DD296216C5 - Feuchtigkeitspufferformulierung - Google Patents
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Description
Hierzu 1 Seite Zeichnung
Die Erfindung betrifft eine Formulierung für einen Feuchtigkeitspuffer, eine Methode zur Erhaltung der relativen Feuchtigkeit in engen Grenzen in einem geschlossenen Behälter trotz Temperaturschwankungen sowie einen die Feuchtigkeitspufferformulierung enthaltenden Behälter.
Wird Luft in einem Behälter bei einer gegebenen relativen Feuchtigkeit und Temperatur eingeschlossen, verändert sich bei Temperaturänderungen die relative Feuchtigkeit stark. Wird z. B. Luft mit 50% relativer Feuchtigkeit bei 250C in einem Behälter eingeschlossen, so erhöht sich ihre relative Feuchtigkeit auf 100%, wenn die Temperatur bei konstantem Druck auf 14°C reduziert wird. Unter 14°C kondensiert die Feuchtigkeit im Behälter. Umgekehrt sinkt die relative Feuchtigkeit im Behälter bei einer Temperaturerhöhung über25°C.
Im Fachgebiet ist eine Reihe von Materialien bekannt, die große Mengen Wasser absorbieren (siehe z. B. EP 0268498). Eine Reihe dieser Verbindungen absorbiert 200 bis über 1000g Wasser pro Gramm Material. Die meisten dieser Superabsorptionsmittel sind Copolymere aus Acrylamid oder Acrylnitril oder Salze der Acrylsäure, die als parallele Atomketten in Abständen quervernetzt auftreten und eine treppenähnliche Struktur bilden. Das Copolymer kann auch mit Stärke umgesetzt werden und Pfropfcopolymere aus Stärke und Acrylnitril bilden. Beispiele solcher Produkte werden unter den Handelsbezeichnungen 'Agrosoke', 'Igetagel', 'Terra-Sorb', 'Super-Sorb', 'Super Slurper' und 'Alcosorb' verkauft.
Es zeigte sich, daß bei Verwendung eines solchen wasserquellfähigen Polymers die Formulierung eines Feuchtigkeitspuffers möglich ist.
-2- 296 Offenbarung der Erfindung
Folglich besteht die Erfindung in einem ersten Aspekt in einer Feuchtigkeitspufferformulierung, die ein wasserquellfähiges, wasserunlösliches Polymer und eine Mischung aus (1) einer nichtflüchtigen, hydrophilen Flüssigkeit und (2) Wasser umfaßt, wobei das Polymer durch die Mischung quellfähig wird und die relativen Anteile (1) und (2) in der Mischung so ausgewählt werden, daß eine vorausberechnete relative Feuchtigkeit in einem verschlossenen Behälter entsteht.
In einem zweiten Aspekt besteht die Erfindung in einer Methode zur Erhaltung der relativen Feuchtigkeit in einem verschlossenen Behälter auf einer vorausberechneten Höhe, bei der im Behälter eine Feuchtigkeitspufferformulierung bereitgestellt wird, die ein wasserquellfähiges, wasserunlösliches Polymer und eine Mischung aus (1) einer nichtflüchtigen hydrophilen Flüssigkeit und (2) Wasser umfaßt, wobei das Polymer durch die Mischung quellfähig wird und wobei die relativen Anteile von (1) und (2) sich so verhalten, daß die relative Feuchtigkeit auf der vorausberechneten Höhe erhalten bleibt.
In einem dritten Aspekt besteht die Erfindung in einem verschlossenen Behälter, in dem die relative Innenfeuchtigkeit auf einer vorausberechneten Höhe erhalten bleibt, wobei sich der verschlossene Behälter dadurch auszeichnet, daß eine Feuchtigkeitspufferformulierung im Behälter bereitgestellt wird und diese Feuchtigkeitspufferformulierung ein wasserquellfähiges, wasserunlösliches Polymer und eine Mischung aus (1) einer nichtflüchtigen hydrophilen Flüssigkeit und (2) Wasser umfaßt, wobei das Polymer durch die Mischung quellfähig wird und die relativen Anteile von (1) und (2) in der Mischung so ausgewählt wurden, daß eine vorausberechnete Höhe der relativen Feuchtigkeit im verschlossenen Behälter entsteht.
In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthält die Feuchtigkeitspufferformulierung im ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung ein hydrophiles Fasermaterial.
Das hydrophile Fasermaterial kann eine aus einer Anzahl im Fachgebiet bekannter Verbindungen sein, die eine Schicht auf der Außenseite des Polymers bilden können, wenn dieses durch die Mischung quillt. Es kann eine Reihe von Natur- und Kunstfasern, einschließlich Cellulose und synthetische Polymerfasern verwendet werden, die so behandelt werden, daß sie eine hydrophile Oberfläche haben. Gegenwärtig wird als hydrophiles Fasermaterial Polyethylenpulpe QP 3850 von DuPont bevorzugt.
Durch den Einschluß von hydrophilem Fasermaterial in der Feuchtigkeitspufferformulierung wird es möglich, die Feuchtigkeitspufferformulierung als rieselfähige Granulate herzustellen. Das beschleunigt und erleichtert ebenfalls die Herstellung der Feuchtigkeitspufferformulierung. Außerdem nimmt die Wirksamkeit des Puffereffekts der Feuchtigkeitspufferformulierung durch die folgliche Vergrößerung des Verhältnisses zwischen Oberfläche der Feuchtigkeitspufferformulierung und ihrem Volumen zu.
In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Feuchtigkeitspufferformulierung in Form einer Folie, die ein festes Trägermaterial und ein wasserquellfähiges, wasserunlösliches Polymer und eine Mischung aus einer (1) nichtflüchtigen hydrophilen Flüssigkeit und (2) Wasser umfaßt, wobei das Polymer durch die Mischung quillt und die reativen Anteile von
(1) und (2) in der Mischung so ausgewählt werden, daß eine vorausberechnete relative Feuchtigkeit in einem eingeschlossenen Luftraum entsteht, wobei die Formulierung auf dem festen Trägermaterial fixiert wird, indem ein wasserlösliches Polymer auf dem festen Trägermaterial aufgebracht wird, das mit dem wasserquellfähigen, wasserunlöslichen Polymer und der Mischung beschichtet ist.
Das Trägermaterial, auf dem die Feuchtigkeitspufferfolie ausgebildet ist oder wo sie sich als Zwischenschicht befindet, kann aus einem beliebigen gewebe-oder gazeähnlichen Material bestehen. Eine Reihe von Natur-oder Kunstfasern kann als Gewebe oder Vliesstoff verwendet werden. Gegenwärtig wird der Polyethylenvliesstoff Tyvec 1622 E von DuPont bevorzugt.
Mit der Herstellung des Feuchtigkeitspuffers als Folie, deren Zerreißfestigkeit und Abmaße durch Wasseraufnahme oder -abgabe nicht beeinflußt werden, entsteht eine robustere Feuchtigkeitspufferformulierung.
Nachfolgend soll der Ausdruck .Vorausberechnete Höhe der relativen Feuchtigkeit" die geforderte Höhe der relativen Feuchtigkeit für jede beliebige Anwendung ausdrücken. Wie Experten des Fachgebietes schnell feststellen werden, variiert die geforderte Höhe der relativen Feuchtigkeit von Fall zu Fall. Zum Beispiel wird bei der Verpackung von frischem Gemüse oder anderen Produkten eine hohe relative Feuchtigkeit von über 90% gefordert, während bei der Konservierung von alten Metallobjekten die geforderte relative Feuchtigkeit im Bereich von 40—45% liegen kann.
Das für die erfindungsgemäße Feuchtigkeitspufferformulierung verwendete wasserquellfähige, wasserunlösliche Polymer kann aus einer ganzen Reihe der im Fachgebiet bekannten Superabsorptionspolymere stammen, wie die unter den Handelsbezeichnungen Terra-Sort', 'Agros-oke', 'Igetagel', 'Super-Sorb', 'Super Slurper' und 'Alcosorb' bekannten Produkte.
Gegenwärtig wird jedoch als wasserunlösliches, wasserquellfähiges Polymer ein Acrylnitril-Natriumacrylat-Copolymer bevorzugt, und am günstigsten ist die Verbindung mit der Handelsbezeichnung 'Alcosorb AB3S'.
Die nichtflüchtige hydrophile Flüssigkeit kann aus einer Reihe solcher im Fachgebiet bekannter Verbindungen stammen, die das Quellen des wasserunlöslichen, wasserquellfähigen Polymers bewirken können. Gegenwärtig wird jedoch eine Auswahl dieser nichtflüchtigen hydrophilen Flüssigkeit aus der aus Ethylenglycol, Glycerol, Digol, Dimethylsulfoxid und Dimethylformamid bestehenden Gruppe bevorzugt. Als nichtflüchtige hydrophile Flüssigkeit wird besonders Glycerol bevorzugt.
Die durch die erfindungsgemäße Feuchtigkeitspufferformulierung erhaltene relative Feuchtigkeitshöhe kann über einen großen Bereich durch Variierung der Anteile von Wasser und der verwendeten nichtflüchtigen hydrophilen Flüssigkeit reguliert werden.
Um das Wesen der Erfindung und die Art und Weise, in welcher die Regulierbarkeit erreicht werden kann, besser zu verstehen, werden nachfolgende bevorzugte Formen der Erfindung unter Bezugnahme auf folgende Beispiele erläutert.
Feuchtigkeitspufferformulierung für 30% relative Feuchtigkeit
Alcosorb AB3S (Allied Colloids Wyong NSW) wird in einem Ofen bei 1100C bis zur Massekonstanz getrocknet. Zu 26g von diesem Material werden 65,2g wasserfreies Glycerol und 8,8g destilliertes Wasser zugesetzt. Die Bestandteile werden dann schnell zu einer glatten Paste vermischt und in ein luftdicht abgeschlossenes Druckgefäß gegeben. Danach werden das Gefäß und der Inhalt 24 Stunden lang auf 600C erhitzt. Das Gefäß wird dann langsam (gewöhnlich über 24 h) auf die Betriebstemperatur des Feuchtigkeitspuffers abgekühlt, wobei es in einen isolierten Behälter kommt.
Es wird das gleiche Verfahren wie unter Beispiel 1 mit folgender Ausnahme hinsichtlich der Massen der Bestandteile durchgeführt:
Polymer 26g
Glycerol 39,7 g
Wasser 34,3g
Es wird das gleiche Verfahren wie unter Beispiel 1 mit folgender Ausnahme hinsichtlich der Massen der Bestandteile durchgeführt:
Polymer 26g
Glycerol 29,0 g
Wasser 45,0g
Das sich bildende relativ feste Gel kann zu Partikeln zerkleinert und in Beutel aus Vliesstoff oder anderem wasserdampfdurchlässigen Material gefüllt werden.
Wird ein Beutel mit einer bestimmten Formulierung in einen Behälter gebracht, dessen Feuchtigkeit reguliert werden soll, dann kann die relative Feuchtigkeit der eingeschlossenen Luft im Bereich von 10% der geforderten relativen Feuchtigkeit über einen Temperaturbereich zwischen 0 und 300C erhalten werden.
Glycerol wird mit Wasser zu einer Lösung verdünnt, deren Brechungsindex bei 25°C 1,4365 beträgt. 675g dieser Lösung werden mit 275 g Harz 'Alcosorb AB3S' (Allied Colloids Ltd.), das bezogen auf Trockenmasse einen Wassergehalt von 10% aufweist, homogenisiert.
Die Mischung wird über Nacht bei 70eC in einem verschlossenen Behälter gehärtet und dann mit 50g Polyethylenpulpe QP 3850 (DuPont) homogenisiert. Die entstandene Feuchtigkeitspufferformulierung besteht aus rieselfähigen weißen Granulaten, die einen eingeschlossenen Luftraum auf eine relative Feuchtigkeit von 50% abpuffern.
Glycerol wird mit Wasserzu einer Lösung verdünnt, deren Brechungsindex bei 25°C 1,3643 beträgt. 675g dieser Lösung werden mit 275g Harz 'Alcosorb AB3S' {Allied Colloids Ltd.), das bezogen auf Trockenmasse einen Wassergehalt von 10% aufweist, und mit 50g Polyethylenpulpe QP 3850 (DuPont) homogenisiert. Der entstandene Feuchtigkeitspuffer besteht aus rieselfähigen weißen Granulaten, die einen eingeschlossenen Luftraum auf eine relative Feuchtigkeit von 90% abpuffern. Die rieselfähigen Granulate können in Beutel aus Vliesstoff oder anderem wasserdampfdurchlässigen Material gefüllt werden. Wird ein derartiger Beutel in einen Behälter gebracht, dessen Feuchtigkeit reguliert werden soll, kann die relative Feuchtigkeit des eingeschlossenen Luftraumes im Bereich von 10% der geforderten relativen Feuchtigkeit über einen Temperaturbereich zwischen 0 und 30°C gehalten werden.
Glycerol wird mit Wasserzu einer Lösung verdünnt, deren Brechungsindex bei 25 0C 1,4562 beträgt (ca. 10% Wasser). 530g dieser Lösung werden mit 289g Harz 'Alcosorb AB3 S' (Allied Colloids), das bezogen auf Trockenmasse einen Wassergehalt von 10% aufweist, gemischt, bis eine glatte Paste entsteht. Die Paste wird in einer gleichmäßigen Schicht auf 2000cm2 faserigem, hydrophilen Polyethylenvlies (Tyvec 1622E, DuPont) aufgetragen und mit dem gleichen Material bedeckt. Das Feuchtigkeitspuffersandwich zwischen den beiden Schichten des Vliesstoffes wird 2 h lang bei 700C in einem versiegeltem Gefäß gehärtet, bis eine biegsame Folie entsteht. Eine durch Auflösen von 27 g in 180g Wasser hergestellte Lösung aus Polyvinylalkohol (mittlere relative Molekülmasse 14000, British Drug Houses) wird gleichmäßig auf beiden Folienseiten des Feuchtigkeitspuffers aufgetragen. Das Wasser wird durch das Gel aus dem Polyvinylalkohol entfernt, so daß die Gelpartikel miteinander und mit der Tyvec-Sandwichfolie durch den Polyvinylalkohol verbunden werden. Dieser Prozeß erfolgt über Nacht durch Härten der Folie bei Zimmertemperatur in einem verschlossenen Gefäß. Nach dem Härten fühlt sich die Feuchtigkeitspufferfolie trocken an und puffert einen abgeschlossenen Raum bei 60% relativer Feuchtigkeit ab.
Um die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Feuchtigkeitspufferformulierung zu demonstrieren, wurde eine Reihe von Formulierungen für eine Vielzahl von relativen Feuchtigkeiten hergestellt, und die in einem verschlossenen Behälter mit diesen Formulierungen erzeugte Feuchtigkeit wurde bei 20°C bewertet.
Acht Formulierungen, die jeweils 20,34g Alcosorb AB3S bei einem Wassergehalt von 10,5 % und 49,6g Glycerol/Wasser enthielten, wurden hergestellt, wobei das Verhältnis von Glycerol zu Wasser variierte. Die geforderte relative Feuchtigkeit, der Brechungsindex der Glycerol/Wassermischung und der prozentuale Anteil des Wassers im Glycerol-Wassergemisch sind in Tabelle 1 aufgeführt.
| Tabelle 1 | Brechungsindex | Prozentuale |
| Geforderte rela | derGlycerol/Was- | Wasser |
| tive Feuchtigkeit | sermischung | masse i η der G lyce- |
| in% | rol/Wassermischung | |
| 1,4660 | 4,3 | |
| 20% | 1,4579 | 9,2 |
| 30% | 1,4484 | 6,4 |
| 40% | 1,4368 | 23,3 |
| 50% | 1,4230 | 32,8 |
| 60% | 1,4064 | 43,9 |
| 70% | 1,3868 | 58,3 |
| 80% | 1,3646 | 72,4 |
| 90% | ||
Die Ergebnisse dieser Experimente sind in der zugehörigen Figur dargestellt, wo die Punkte die tatsächlich erreichte, prozentuale relative Feuchtigkeit und die Linie die idealen Situation zeigen. Die Ergebnisse zeigen deutlich, daß der Feuchtigkeitspuffer eine relative Feuchtigkeit innerhalb von 5% der geforderten relativen Feuchtigkeit erzeugt.
Feuchtigkeitspufferformulierungen zur Regulierung der relativen Feuchtigkeit zwischen 10 und 95% relativer Feuchtigkeit können in analoger Weise durch Erhöhung oder Verringerung des Glycerolanteils in der Formulierung im Verhältnis zum Wasser hergestellt werden, wobei der Anteil des wasserquellfähigen, wasserunlöslichen Polymers konstant bleibt. Wie die o.g. Beispiele zeigen, können wasserquellfähige, wasserunlösliche Polymere verwendet werden, die nicht im Ofen getrocknet wurden, sowie nichtwasserfreies Glycerol, aber in diesen Fällen muß ihr Wassergehalt bestimmt und in der Formulierung berücksichtigt werden.
Die erfindungsgemäße Feuchtigkeitspufferformulierung wird vielfach in der Industrie angewendet, einschließlich:
1. Bei der Verpackung frischer Produkte bei hoher Feuchtigkeit. Die Erfindung ermöglicht, verpackte Blumen, Obst und Gemüse bei relativ hoher Feuchtigkeit (über 90%) ohne Gefahr einer Kondensation bei Temperaturabfall zu halten. Diese Kondensation kann oft zur Beschädigung dieser Produkte führen.
2. Erhaltung von Herbariumexemplaren. Eine relative Feuchtigkeit von 50 bis 55% ist für Schaukästen erforderlich. Das ist in vielen Fällen schwer zu erreichen, aber die erfindungsgemäße Formulierung würde das erlauben. Werden Herbariumexemplare auf dem Feld getrocknet, dann ermöglicht die erfindungsgemäße Formulierung außerdem, daß sie bei richtiger Feuchtigkeit unter variablen Temperaturbedingungen erhalten werden können.
3. Im Gartenbau. Wurzelpflanzen ohne Erde, Stecklinge und Pfropfmaterial können per Post in Paketen, die Kissen mit der erfindungsgemäßen Feuchtigkeitspufferformulierung zur Erhaltung der richtigen Feuchtigkeit enthalten, verschickt werden.
4. Konservierung alter Metallobjekte. Alte Bronzeobjekte können mit Feuchtigkeitspufferkissen zur Erhaltung der idealen Feuchtigkeit zwischen 40 und 45% relativer Feuchtigkeit aufbewahrt werden. Salzlösungen wie Lithiumchlorid wurden in diesen Fällen zur Feuchtigkeitsregulierung verwendet, aber dabei besteht die Gefahr des Überlaufens und einer folgenden Korrosion. Die erfindungsgemäße Feuchtigkeitspufferformulierung leidet nicht unter diesen Nachteilen.
5. Konservierung von Holz-, Gewebe- und Lederobjekten in Museen. Das Problem der Abweichung von der idealen Lagerfeuchtigkeit von 50 bis 60% relativer Feuchtigkeit entsteht beim Transport von einem Museum oder Ausstellungsort zum anderen oder innerhalb von Schaukästen. Bei Abweichung der Feuchtigkeit quellen oder schrumpfen die Objekte. Das belastet das Objekt und verursacht schließlich sichtbaren Verfall. Die erfindungsgemäße Feuchtigkeitspufferformulierung ist ideal zur Minimierung des Verfalls aufgrund dieser Ursache.
6. Konservierung von Gemälden, Papier und Textilien, wenn diese Materialien bei einer relativen Feuchtigkeit zwischen 50 und 55% aufbewahrt werden müssen.
7. Biotechnologische Anwendung, einschließlich Zucht von Mikroorganismen unter festgelegten Bedingungen der Wasseraktivität. Für diagnostische Zwecke werden oft Bakterien und Pilze isoliert und auf Agarplatten mit festgelegter Wasseraktivität gezüchtet. Um die Wasseraktivität stabil zu halten, muß die relative Feuchtigkeit über der Agarplatte im Gleichgewicht bleiben, d. h. auf gleicher relativer Feuchtigkeit im Ausgleich zur Wasseraktivität in der Agarplatte. In Abhängigkeit von der Anwendung kann dies zwischen 70 und 95% relativer Feuchtigkeit (0,7 bis 0,95 Wasseraktivität) variieren. Zu diesem Zweck werden oft gesättigte Salzlösungen verwendet, aber sie sind kompliziert herzustellen und können leicht überspritzen. Die erfindungsgemäße Feuchtigkeitspufferformulierung kann so hergestellt werden, daß für die erforderlichen Wasseraktivitäten in der Atmosphäre ohne diese Probleme gesorgt wird.
Aus der vorangegangenen Erläutertung wird deutlich, daß die Erfindung eine vorteilhafte Verbesserung oder Alternative zum gegenwärtigen Stand der Technik darstellt. Weiterhin wird deutlich, daß die Erfindung in anderen spezifischen Formen ohne Änderung ihres Charakters oder wesentlicher Merkmale ausgeführt werden kann. Deshalb sind diese Ausführungsformen in jeder Hinsicht als Beispiel und nicht als Einschränkung anzusehen.
Claims (9)
1. Feuchtigkeitspufferformulierung, gekennzeichnet durch ein wasserquellfähiges, wasserunlösliches Polymer und eine Mischung aus (1) einer nichtflüchtigen hydrophilen Flüssigkeit und (2) Wasser, wobei das Polymer durch die Mischung quellfähig wird und die relativen Anteile von (1) und (2) in der Mischung so ausgewählt werden, daß eine vorausberechnete relative Feuchtigkeit in einem verschlossenen Behälter entsteht.
2. Feuchtigkeitspufferformulierung in Form einer Folie, gekennzeichnet durch ein festes Trägermaterial, ein wasserquellfähiges, wasserunlösliches Polymer und eine Mischung aus (1) einer nichtflüchtigen hydrophilen Flüssigkeit und (2) Wasser, wobei das Polymer durch die Mischung quellfähig wird und die relativen Anteile von (1) und (2) in der Mischung so ausgewählt werden, daß eine vorausberechnete relative Feuchtigkeit in einem abgeschlossenen Luftraum entsteht, wobei die Formulierung auf dem festen Trägermaterial fixiert wird, indem ein wasserlösliches Polymer auf das feste Trägermaterial aufgebracht wird, welches mit dem wasserquellfähigen, wasserunlöslichen Polymer und der Mischung beschichtet ist.
3. Feuchtigkeitspufferformulierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeitspufferformulierung ein hydrophiles Fasermaterial einschließt.
4. Feuchtigkeitspufferformulierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophile Fasermaterial aus Poyethylenpulpe besteht.
5. Feuchtigkeitspufferformulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserquellfähige, wasserunlösliche Polymer aus einem Acrylnitril-Natriumacrylat-Copolymer besteht.
6. Feuchtigkeitspufferformulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtflüchtige hydrophile Flüssigkeit aus der aus Ethylenglykol, Glycerol, Digol, Dimethylsulfoxid und Dimethylformamid bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
7. Feuchtigkeitspufferformulierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtflüchtige hydrophile Flüssigkeit aus Glycerol besteht.
8. Methode zur Erhaltung der relativen Feuchtigkeit in einem verschlossenen Behälter auf einer vorausberechneten Höhe, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälters eine Feuchtigkeitspufferformulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verfügung gestellt wird, wobei die relativen Anteile von (1) und (2) so ausgewählt werden, daß die relative Feuchtigkeit auf einer vorausberechneten Höhe erhalten bleibt.
9. Verschlossener Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Innenfeuchtigkeit auf einer vorausberechneten Höhe erhalten bleibt, wobei sich der verschlossene Behälter dadurch auszeichnet, daß ein Feuchtigkeitspuffer nach einem der Ansprüche 1 bis 7 innerhalb des Behälters bereitgestellt wird.
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