteten Docht mit verhältnismäßig großem Kontaktwinkel füllt der flüchtige Stoff die Pore vollständig aus (vergl. 12A). Bei der anfänglichen Polymerisation erfolgt diese über der Öffnung der Pore, so dass der Docht zusetzt. Bei einem mit dem erfindungsgemäßen Polymer-Material beschichteten Docht liegt der flüchtige Stoff flach auf den Porenoberflächen auf, so dass eine Polymerisation sich entlang der Porenoberfläche fortsetzt, nicht über die Porenöffnung (vergl. 12B). Folglich wird eine auftretende Polymerisation den Docht weniger wahrscheinlich zusetzen. Weiterhin maskiert die Polymerisatbeschichtung die aktiven Polymerisationsstellen in einem Mineralsubstrat und kann daher verhindern, dass eine Polymerisation überhaupt erst auftritt.
Nach einem anderen Aspekt lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden eines Substrats der oben genannten Art. Man stellt das poröse Medium bereit, löst das Polymer-Material in einem flüchtigen Lösungsmittel, um eine Lösung herzustellen, und lässt sie dochtartig in die Poren und Kanäle eindringen (oder sie sonstwie tränken). Dann lässt man das Substrat das flüchtige Lösungsmittel mindestens teilweise und vorzugsweise vollständig austreiben, was man vorzugsweise durch Erwärmen des Substrats, Unterdruck, Überleiten eines Gases über seine Oberfläche oder eine Kombination dieser Maßnahmen erleichtert.
Bevorzugte Lösungsmittel zu diesem Zweck werden aus der aus Chloroform, Tetrahydrofuran, Dioxan, Methylenchlorid, Aceton, superkritischem Kohlendioxid und Dimethylsulfoxid bestehenden Gruppe gewählt. Die meisterwünschte Eigenschaft ist dabei die Fähigkeit, das Polymer-Material aufzulösen, damit es in einen Docht eindringen, aber danach problemlos aus dem Substrat entfernt werden kann.
Alternativ lassen sich zum Ausbilden eines erfindungsgemäßen Substrats Harzperlen aus einem geeigneten Polymer-Material mit einem Material zur Bildung des porösen Mediums mischen; die Mischung wird herkömmlichen, dem Fachmann vertrauten Verfahren zur Ausbildung eines porösen Mediums unterzogen. Das so gebildete Substrat hat dann Poren und Kanäle, deren Innenwandflächen mit dem Polymer-Material beschichtet sind.
Es sollte aus der obigen und der folgenden Diskussion klar sein, dass die vorliegende Erfindung eine Methode bietet, die Poren eines Dochts, einer Matte oder eines Stopfens aus Keramik mit einem Stoff zu beschichten, die die Fähigkeit des Substrats unterstützt, ein Zusetzen zu vermeiden. Besonders bevorzugt sind Polysiloxane. Sie sind wärmebeständig, so dass sie ihrerseits kein Zusetzproblem aufwerfen, und sondern keine unerwünschten Gerüche ab.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft dahingehend, dass sie ein Vergeuden von Wirkstoffen verringert, indem sie dem Substrat erlaubt, praktisch den gesamten Wirkstoffinhalt freizusetzen. Weiterhin stellt sie Substrate bereit, die Wirkstoffe gleichmäßiger und leichter kontrolliert freisetzen.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die bestimmte bevorzugte Ausführungsformen betreffen. Der volle Umfang der Erfindung ergibt sich jedoch aus den Ansprüchen und ist nicht als auf nur die bevorzugten Ausführungsformen beschränkt aufzufassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A zeigt als Perspektive eine bekannte Vorrichtung zum Freisetzen flüchtiger Stoffe;
1B ist ein Vertikalschnitt durch die Vorrichtung der 1A;
2 ist ein Vertikalschnitt durch einen Teil der Vorrichtung der 1B, aber bereit zum Einsetzen eines erfindungsgemäßen Dochts;
3 entspricht der 2, zeigt aber den Docht vollständig eingesetzt;
4A entspricht der 1A, zeigt aber einen leicht geänderten Austrittsbereich;
4B entspricht der 1B, zeigt aber die Ausführungsform nach 4A;
5 entspricht der 2, zeigt aber eine Vorrichtung der in der 4A gezeigten Art mit einem erfindungsgemäß modifizierten Docht;
6 entspricht der 3, zeigt aber eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dochts;
7 zeigt als Perspektive von oben eine bekannte Heizeinrichtung zum Freisetzen flüchtiger Stoffe aus einer porösen Matte mit einer erfindungsgemäßen solchen Matte;
8 zeigt die Matte der 7 als vergrößerte Perspektive von oben;
9 zeigt eine zweite erfindungsgemäße poröse Matte in einer Perspektive von oben;
10 zeigt als teilweise weggebrochene Frontal-/Seitenperspektive eine anderen bekannten Heizeinrichtung im Einsatz mit einer anderen erfindungsgemäßen porösen Matte;
11 entspricht der 10, zeigt aber deren Heizeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen porösen Stopfen; und
12A, 12B zeigen den Effekt einer Polymerbeschichtung auf die Verteilung eines flüchtigen Stoffes in den Poren und Kanälen eines erfindungsgemäßen Substrats.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die 1A, 1B zeigen zunächst eine bekannte Ausgabe- bzw. Freisetzvorrichtung 20, in der eine Wärmequelle den Dochteffekt und das Freisetzen eines flüchtigen Stoffs aus einem Docht fördert, der in eine in einem Vorratsbehälter enthaltene flüchtige Flüssigkeit taucht. Die Vorrichtung 20 hat einen Hauptteil 21 mit einem Dunstauslass 24 mittig in der Oberseite des Hauptteils 21. Ein Heizring 25 mit einer vertikal durchgehenden Öffnung ist im Hauptteil 21 unter dem Dunstauslass 24 angeordnet. Der Heizring 25 wird von einer Stütze 26 getragen. Unter dem Heizring 25 befindet sich eine Flaschenfassung 27 mit einer vertikal durchgehenden Öffnung. Die Fassung 27 trägt auf der Innenfläche ein Gewinde 30, in das ein Gewinde 29 auf der Mündung 28a einer Flasche 28 mit flüchtiger Flüssigkeit einschraubbar ist.
Die Flasche 28 ist mit einem Docht 31 versehen, der konzentrisch in den Heizring 25 einführbar ist, wenn die Flasche 28 mit der Mündung 28a in die Fassung 27 eingeschraubt wird. Der Docht 31 taucht in die in der Flasche 28 enthaltene Flüssigkeit 34 und führt sie in Folge des Kapillareffekts aufwärts. Der Docht 31 ist typischerweise aus gebrannter poröser Keramik oder gesintertem Kunststoff ausgebildet.
Auf der Rückseite des Hauptteils 21 sind elektrische Steckkontakte 32 befestigt und auf herkömmliche Weise mit dem Heizring 25 verbunden. Der Heizring 25 wird erregt, indem man die Steckkontakte in eine elektrische Steckdose einführt und den Schalter 35 betätigt, so dass der Heizring 25 Wärme erzeugt, die den Oberteil des Dochts 31 erwärmt. Gewöhnlich fördert die Wärme den Aufwärtstransport der Flüssigkeit 34 im Docht 31. Die flüssige Chemikalie 34 im Docht 31 wird von der Wärme aus dem Heizring 25 verdampft. Zu einer ausführlicheren Beschreibung einer derartigen Vorrichtung vergl. die US-PS 5 290 546.
Es ist einzusehen, dass ein erfindungsgemäßer Docht die gleiche Gestalt haben könnte wie der Docht 31; in diesem Fall könnte der geänderte Docht in der Vorrichtung nach 1B Einsatz finden, wie dargestellt. Wie in den 2 und 3 gezeigt, lässt sich eine solche Vorrichtung mit einem geänderten Docht/Stopfen 70 zusammen einsetzen. Der Stopfen der 2 kann aus einem Standard-Dochtkeramiksubstrat (bspw. Rauschert oder CeramTec), d.h. einer Aluminiumoxidkeramik hergestellt sein. Ein solcher Docht lässt sich dann erfindungsgemäß mit einem Polysiloxan beschichten. Das resultierende Substrat kann dann dazu dienen, eine Lösung aus natürlichem Pyrethrum in einem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel zu transportieren.
Der Stopfen 70 hat einen kegelstumpfförmigen Kopf 72 und einen zylindrischen Hauptteil 74, der sich vom Kopf 72 aus abwärts erstreckt. Der Hauptteil 74 des Stopfens 70 ist klein genug, um von oben in das Loch 24 der Freisetzvorrichtung 20 eingeführt zu werden, während der Kopf 72 zu breit ausgeführt ist, um durch das Loch 24 hindurchzupassen. Der Hauptteil 74 des Stopfens 70 ist auch klein genug ausgeführt, um in den Heizring 25 konzentrisch mit diesem eingesetzt zu werden, wie in 3 gezeigt. Der Kopf 72 am oberen Ende des Stopfens 70 erleichtert die Handhabung.
Der poröse Stopfen 70 wird in die Freisetzvorrichtung 20 eingebracht, indem man ihn in der Richtung A der 2 (hier also abwärts) führt. Man erregt den Heizring 25 durch Einführen der Kontaktstecker 32 in eine Steckdose und Betätigen des Schalters 35, so dass der Heizring 25 Wärme erzeugt, um den Hauptteil 74 des Stopfens 70 zu erwärmen. Der flüchtige Stoff 22 im Stopfen 70 wird von der Wärme aus dem Heizring 25 erwärmt und an die Umluft freigesetzt.
Die 4A, 4B zeigen eine andere bekannte beheizte Vorrichtung 20a zum Freisetzen flüchtiger Stoffe. Diese Vorrichtung entspricht der der 1A, enthält aber in der Mitte der Oberseite des Hauptteils 21 einen anderen Dunstaus lass 24a. Der Dunstauslass 24a weist einwärts ragende Finger 24b auf, die eine allgemein rechteckige Öffnung 24c umschließen.
Abgesehen von den anderen Dochten und dem geringfügigen Unterschied hinsichtlich der Öffnung 24a–c entsprechen die 5, 6 den 2, 3. Hier ist ein erfindungsgemäßer poröser Stopfen oder Zapfen 80 mit einem flüchtigen Stoff getränkt. Der poröse Stopfen 80 hat einen scheibenförmigen Kopf 82 und einen Hauptteil 84, der vom Kopf 82 aus abwärts verläuft. Der Hauptteil 84 des Stopfens 80 ist in der 5 in einer Seitenansicht gezeigt. Wie ersichtlich, ist der Umriss des Hauptteils 84 des Stopfens 80 in der Seitenansicht im wesentlichen rechteckig.
Die 6 zeigt den Hauptteil 84 des Stopfens 80 in einer Vorderansicht. Wie ersichtlich, hat der Hauptteil 84 des Stopfens 80 in der Vorderansicht einen unteren Abschnitt 84a mit einem im wesentlichen rechtwinkligen Umriss, einen mittleren Abschnitt 84b mit einem im wesentlichen V-förmigen Umriss sowie einen oberen Abschnitt 83, der vom mittleren Abschnitt 84b zum Kopf 82 verläuft. Bei der in der 5 gezeigten Ausrichtung ist der Hauptteil 84 des Stopfens 80 schmal genug, um sich von oben in die rechteckige Öffnung 24c der Vorrichtung 20a einführen zu lassen, während der Kopf 82 zu breit ist, um durch die Öffnung 24c zu passen. Der Hauptteil 84 des Stopfens 80 ist auch klein genug ausgeführt, um konzentrisch mit dem Heizring 25 in diesen einführbar zu sein, wie in 6 gezeigt.
Der poröse Stopfen 80 wird in die Vorrichtung 20a eingesetzt, indem man ihn in der Richtung B bewegt, wie in 5 gezeigt (in der gezeigten Ausrichtung abwärts), und ihn dann 90° in die in der 6 gezeigte Stellung dreht. In dieser Stellung des Stopfens 80 greifen die einwärts vorstehenden Finger 24b des Dunstauslasses 24a in Nuten 83a, 83b zwischen dem mittleren Abschnitt 84b und dem Kopf 82 des Stopfens 80 ein. Auf diese Weise wird der Stopfen 80 in der Vorrichtung 20a gesichert, bis er 90° gedreht und aus der Vorrichtung 20a herausgehoben wird. Der rechtwinklig konturierte Schaftabschnitt in der dar gestellten Gestalt passt also nur dann in die rechteckige Öffnung oben in der Heizeinrichtung, wenn er in die richtige Lage gedreht ist.
Sobald er sich in der Sollage befindet, lässt der Stopfen sich drehen, was sein Abziehen verhindert, bis er wieder in die Ausgangslage gedreht worden ist. Nach dem Einführen des Stopfens 80 wird der Heizring 25 erregt, indem man die Steckkontakte 32 in eine Steckdose einführt und den Schalter 35 betätigt, so dass der Heizring 25 Wärme erzeugt, um den Hauptteil 84 des Stopfens 80 zu erwärmen. Der flüchtige Stoff im Stopfen 80 wird dann von der Wärme aus dem Heizring 25 verdampft und tritt in die Umluft ein.
Die 7 zeigt nun eine bekannte Vorrichtung zum Freisetzen eines flüchtigen Stoffs, bei der eine massive poröse Matte, die einen flüchtigen Stoff enthält, erwärmt wird, um letzteren freizusetzen. Die 7 zeigt eine elektrische Heizeinrichtung allgemein bei 40. Die Heizeinrichtung ist das bereits beschriebene Modell FUYI VAPE, wobei jedoch die zuvor verwendete durch eine erfindungsgemäße Matte 50 ersetzt ist. Die Heizeinrichtung 40 ist eine elektrische Widerstandsheizung mit einer flachen, aufwärts offenen Heizplatte 42, auf die eine erfindungsgemäße Matte 50 aufgelegt ist.
Ein elektrischer Stecker 46 speist die Heizplatte 42 über eine Netzschnur 47 mit Strom. Die Heizplatte 42 wird erregt, indem man den Stecker 46 in eine Steckdose einführt, wodurch die Heizplatte 42 Wärme erzeugt, um die Matte 50 zu erwärmen. Die Wärme aus der Heizplatte 42 lässt den flüchtigen Stoff verdunsten. Die Heizplatte kann aus Keramik oder Metall sein.
Die 8 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Matte 50. Sie ist aus einem Substrat (bspw. aus Keramik oder verglastem Sand) gebildet, das wie ein Docht mit einem Polysiloxan und einem Lösungsmittel getränkt und danach das Lösungsmittel ausgetrieben wurde. In das Substrat wurde dochtartig ein flüchtiger Wirkstoff wie Pyrethrum oder Pyrethroid eingezogen.
Die Matte 50 hat einen Hauptteil 52 und einen Griff 54, der vom Hauptteil 52 auswärts absteht. Die Matte 50 wird in die Heizeinrichtung 40 eingebracht, indem man die erstere in der Richtung C der 7 (in der gezeigten Ausrichtung seitlich) bewegt; sie liegt dann auf der Heizplatte 42 auf. Sodann wird die Heizeinrichtung 40 erregt, indem man den Stecker 46 in eine Steckdose einführt; die Heizplatte 42 gibt nun an den Hauptteil 52 der Matte 50 Wärme ab. Der flüchtige Stoff in der Matte 50 wird von der Wärme aus der Heizplatte 42 verdunstet und an der Oberfläche 56 der Matte 50 an die Umluft freigesetzt.
Die 9 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Matte 60. Die Matte 60 hat ein erfindungsgemäßes Substrat, einen Hauptteil 62 und einen von diesem auswärts abstehenden Griff 62. Die Matte 60 unterscheidet sich von der Matte 50 dahingehend, dass erstere einen ersten Bereich 68, der mit einem ersten flüchtigen Stoff getränkt ist, und einen zweiten Bereich 69 hat, der mit einem zweiten flüchtigen Stoff getränkt ist.
Die 10 zeigt eine bekannte Vorrichtung zum Freisetzen eines flüchtigen Stoffs, bei der eine erfindungsgemäße poröse Matte Einsatz findet. Die Matte ist mit einem flüchtigen Stoff getränkt und wird erwärmt, um ihn freizusetzen. Die Vorrichtung 110 hat einen Fuß 112, der einen abnehmbaren Kamin 114 trägt, der am Fuß 112 mit Sperrnasen auf der unteren Kante des Kamins festgelegt wird, die in im Fuß 112 ausgebildete Sperrnuten 115 eingreifen. Der Kamin 114 kann aus einem wärmefesten klaren oder durchscheinenden Kunststoff hergestellt sein. Der Fuß 112 trägt einen Kerzenbecher 116, der mittig in ihn eingesetzt ist. Der Kerzenbecher 116 enthält eine Wachskerze. Der Fuß 112 hat einen Boden 128 mit einer mittigen Ventilationsöffnung 129.
Am oberen Ende des Kamins 114 liegt eine Deckfläche 138. Die Deckfläche 138 enthält Lüftungsöffnungen 140 und einen Einführschlitz 142, die eine Strömungsverbindung zwischen dem Inneren des Kamins 114 und der Außenluft über ihm herstellen. Heiße Gase, die von der brennenden Kerze 118 her aufsteigen, können den Kamin 114 durch die Lüftungsöffnungen 140 hindurch verlassen. Der Einführschlitz 142 ist zur Aufnahme einer erfindungsgemäßen Matte 144 bemessen Die Matte 144 enthält einen den flüchtigen Stoff aufnehmenden Bereich 146 mit seitlich abstehenden Ohren 148. Der Bereich 146 der Matte 144 ist klein genug ausgeführt, um von oben in den Schlitz 142 einführbar zu sein, während die Ohren 148 zu breit sind, um durch den Schlitz 142 zu passen.
Mit dieser Anordnung lässt sich der Abschnitt 146, der den flüchtigen Stoff trägt, im Kamin 114 aufhängen, wobei die Matte 144 von den Ohren 148 gehalten wird. Ein Prallstreifen 150 aus einem wärmefesten Werkstoff wie bspw. einem Metall ist an der Unterseite der Deckfläche 138 befestigt. Der Prallstreifen 150 schützt die abwärts weisende Kante des Abschnitts 146 vor dem direkten Auftreffen der von der Kerze her aufsteigenden heißesten Gase. In der Vorrichtung 110 der 10 erfolgt die Erwärmung dadurch, dass der den flüchtigen Stoff führende Abschnitt 146 den Gasen aus der Kerze direkt ausgesetzt ist. Mit der Erwärmung des Abschnitts 146 durch das Gas wird flüchtiger Stoff freigesetzt und mit den ausströmenden heißen Gasen gemeinsam aus der Vorrichtung 110 hinaus getragen.
Die 11 zeigt eine bekannte Vorrichtung 110a zum Freisetzen flüchtiger Stoffe, bei der eine andere erfindungsgemäße massive poröse Anordnung Einsatz findet. Diese Anordnung ist mit einem flüchtigen Stoff getränkt und wird erwärmt, um diesen freizusetzen. Die Vorrichtung 110a der 11 hat die gleichen Besonderheiten wie die Vorrichtung 110 der 10, wobei jedoch die Matte 144 der Vorrichtung 110 der 10 in der Vorrichtung 110a der 11 durch einen porösen Stopfen 144a ersetzt ist. Der poröse Stopfen 144a wird dabei in ein Kreisloch 188 in der Deckfläche 138a der Vorrichtung 110a eingesetzt.
Der poröse Stopfen 144a hat einen scheibenförmigen Kopf 144b und einen zylindrischen Hauptteil 144c, der vom Kopf 144b abwärts verläuft. Der Hauptteil 144c des Stopfens 144a ist klein genug ausgeführt, um von oben in das Loch 188 einführbar zu sein, während der Kopf 144b zu breit ist, um durch das Loch 188 zu passen. In dieser Anordnung lässt der poröse Stopfen 144a sich in den Kamin 114 hängen, wobei der Hauptteil 144c am Kopf 144b hängt. In der Vorrichtung 110a der 11 erfolgt die Erwärmung dadurch, dass der poröse Stopfen 144a etwaigen Gasen aus der Kerze direkt ausgesetzt wird. Mit der Erwärmung des Stopfens 144a durch die Gase wird flüchtiger Stoff freigesetzt und mit dem austretenden heißen Gasen gemeinsam aus der Vorrichtung 110 hinaus geführt. Der flüchtige Stoff lässt sich in den unteren Teil des Stopfens 144a einbringen, so dass ein Benutzer einen Kontakt mit dem flüchtigen Stoff vermeiden kann, indem er nur den Kopf 144b (den obersten Teil des Stopfens 144a) erfasst.
In Heizeinrichtungen der genannten Art entsteht auf der Substratoberfläche typischerweise Temperaturen zwischen 100 °C und 180 °C, obgleich unmittelbar über der Kerzenflamme oder in billigen Heizeinrichtungen auch höhere Temperaturen auftreten können, wo sich lokalisierte Aufheizungen bilden. Vorzugsweise wählt man daher ein Polymer-Material, das auch bei einer Temperatur von 200 °C für 24 h oder länger stabil bleibt.
Das polymere Beschichtungsmaterial kann ein Homo- oder ein Copolymerisat sein. Beispiele von erfindungsgemäß einsetzbaren Polymer-Materialien sind u.a. Polysiloxane, Phenolharze (bspw. Phenolformaldehyd), Polyurethane und Fluorkohlenstoff-Polymerisate (bspw. Polytetrafluorethylen und Polydifluorethylen). Beispiele von einsetzbaren Polysiloxanen sind u.a. Polyalkylsiloxane (bspw. Polydialkylsiloxane wie Polydimethylsiloxan und Polymethyloctylsiloxan) und Polyalkylarylsiloxane (bspw. Polymethylphenylsiloxan). Vorzugsweise beträgt die Menge der Polymer-Materialien, die man zum Beschichten des porösen Mediums einsetzt, etwa 0,2 % bis etwa 4 % und meistbevorzugt etwa 1 % des Gewichts des porösen Mediums.
Das poröse Medium liegt als Docht, Matte, Stopfen oder in jeder anderen, zum Freisetzen geeigneten Form vor, wobei das Medium Keramik, verglaster Sand, Cellulose, Sägemehl oder Metall ist. Meistbevorzugt sind Keramiken, insbesondere poröse Keramiken mit etwa 15 μm bis etwa 30 μm Porengröße.
Beispiele für die mit einem erfindungsgemäßen Substrat freisetzbaren flüchtigen Stoffe sind u.a. Pyrethrum, Pyrethroid-Insektizide, Carbamat- und Organophosphat-Insektizide, Duftstoffe wie natürliche und künstliche Parfums (bspw. Kohlenwasserstoffe, Terpene wie d-Limonen und Citronellal, Alcohole, Phenole, Aldehyde, Ketone, Lactone, Oxide und Ester), Deodorantien, Germizide und Abschreckungsmittel. Vergl. generell die US-PSn 5 038 394, 4 968 487 und 4 663 315.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Substrats kann man ein herkömmliches poröses Keramikmedium ausbilden oder beschaffen. Dann löst man ein geeignetes Polymer-Material zum Beschichten der Innenflächen des herkömmlichen Substrats in einem Lösungsmittel. Bspw. lassen sich 14 % OV-17 (Ohio Valley Specialty Chemical, Marietta, OH [US] – Polymethylphenylsiloxan) in 86 % Chloroform lösen; alternativ kann das Polysiloxan zu zwischen 1 % und 15 % der Mischung vorliegen. Man bringt den Docht oder ein anderes Substrat in das Lösungsmittel/Polymerisat-Bad ein und lässt die Mischung für mehrere Minuten bis mehrere Stunden in die Poren und Kanäle des Substrats einziehen. Bspw. hat sich herausgestellt, dass etwa 1 g des Lösungsmittel-/Polymerisat-Materials die Luft aus einem 4g-Keramikdocht in etwa 4 min verdrängte. In anderen Versuchen haben wir Polydimethylsiloxan (OV-101, Ohio Valley Specialty Chemical, Marietta, OH [US]) eingesetzt.
Der Docht lässt sich dann in einem gelüfteten Ofen etwa 1 Stunde bei 50 °C trocknen; alternativ trocknet man bei Raumtemperatur über Nacht. Dadurch wird das Chloroform ausgetrieben, während das Polymer-Material auf den Innenflächen der Poren und Kanäle im Substrat verbleibt.
Der Docht kann in der in 1B gezeigten Gestalt vorliegen und mit der Heizeinrichtung nach 1B zusammen eingesetzt werden. Der flüchtige Stoff kann bspw. aus 2,5 % Kenia-Pyrethrum (50%iger Extrakt), etwa 93 % Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel (bspw. einer Mischung von Isopar M und V; Fa. Exxon Mobil Industrial Chemicals), etwa 1 % eines natürlichen Duftstoffs (bspw. Orangeöl), ggf. etwa 1 % eines oder mehrerer synthetischen Insektizide (bspw. Prallethrin) und ggf. etwa 2 % eines Antioxidans wie 2,6-Ditertiärbutylphenol bestehen. Erwünschtenfalls lassen sich natürlich für den flüchtigen Stoff zahlreiche andere Rezepturen ansetzen.
Ein bevorzugtes Gewicht des Keramikmediums für einen solchen Docht ist etwa 4 g. Mit Chloroform in den Hohlräumen des Keramikmediums betrug das typische Gewicht 5 g.
Ein alternatives Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Substrats ist, ein Polymer- mit einem Material zum Ausbilden des porösen Mediums zu mischen und dann die Mischung einer Behandlung zum Ausbilden des porösen Mediums zu unterziehen. Bspw. lässt sich Aluminiumoxid – ein manchmal zum Herstellen keramischer Dochte verwendeter Stoff – mit Polysiloxan-Perlen eines bestimmten Durchmesser mischen, um eine Soll-Porengröße darzustellen. Dann extrudiert man eine Aufschlämmung von Aluminiumoxid und dem Polysiloxan zu einem "grünen" Docht, den man "brennt", wobei das Aluminiumoxid chemisch gebunden und das Polysiloxan größtenteils ausgetrieben wird – mit Ausnahme des Polysiloxan, das zurückbleibt, um die Poren und Kanäle im Docht zu beschichten.
Polymerbeschichtete Dochte, die durch Tränken mit einer ein Polymer-Material enthaltenden Lösung hergestellt wurden, wurden mit Keramikdochten ähnlichen Aufbaus, aber ohne Polymerbeschichtung verglichen. Das Dochtverhalten wurde mit einer Lösung aus hochsiedendem Isoparaffin (Isopar-V) mit 1 % eines 50%igen Pyrethrum-Konzentrats (Pyrethrum – Board of Kenya) bewertet. Als Kontrolle wurde jede Dochtart auch nur mit Isopar-V eingesetzt.
Das Verhalten der Dochte wurde durch Nachbilden eines typischen verbrauchermäßigen Einsatzes derselben zur Insektenbekämpfung bewertet. Docht und die Nachfüllflasche wurden in elektrische wandmontierte Verdunster (Baygon EV-7; Raid Mazda-II, All-out) eingesetzt und aus einem Sonder-Stromkreis mit 230 ± 0,2 V WS gespeist. Der Raum, indem die Testgeräte angeordnet waren, wurde zugfrei auf 80 °F [27 °C] gehalten. Jedes Testgerät wurde zyklisch 8 Stunden ein- und 4 Stunden ausgeschaltet, um einen – wenngleich beschleunigten – täglichen 8-Stunden-Zyklus der Insektenbekämpfung nachzubilden. Das Gewicht der freigesetzten Flüssigkeit wurde durch Bestimmen der Masse jeder Nachfüllflasche mit einer Präzisions-Analysewaage (Mettler) nach jedem 8-Stunden-Zyklus erfasst.
Mit Isopar-V zur Kontrolle gaben die unbehandelten Keramikdochte stetig 45 ± 3 mg/h bzw. 49 ± 4 mg/h ab. Ein unbehandelter Docht mit einer 0,5%-Pyrethrum-Lösung fiel von einem Maximum von 47 mg/h mit der Zeit fast auf Null ab. Ein mit OV-101 beschichteter Docht mit einer 0,5%-Pyrethrum-Lösung behielt über 350 Stunden eine Abgaberate von 47 ± 11 mg/h bei, auch nachdem der unbeschichtete Docht innerhalb von 100 Stunden bis 180 Stunden auf Null gesunken war.
Ähnliche Tests wurde mit Dochten aus verglastem Sand ausgeführt. Diese Dochte wurden von Pyrethrum schnell zugesetzt, so dass die Freisetzrate dieser Lösungen erheblich abnahm. Durch Beschichten der Dochte mit OV-17 oder OV-101 wurden das Zusetzen und die Abnahme der Freisetzrate dauerhaft verhindert, auch lange nachdem die Kontrollproben eine stark verringerte Leistung gezeigt hatten.
Die vorliegende Erfindung stellt also Methoden bereit, mit denen sich Substrate wirksam behandeln lassen, um das Zusetzen durch eine Vielzahl von flüchtigen Stoffen beim Erwärmen zu verhindern. Die Substrate lassen sich kostengünstig und auf einfache Weise herstellen. Sie stellen weiterhin eine zuverlässige und vorhersehbare Quelle der Freisetzung von flüchtigen Stoffen dar.
Während vorgehend eine Anzahl bevorzugter Ausführungsformen beschrieben ist, sollte klar sein, dass auch andere im Rahmen der Erfindung liegen. Bspw. können die Substrate in anderer Gestalt vorliegen.
Weiterhin kann das Tränken der Substrate mit dem Polymer-Material und/oder dem flüchtigen Stoff durch Besprühen, Tauchen oder andere Vorgehensweisen (im Gegensatz zum Vollsaugenlassen) erfolgen. Während weiterhin mehrere Arten von Freisetzvorrichtungen offenbart ist, sind weder die Heizvorrichtung noch das Gebläse in der Art des Aufbaus kritisch.
Hinsichtlich des Gesamtumfangs der Erfindung wird daher auf die folgenden Ansprüche verwiesen.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung stellt verbesserte Dochte, Matten, Stopfen od. dergl. zum Freisetzen flüchtiger Stoffe – insbesondere von Pyrethrum-Insektiziden mittels elektrischer Heizeinrichtungen – bereit.

LEGENDE zu den FIGURENBESCHRIFTUNGEN

1A, 1B, 4A, 4B

Prior art: Stand der Technik

12A

Volatile material: Flüchtiger Stoff
Uncoated internal ...: Unbeschichtete Innenwandfläche
Pore: Pore

12B

Volatile material: Flüchtiger Stoff
Polymer coating: Polymerisatbeschichtung
Pore: Pore

Claims

Substrat (70), das mit einem aus ihm freizusetzenden flüchtigen Stoff getränkt ist und das aufweist: ein Substrat (70), das aus einem Poren und Kanäle aufweisenden Medium gebildet ist; und einen flüchtigen Stoff, der sich in den Poren befindet; dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandflächen der Poren und Kanäle mit einem Polymer-Material beschichtet sind und das Polymer-Material den flüchtigen Stoff daran hindert, das Substrat, wenn es erwärmt wird, zuzusetzen.
Substrat nach Anspruch 1, bei dem das Polymer-Material ein Polysiloxan ist.
Substrat nach Anspruch 2, bei dem das Polysiloxan aus der aus den Polyalkylsiloxanen und Polyalkylarylsiloxanen bestehenden Gruppe gewählt ist.
Substrat nach Anspruch 1, bei der eine Alkylgruppe im Polysiloxan eine C₁- bis C₁₀-Alkylgruppe ist.
Substrat nach Anspruch 4, bei dem das Polysiloxan aus der aus Polydimethylsiloxan, Polymethylphenylsiloxan und Polymethyloctylsiloxan bestehenden Gruppe gewählt ist.
Substrat nach Anspruch 1, bei dem das Polysiloxan ein Molekulargewicht von 750 Dalton oder mehr hat.
Substrat nach Anspruch 1, das auf 200 °C erwärmbar ist, um mindestens 90 % des flüchtigen Stoffs freizusetzen.
Substrat nach Anspruch 7, das auf 200 °C erwärmbar ist, um mindestens 95 % des flüchtigen Stoffs freizusetzen.
Substrat nach Anspruch 1, das aus der aus Dochten, Matten und Stopfen bestehenden Gruppe gewählt ist.
Substrat nach Anspruch 1, bei dem das Medium aus der aus den Keramiken, Sand, Sägemehl, Cellulosematerialien und Metallen bestehenden Gruppe gewählt ist.
Substrat nach Anspruch 10, dessen Medium eine Keramik ist.
Substrat nach Anspruch 1, dessen Polymer-Material nach 24-stündiger Erwärmung des Substrats auf 200 °C sich nicht zersetzt hat.
Substrat nach Anspruch 1, dessen Polymer-Material ein Phenol-Material ist.
Substrat nach Anspruch 13, bei dem das Phenol-Material ein Phenolformaldehyd ist.
Substrat nach Anspruch 1, bei dem das Polymer-Material ein Polyurethan ist.
Substrat nach Anspruch 1, bei dem das Polymer-Material ein Fluorkohlenstoff-Polymerisat ist.
Substrat nach Anspruch 16, bei dem das Fluorkohlenstoff-Polymer aus der aus Polytetrafluorethylen und Polydifluorethylen bestehenden Gruppe gewählt ist.
Substrat nach Anspruch 1, bei dem das Polymer-Material zu weniger als 4 Gew.-% anwesend ist.
Substrat nach Anspruch 1, bei dem der flüchtige Stoff aus der aus Insektiziden, Insekten abwehrenden Mitteln und Insekten-Wachstumsregulatoren bestehenden Gruppe gewählt ist.
Substrat nach Anspruch 19, bei dem der flüchtige Stoff Pyrethrum und das Medium eine Keramik ist.
Substrat nach Anspruch 19, bei dem der flüchtige Stoff ein Terpen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach einem der vorgehenden Ansprüche, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen des porösen Mediums (70); Auflösen des Polymer-Materials in einem flüchtigen Lösungsmittels, um eine Lösung herzustellen; dochtartiges Eindringenlassen der Lösung in die Poren und Kanäle; Ermöglichen, dass das Substrat das flüchtige Lösungsmittel aus dem Substrat mindestens teilweise austreibt, um auf den Innenwandflächen der Poren und Kanäle eine Beschichtung aus dem Polymer-Material auszubilden; und Tränken des Substrats mit dem aus ihm freizusetzenden flüchtigen Stoff.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Lösungsmittel aus der aus Tetrahydrofuran, Dioxan, Methylenchlorid, Chloroform, Aceton, superkritischem Kohlenstoffdioxid und Dimethylsulfoxid bestehenden Gruppe gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Austreiben des Lösungsmittels durch Wärme, Unterdruck und/oder Überströmen der Substratoberfläche mit einem Gas unterstützt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 21 mit folgenden Schritten: Mischen eines Polymer-Materials mit einem zweiten Material, das ein poröses Medium mit Poren und Kanälen ausbilden kann; und Behandeln der Mischung nach einem Verfahren, das mit dem zweiten Material zum Ausbilden eines porösen Mediums mit Poren und Kanälen allein einsetzbar ist, und zwar derart, dass die Poren und Kanäle mit einer Beschichtung des Polymer-Materials ausgebildet werden; und Tränken des Substrats mit dem aus ihm freizusetzenden flüchtigen Stoff.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem das Polymer-Material in Form von Perlen vorliegt.