BR112019008510B1 - Material para manipular volumes líquidos - Google Patents

Abstract

Um material para manipulação de líquido inclui um substrato poroso com primeira e segunda superfícies; e um elemento de transporte em forma de cunha disposto numa dentre a primeira e segunda superfícies, em que o elemento de transporte em forma de cunha tem uma extremidade estreita e uma extremidade larga, a extremidade larga ligada a um primeiro reservatório, em que o elemento de transporte em forma de cunha é configurado para passar líquido da extremidade estreita para a extremidade larga do primeiro reservatório, independentemente da gravidade, e em que o primeiro reservatório está configurado para passar líquido para longe do substrato em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositado. A superfície na qual o elemento de transporte em forma de cunha está disposto é uma dentre hidrofóbica ou superhidrofóbica, e o elemento de transporte em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica.

Description

FUNDAMENTOS

[001] O transporte de líquidos usando superfícies com padrões de molhabilidade é um campo aplicativo e crescente em microfluídica. A simplicidade da fabricação do material combinada com o fluxo de superfície aberta é promissora para aplicações microfluídicas de baixo custo. O ajuste da molhabilidade do material (espacialmente) para controlar a interação líquido- sólido para uma tarefa microfluídica específica é relevante não apenas para substratos impermeáveis (rígidos, bem como flexíveis), mas também substratos porosos e fibrosos. Trabalhos anteriores demonstraram o transporte unidirecional de fluidos usando uma técnica de revestimento especial que criou um gradiente de molhabilidade ao longo da espessura do substrato fibroso através de níveis seletivamente diferentes de exposição à radiação ultravioleta (UV). O funcionamento de tal membrana, tecido ou papel poroso, apresentando gradientes de molhabilidade, depende da resistência à penetração através de tais materiais; essa resistência decorre do efeito de acoplamento do ângulo geométrico local das fibras adjacentes e do ângulo de contato sólido-líquido. O transporte unidirecional é baseado na observação fundamental de que a pressão de penetração para transportar líquido do lado hidrofílico para o lado hidrofóbico é muito maior do que a pressão necessária para forçar o líquido na outra direção.

[002] O funcionamento desses dispositivos (frequentemente baseados em papel) depende muito de como o substrato poroso regula o fluxo de líquido em uma direção preferida, ao mesmo tempo em que inibe o mesmo na direção inversa. Classicamente, a interação de líquidos com ar e sólido tem sido investigada como um rico problema de linha de contato trifásico. A hidrofobicidade ou hidrofilicidade da modificação de superfície ao substrato cria padrões de molhabilidade que fornecem aplicações úteis para o transporte de líquidos de superfície aberta. O transporte de gotículas de água em trilhas superhidrofóbicas usando forças externas como gravidade ou forças eletrostáticas foi mostrado. Trilhas confinadas de tensão superficial possuem a capacidade de transportar sem bomba líquidos de baixa tensão superficial sem o uso de uma força externa. Embora vários designs tenham tentado estabelecer um transporte de líquido controlado e unidirecional, quer na superfície do substrato fibroso, quer através da espessura do material poroso, a combinação destes dois modos de transporte unidirecional e controlado não foi demonstrada.

SUMÁRIO

[003] Os materiais porosos têm a capacidade inerente de transportar líquidos usando o princípio de absorção por capilaridade. Uma combinação desse princípio, juntamente com o padrão de molhabilidade, facilita o transporte guiado em substratos porosos, o que demonstrou ter aplicações úteis na fabricação de dispositivos de diagnóstico de baixo custo para o mundo em desenvolvimento.

[004] Um tratamento superhidrofílico no fundo e/ou topo de um material de substrato superhidrofóbico, em padrões em forma de cunha, pode direcionar o fluxo líquido para ocorrer no plano x-y no topo e/ou fundo do substrato, bem como através da direção z, longe do ponto de insulto. Isto foi demonstrado em Toalhas de Papel de Alta Densidade (HDPT) com taxas de alimentação de líquido relativamente baixas.

[005] A presente divulgação descreve o transporte de volumes calibrados de líquido em substratos permeáveis porosos. Manipulação de líquido com transporte lateral e transversal mais rápido nas regiões desejadas de uma toalha de papel utilizando diferentes designs de molhabilidade é demonstrada. Os designs da presente divulgação podem aplicar estes desenhos de contraste de molhabilidade em quaisquer substratos (papel/não tecidos), desde que haja uma permeabilidade transversal. Especificamente, os desenhos são demonstrados usando toalha de papel de alta densidade (HDPT), um substrato escolhido devido à sua facilidade de disponibilidade. A metodologia discutida nesta divulgação utiliza este transporte direcional de uma maneira única, proporcionando mais controle sobre a natureza do diodo de substratos porosos. O processo de fabricação é muito simples e diferentes módulos de design podem ser realizados com pequenas modificações, levando a diferentes aplicações. Os recursos de molhabilidade são integrados para aumentar a taxa de transporte em diferentes módulos de design fundamentais. O conceito pode ser usado com qualquer montagem fibrosa, incluindo substratos à base de papel e tecido.

[006] A presente divulgação refere-se a um material para manipulação de volumes líquidos que inclui um substrato poroso com primeira e segunda superfícies; e um elemento de transporte em forma de cunha disposto numa das primeira e segunda superfícies, em que o elemento de transporte em forma de cunha tem uma extremidade estreita e uma extremidade larga, em que a extremidade larga está ligada a um primeiro reservatório, em que o elemento de transporte em forma de cunha é configurado para passar líquido da extremidade estreita para a extremidade larga para o primeiro reservatório, independentemente da gravidade, e em que o primeiro reservatório é configurado para passar líquido para longe do substrato em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositada, em que a superfície na qual o elemento de transporte em forma de cunha é colocado é uma dentre hidrofóbica ou superhidrofóbica, e em que o elemento de transporte em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica.

[007] A presente divulgação também se refere a um material para manipulação de volumes líquidos que inclui um substrato poroso com primeira e segunda superfícies; e um elemento de transporte em forma de cunha disposto na segunda superfície, em que o elemento de transporte em forma de cunha tem uma extremidade estreita e uma extremidade larga, em que a extremidade larga está ligada a um reservatório disposto na segunda superfície, em que o elemento de transporte em forma de cunha é configurado para passar líquido da extremidade estreita para a extremidade larga do reservatório, independentemente da gravidade, e em que o reservatório é configurado para passar líquido do substrato em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositado, em que a segunda superfície é uma dentre hidrofóbica ou superhidrofóbica e em que o elemento de transporte em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica.

[008] A presente divulgação também se refere a um material para manipulação de volumes líquidos que inclui um substrato poroso com primeira e segunda superfícies, em que a primeira superfície inclui um tratamento que torna a primeira superfície hidrofóbica ou superhidrofóbica; e um elemento de transporte em forma de cunha disposto na segunda superfície, em que o elemento de transporte em forma de cunha tem uma extremidade estreita e uma extremidade larga, em que a extremidade larga está ligada a um reservatório disposto na segunda superfície, em que o substrato é configurado para receber líquido na primeira superfície oposta à extremidade estreita do elemento de transporte em forma de cunha, em que o elemento de transporte em forma de cunha é configurado para passar líquido da extremidade estreita para a extremidade larga do reservatório, independentemente da gravidade, e em que o reservatório é configurado para passar líquido longe do substrato em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositado, em que o elemento de transporte em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica.

BREVE ILUSTRAÇÃO DAS FIGURAS

[009] O exposto acima e outras características e aspectos da presente divulgação e a forma de obtê-los se tornarão mais evidentes, e a divulgação em si será melhor compreendida por referência à seguinte descrição, reivindicações anexas e figuras acompanhantes, onde:

[0010] A Figura 1 ilustra graficamente cabeçotes de pressão hidrostática, conforme medido para diferentes condições de HDPT revestido;

[0011] A Figura 2 ilustra esquematicamente que quando uma gotícula é dispensada no lado revestido com superhidrofóbico do HDPT horizontal, o líquido penetra depois de alguns segundos e espalha-se radialmente na superfície inferior, que é superhidrofílica;

[0012] A Figura 3 ilustra graficamente três diferentes configurações de desenho com base na posição da cunha no HDPT: O Caso I mostra uma configuração onde o elemento de transporte molhável em forma de cunha, com um reservatório circular, é colocado na parte inferior do HDPT, o Caso II mostra o elemento de transporte em forma de cunha molhável e o reservatório colocado no lado superior do HDPT com um reservatório molhável na parte inferior, e o Caso III mostra elementos de transporte em forma de cunha molháveis e reservatórios dispostos de costas em ambos os lados do HDPT;

[0013] A Figura 4 ilustra graficamente o raio e a altura de uma gotícula medida a partir das vistas superior, lateral e inferior, respectivamente, onde a vista inferior mostra a gotícula emergindo no início de um elemento de transporte em forma de cunha molhável;

[0014] A Figura 5 ilustra esquematicamente as vistas superior e lateral de um evento típico de transporte do Caso I no qual uma gotícula de água (0,1 ml) é distribuída na extremidade esquerda do elemento de transporte em forma de cunha e, depois de penetrar no lado oposto (inferior), atravessa para a direita, onde se acumula e eventualmente escorre de um reservatório (a barra de escala indica 1 cm); e

[0015] A Figura 6 ilustra graficamente mecanismos de transporte e distribuição de líquidos a partir de materiais porosos para diferentes configurações de design de molhabilidade.

[0016] O uso repetido de caracteres de referência no presente relatório descritivo e nas figuras tem como objetivo representar características ou elementos iguais ou análogos da presente divulgação. As figuras são representativas e não estão necessariamente desenhadas em escala. Determinadas proporções destas figuras podem estar exageradas, enquanto outras podem estar minimizadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] Todas as porcentagens são baseadas no peso da composição sólida total, a menos que especificado em contrário. Todas as proporções são proporções de peso, a menos que especificado em contrário.

[0018] O termo “superhidrofóbico” refere-se à propriedade de uma superfície repelir água com bastante eficiência. Essa propriedade é quantificada por um ângulo de contato da água (CA) que excede 150°.

[0019] O termo “hidrofóbico”, conforme usado no presente documento, refere-se à propriedade de uma superfície de repelir água, com um ângulo de contato com a água de entre cerca de 90° a cerca de 120°.

[0020] O termo “hidrofílico” conforme utilizado no presente documento, refere-se a superfícies com ângulos de contato com a água bem abaixo dos 90°.

[0021] Como usado neste documento, o termo "tecido ou trama não tecido" refere-se a uma trama com uma estrutura de fibras ou segmentos individuais que são interpostos, mas não de forma identificável como um tecido entrelaçado. Tramas não tecidas têm sido formadas a partir de muitos processos tais como, por exemplo, processos de fusão e pulverização (meltblowing), processos de união contínua após extrusão (spunbond) processos de deposição por ar, processos de coformação e processos de trama cardada e ligada. A gramatura das tramas não tecidas geralmente é expresso em onças de material por jarda quadrada (osy) ou gramas por metro quadrado (g/m2) e os diâmetros de fibra são normalmente expressos em microns, ou no caso de fibras descontínuas, denier. Observe que para converter osy para g/m2, deve-se multiplicar osy por 33,91.

[0022] Neste documento, o termo "fibras de união contínua" refere-se a fibras de diâmetro pequeno feitas de material polimérico orientado molecularmente. As fibras spunbond podem ser formadas pela extrusão de material termoplástico fundido como fibras a partir de uma pluralidade de capilares finos e geralmente circulares de uma fieira, e o diâmetro das fibras extrudadas é reduzido rapidamente como, por exemplo, na Patente dos EUA N.° 4.340.563 para Appel et al. e Patente dos EUA N.° 3.692.618 para Dorschner et al., Patente dos EUA N.° 3.802.817 para Matsuki et al., Patente dos EUA N.° 3.338.992 e 3.341.394 para Kinney, Patente dos EUA N.° 3.502.763 para Hartmann e Patente dos EUA N.° 3.542.615 para Dobo et al., e Patente dos EUA N.° 5.382.400 para Pike et al. As fibras de união contínua geralmente não são aderentes quando são depositadas numa superfície coletora, e são geralmente contínuas. As fibras de união contínua muitas vezes têm cerca de 10 micra ou mais de diâmetro. No entanto, tramas spunbond de fibras finas (e com um diâmetro médio de fibra inferior a cerca de 10 micra) podem ser conseguidas por vários métodos, incluindo, mas não limitado àqueles descritos nas patentes genericamente atribuídas, Patente dos EUA N.° 6.200.669 para Marmon et al. e Patente dos EUA N.° 5.759.926 para Pike et al.

[0023] Tramas não tecidas meltblown são preparadas a partir de fibras meltblown. Conforme usado aqui, o termo “fibras meltblown” refere-se às fibras formadas pela extrusão de um material termoplástico fundido, por meio de uma variedade de capilares finos, geralmente circulares, como fios ou filamentos fundidos de filamentos em correntes de gás (por exemplo, ar) de convergência de alta velocidade, geralmente aquecidos, que atenuam os filamentos de material termoplástico fundido para reduzir seus diâmetros, o que pode ser para o diâmetro da microfibra. Por conseguinte, as fibras meltblown são carregadas pelo fluxo de gás em alta velocidade e são depositadas em uma superfície de coleta de modo a formar uma trama de fibras meltblown dispersas aleatoriamente. Esse processo está publicado, por exemplo, na Patente dos EUA N.° 3.849.241 para Buntin. As fibras meltblown são microfibras, que podem ser contínuas ou descontínuas, e geralmente menores do que 10 micra de diâmetro médio (usando um tamanho de amostra de pelo menos 10) e geralmente pegajosas quando depositadas sobre uma superfície de coleta.

[0024] Neste documento, o termo "polímero" geralmente inclui mas não se limita a homopolímeros, copolímeros como, por exemplo, blocos, enxertos, alternados e aleatórios, terpolímeros etc., e as suas modificações e misturas. Além disso, salvo especificação em contrário, o termo “polímero” deve incluir todas as possíveis configurações geométricas da molécula. Essas configurações incluem, mas não estão limitadas a simetrias isotáticas, sindiotáticas e aleatórias.

[0025] Neste documento, o termo "fibras multicomponentes" refere-se a fibras ou filamentos que tenham sido formados a partir de pelo menos dois polímeros extrudados de extrusoras separadas, mas fiados juntos para formar tais fibras. As fibras multicomponentes também são denominadas fibras ou filamentos "conjugados" ou "bicomponentes". O termo "bicomponente" significa que existem dois componentes poliméricos que formam as fibras. Os polímeros são normalmente diferentes um do outro, embora fibras conjugadas possam ser preparadas a partir do mesmo polímero, se o polímero em cada estado for diferente do outro em alguma propriedade física, como, por exemplo, ponto de fusão, temperatura de transição vítrea ou ponto de amolecimento. Em todos os casos, os polímeros estão dispostos em zonas distintas intencionalmente posicionadas através das seções transversais das fibras multicomponentes ou filamentos e se estendem continuamente ao longo do comprimento das fibras multicomponentes ou filamentos. A configuração de tal fibra multicomponente pode ser, por exemplo, uma disposição de bainha/núcleo em que um polímero é rodeado por outro, ou pode estar em uma configuração lado a lado, configuração setorial ou em uma configuração de "ilhas no mar". Fibras multicomponentes são ensinadas na Patente dos EUA N.° 5.108.820 para Kaneko et al.; Patente dos EUA N.° 5.336.552 para Strack et al.; e Patente dos EUA N.° 5.382.400 de Pike et al. Para fibras ou filamentos bicomponentes, os polímeros podem estar presentes em proporções de 75/25, 50/50, 25/75 ou qualquer outra proporção desejada.

[0026] Conforme usado neste documento, o termo "fibras substancialmente contínuas" significa fibras que têm um comprimento que é maior do que o comprimento das fibras descontínuas. O termo pretende incluir fibras que são contínuas, tais como fibras spunbond, e fibras que não são contínuas, mas que têm um comprimento definido superior a cerca de 150 milímetros.

[0027] Como usado neste documento, o termo “fibras descontínuas” significa fibras que têm um comprimento de fibra entre cerca de 0,5 milímetros a cerca de 150 milímetros. Fibras descontínuas podem ser fibras celulósicas ou não celulósicas. Alguns exemplos de fibras não celulósicas adequadas que podem ser usadas incluem, mas não estão limitadas a fibras de poliolefina, fibras de poliéster, fibras de nylon, fibras de acetato de polivinil e suas misturas. Fibras descontínuas celulósicas incluem, por exemplo, polpa, pasta termomecânica, fibras celulósicas sintéticas, fibras celulósicas modificadas e similares. As fibras celulósicas podem ser obtidas de fontes secundárias ou recicladas. Alguns exemplos de fontes de fibras celulósicas adequadas incluem fibras de madeira virgem, tais como polpas de conífera e de folhosa, termomecânicas, branqueadas e não branqueadas. Fibras celulósicas secundárias ou recicladas podem ser obtidas de resíduos de escritório, papel de jornal, papel pardo, papelão reciclável etc., que também podem ser usados. Além disso, as fibras vegetais, tais como abacá, linho, serralha, algodão, algodão modificado, lanugem de algodão, também podem ser usados como as fibras celulósicas. Além disso, as fibras celulósicas sintéticas, tais como, por exemplo, viscose e rayon de viscose, podem ser usadas. As fibras celulósicas modificadas são geralmente compostas por derivados de celulose formados por substituição dos radicais apropriados (por exemplo, carboxila, alquil, acetato, nitrato etc.) por grupos hidroxila ao longo da cadeia de carbono.

[0028] Como usado neste documento, o termo "polpa" refere-se a fibras de fontes naturais como plantas lenhosas e não lenhosas. Plantas lenhosas incluem, por exemplo, plantas decíduas e coníferas. Plantas não lenhosas incluem, por exemplo, algodão, linho, esparto, serralha, palha, juta, cânhamo e bagaço.

[0029] Como usado neste documento, o termo "produtos de papel tissue" inclui lenços faciais, papel higiênico, papel toalha, guardanapos e afins. A presente divulgação é útil com produtos de papel tissue e papel tissue em geral, incluindo mas não limitado a papel tissue convencionalmente prensado em feltro; papel tissue densificado por padrão de alto volume, e papel tissue não compactado de alto volume.

[0030] O transporte controlado de líquidos em materiais porosos pode ter muitas aplicações. A aplicação das tecnologias descritas aqui permite o uso mais eficiente de materiais em um produto, o que resulta em redução de custos e melhor desempenho do produto.

[0031] Tais eficiências são alcançadas através do transporte de líquidos direcional e sem bomba em três dimensões (x, y, z) dentro de materiais porosos. Esta tecnologia permite que os volumes de líquido que são depositados em um lado de um material poroso sejam dispensados de outro local no lado oposto do material e a uma distância do local de deposição original. A tecnologia utiliza padrões específicos de materiais hidrofílicos, superhidrofílicos, hidrofóbicos e superhidrofóbicos, como aqui descrito.

[0032] A solução da presente divulgação é nova, porque, em contraste com os mecanismos de absorção padrão que transportam líquido através de um substrato poroso, a tecnologia aqui descrita utiliza padrões de contraste de molhabilidade na superfície para invocar gradientes de pressão de Laplace para transportar líquido direcionalmente ao longo da superfície superior ou inferior do substrato poroso. Adicionalmente, através da implementação de um emplastro alargado de uma região ou reservatório hidrofílico ou superhidrofílico, o líquido é disposto a partir do substrato num local desejado, longe do local de deposição original.

[0033] Sem se comprometer a uma teoria específica, acredita-se que o transporte de líquido é auxiliado pela diferença de hidrofobicidade/hidrofilicidade entre o substrato poroso e o padrão de manipulação de líquido. Por exemplo, se o substrato poroso é inerentemente ou tratado para ser superhidrofóbico, o padrão de manipulação de líquido pode ser tanto hidrofílico quanto superhidrofílico. Do mesmo modo, se o substrato poroso for inerentemente ou tratado como sendo hidrofóbico, o padrão de manipulação de líquido deverá ser superhidrofílico. Não é necessário que a diferença de hidrofobicidade/hidrofilicidade esteja entre a superhidrofobicidade e a superhidrofilicidade.

[0034] O líquido pode ser transportado ao longo do topo e depois através de um substrato poroso, ou através e ao longo do fundo de um substrato poroso. Os desenhos apresentam capacidade de dispensação de líquido a partir de um local desejado. Em um aspecto, o líquido é transportado somente ao longo da superfície inferior, mantendo a superfície superior seca.

[0035] O líquido a ser transportado pode ser qualquer líquido desde que a superfície correspondente apresente tanto domínios molháveis como não molháveis em relação a este líquido específico. Por exemplo, o líquido pode ser água ou álcool. O líquido pode ser um refrigerante ou uma amostra biológica. A amostra biológica pode ser sangue, plasma, urina ou qualquer tecido dissolvido ou disperso num líquido ou solvente. O líquido pode ser qualquer agente bioquímico dissolvido ou disperso num solvente líquido. Agentes bioquímicos podem incluir, mas não estão limitados a biomarcadores, proteínas, ácidos nucleicos, patógenos, drogas e/ou toxinas. O líquido pode ser óleo ou um propelente líquido. O líquido pode ter uma elevada tensão superficial, pela qual uma maior tensão superficial corresponde a uma velocidade de transporte mais rápida. O líquido pode ser aquoso ou não aquoso.

[0036] Um líquido, depois de entrar em contato com um material poroso, precisa superar uma pressão de penetração para emergir do outro lado. Substratos que requerem uma menor pressão de penetração facilitam essa permeação de líquido. Para quantificar a pressão de penetração necessária para alcançar o transporte z-direcional através de um HDPT, foi realizada uma medição padrão do tipo hidroabsorvência (hydrohead). A hidroabsorvência H quantifica a pressão de penetração, como mostrado na inserção da Fig. 1.

[0037] Tornando o substrato poroso superhidrofóbico, o substrato poroso pode ser feito para suportar uma pressão hidrostática finita antes do líquido começar a penetrar através da espessura do substrato poroso para o lado absorvente não tratado. A pressão que o substrato pode suportar antes de o líquido penetrar é dependente, pelo menos em parte, de se a solução superhidrofóbica é pulverizada num ou em ambos os lados do substrato. A Fig. 1 mostra a medição da hidroabsorvência (H) para três diferentes configurações de revestimento do HDPT. Quando ambos os lados são revestidos para se tornarem superhidrofóbicos, a pressão de penetração é a maior, como observado no ponto mais alto de dados da Fig. 1 (caso A). Quando o líquido encontra o revestimento superhidrofóbico primeiro, a penetração no outro lado ocorre em baixo H (caso C). Maior pressão de penetração é alcançada quando o líquido encontra o substrato primeiro do lado superhidrofílico (caso B). O movimento transversal espalha o líquido lateralmente na superfície do lado do ar para o caso C na Fig. 1.

[0038] Como ilustrado na Fig. 2, quando uma gotícula de água 20 é dispensada na superfície superior revestida com superhidrofóbico 24 de HDPT 30, o líquido penetra após alguns segundos e espalha-se radialmente na superfície inferior 26, que não é revestida e é, portanto, superhidrofílica.

[0039] A Fig. 3 ilustra um elemento de transporte 40 de um padrão de contraste de molhabilidade disposto na superfície de um substrato 50 que foi tratado para ser superhidrofóbico. O substrato 50 tem duas superfícies opostas: uma primeira superfície 54 que está configurada para receber um líquido e uma segunda superfície 56 que está configurada para distribuir um líquido. O elemento de transporte 40 é geralmente em forma de cunha com uma extremidade estreita 42 e uma extremidade larga 45. Um reservatório 60 é uma porção mais larga disposta na extremidade larga 42 do elemento de transporte 40 e em comunicação de líquido com o elemento de transporte 40. O elemento de transporte 40 e o reservatório 60 são tratados ou de outro modo estabelecidos para serem superhidrofílicos. A extremidade estreita 42 do elemento de transporte 40 é posicionada de tal modo que o líquido 20 é depositado no elemento de transporte 40 na extremidade estreita 42.

[0040] Três arranjos são ilustrados na Fig. 3. No Caso I, a primeira superfície 54 é a superfície superior e é superhidrofóbica. Um elemento 40 de transporte superhidrofílico é disposto na segunda superfície ou na inferior 56 com um fundo superhidrofóbico. O líquido 20 é depositado na primeira superfície 54 num ponto oposto à extremidade estreita 42 do elemento de transporte 40. O líquido passa através do substrato 50 para emergir através da extremidade estreita 42 do elemento de transporte 40. Um gradiente de pressão de Laplace é invocado para transportar líquido direcionalmente ao longo do elemento de transporte 40 para o reservatório 60 também posicionado na superfície inferior 56. O líquido é então distribuído através de uma pressão por aperto auxiliada por gravidade a partir do substrato no reservatório 60, que está num local removido do local de deposição.

[0041] No Caso II, um elemento 40 de transporte superhidrofílico e o reservatório 60 estão dispostos na primeira ou superfície superior 54 do substrato, onde as áreas de fundo da superfície superior 54 são superhidrofóbicas. Um reservatório superhidrofílico 60 também está disposto na superfície inferior 56 oposta ao reservatório 60 na superfície superior 54. O resto da superfície inferior 56 é superhidrofóbico. O líquido 20 é depositado na primeira superfície 54 na extremidade estreita 42 do elemento de transporte 40. Um gradiente de pressão de Laplace é invocado para transportar líquido direcionalmente ao longo do elemento de transporte 40 para o reservatório 60 também posicionado na superfície superior 54. O líquido passa através do substrato 50 para contatar o reservatório da superfície inferior 60. O líquido é então distribuído através de uma pressão por aperto auxiliada por gravidade a partir do substrato 50 no reservatório da superfície inferior 60, que se encontra num local removido do local de deposição original.

[0042] No caso III, um elemento 40 de transporte superhidrofílico e o reservatório 60 estão dispostos nos fundos superhidrofóbicos das superfícies superior e inferior 54, 56. O elemento de transporte 40 e o reservatório 60 na superfície superior 54 estão alinhados com o elemento de transporte 40 e o reservatório 60 na superfície inferior 56. O líquido é depositado na primeira superfície 54 na extremidade estreita 42 do elemento de transporte 40. Um gradiente de pressão de Laplace é invocado para transportar líquido direcionalmente ao longo dos dois elementos de transporte 40 para os reservatórios 60. O líquido pode passar através do substrato 50 da superfície superior 54 para a superfície inferior 56 em qualquer ponto ao longo do elemento de transporte 40 e o reservatório 60 eventualmente para o reservatório da superfície inferior 60. O líquido é então distribuído através de uma pressão por aperto auxiliada por gravidade a partir do substrato 50 no reservatório da superfície inferior 60, que se encontra num local removido do local de deposição original.

[0043] A presente divulgação descreve o transporte de líquido em substratos fibrosos para diferentes taxas de fluxo de entrada gota-a-gota. Estudos anteriores sobre substratos de papel mostraram que os líquidos, quando dispensados em uma extremidade de uma trilha retangular molhável (em um fundo não molhado), atravessam em uma direção particular, aproveitando a propriedade de absorção do substrato. A presente divulgação adiciona flexibilidade na manipulação do líquido transportando direcionalmente o líquido em três dimensões sobre e dentro do substrato poroso (isto é, ao longo da superfície, bem como através de sua espessura). O contraste de molhabilidade entre os domínios superhidrofóbico e superhidrofílico, e as formas das trilhas confinadas à molhabilidade no substrato, são aproveitados para controlar o transporte de líquido na superfície aberta. O objetivo é acomodar o líquido que é dispensado em um ponto em um substrato e emerge no outro lado do substrato a uma distância deslocada do ponto original de injeção ou disposição.

[0044] Para um substrato HDPT com superfície superior superhidrofóbica e superfície inferior superhidrofílica (obtidas por exposição a raios UV sem fotomáscara), uma gotícula de líquido distribuída sobre o substrato penetra primeiro na superfície inferior e, depois, radialmente para baixo, como mostrado na Fig. 2. Este modo de transporte de líquidos é semelhante ao modo de "passagem" (Caso C na Fig. 1) do diodo fluido. Note- se que o transporte lateral do líquido não é conseguido neste caso, mas o líquido emerge do lado inferior e após acumulação adicional de líquido a partir do topo, aperta-se na parte inferior da localização de distribuição.

[0045] Um modo de transporte mais complexo é observado nas configurações de desenho mostradas na Fig. 3, onde o transporte direcional vertical (penetração para o outro lado do HDPT) é acoplado com transporte rápido, direcional (lateral) ao longo da trilha ou elemento de transporte em forma de cunha, conforme orientado pelo gradiente de pressão de Laplace. Quando um elemento de transporte superhidrofílico em forma de cunha é colocado no fundo superhidrofóbico da superfície, um contraste agudo de molhabilidade é estabelecido. O líquido dispensado (ou acumulado devido à permeação do outro lado do substrato) permanece confinado dentro da linha de contraste de molhabilidade e forma uma protuberância líquida assimétrica na trilha. A curvatura resultante do menisco líquido cria um gradiente de pressão de Laplace, levando a um transporte rápido, planar e unidirecional do líquido da extremidade mais estreita para a mais larga do elemento de transporte em forma de cunha. As diferentes configurações de desenho discutidas na Fig. 3 mostram taxas variáveis nas quais o líquido é transportado horizontalmente (no lado do ar) e verticalmente (através do substrato).

[0046] O transporte vertical é dependente da pressão de penetração da direção z, enquanto o transporte lateral (x-y) é governado pelo gradiente de pressão de Laplace formado pela curvatura da interface líquido/gás. No Caso I, a superfície superior 54 é totalmente superhidrofóbica, enquanto que um elemento 40 de transporte em forma de cunha superhidrofílico é colocado na parte inferior 56 num fundo superhidrofóbico. Uma região superhidrofílica circular larga ou reservatório 60 é disposta no final do elemento de transporte em forma de cunha 40 para facilitar o acúmulo e descarte de líquido (por meio de pressão por aperto quando o líquido se acumula lá). Nos Casos II e III, um elemento 40 de transporte em forma de cunha superhidrofílico está presente na superfície superior 54, ao passo que a superfície inferior 56 é tornada superhidrofílica nas regiões desejadas (Fig. 3). Para o Caso II, a superfície inferior 56 é feita superhidrofílica apenas sob o reservatório circular 60. No Caso III, a superfície inferior 56 tem um elemento 40 de transporte superhidrofílico em forma de cunha e um reservatório 60 alinhado com aqueles na superfície superior 54.

[0047] A Fig. 4 ilustra o raio e a altura de uma gotícula 20 medida a partir das vistas superior e lateral, respectivamente. A Fig. 5 ilustra a vista superior e lateral de um evento típico de transporte do Caso I. Gotículas de água 20 (0,1 ml) são distribuídas na extremidade estreita 42 do elemento de transporte em forma de cunha 40, e depois de penetrar através do lado oposto (inferior) 56, elas atravessam em direção à extremidade larga 45 onde se acumulam e eventualmente gotejam a partir do reservatório 60. A barra de escala indica 1 cm.

[0048] No Caso I, quando o líquido 20 é depositado na superfície superior 54 do substrato 56 oposto à extremidade estreita 42 do elemento de transporte em forma de cunha 40 (na superfície inferior 56), a gotícula é gradualmente sugada para o substrato 50. Uma vez que a gotícula emerge na extremidade estreita 42 do elemento de transporte em forma de cunha 40 na superfície inferior 56, esta é transportada lateralmente para a extremidade larga 45 devido ao gradiente de pressão de Laplace formado na mesma. Quando a gotícula penetra no substrato 50, o raio da gotícula variável no tempo (r) e a altura (h) são medidos a partir das vistas superior e lateral, respectivamente, como mostrado na Fig. 4.

[0049] Juntamente com o transporte de líquido, o gotejamento de líquido de uma posição particular é monitorado incluindo um reservatório 60 no local desejado. O elemento de transporte em forma de cunha 40 ajuda a transportar o líquido, que fica acumulado na extremidade do reservatório 60 do elemento de transporte em forma de cunha 40 na forma de uma gota de líquido pendente. A gota suspensa eventualmente se solta do substrato 50 quando o peso do líquido acumulado excede a força de tensão superficial. Gotejamento de líquido é observado para todos os Casos (I, II e III na Fig. 3), mas os eventos de gotejamento diferem qualitativamente das seguintes maneiras (ver Fig. 6, em que os números de elementos que seguem aqueles da Fig. 3 são omitidos para clareza):

[0050] 1) No Caso I, o líquido penetra através da espessura do substrato 50 no ponto de distribuição. O líquido é transportado para a superfície inferior 56 do substrato 50 devido à menor pressão de penetração que é capaz de superar (Caso C na Fig. 1). Por baixo do substrato 50, na extremidade estreita 42 do elemento de transporte em forma de cunha 40, o líquido experimenta um gradiente de pressão de Laplace que o transporta para a extremidade larga 45 do elemento de transporte em forma de cunha 40, que é a extremidade direita nas Figs. 3 e 6. A extremidade do reservatório 60 do elemento de transporte 40 atua como armazenamento temporário, devido à sua capacidade de retenção de líquido aumentada. Com o aumento do acúmulo de volume de líquido no reservatório 60, a gotícula é comprimida sob o seu próprio peso.

[0051] 2) No Caso II, o líquido primeiro se transporta lateralmente no elemento de transporte em forma de cunha superior 40 para o amplo reservatório da extremidade 60 e depois penetra através do substrato 50 para o lado inferior 56; o líquido acumulado se distancia do reservatório da superfície inferior 60. Neste caso, o líquido é dispensado em uma região que tenha a superfície superior 54 superhidrofílica e a superfície inferior superhidrofóbica 56. Como a pressão de Laplace exercida pela protuberância líquida no reservatório superior 60 fica aquém da alta pressão de penetração que a gotícula precisa superar (Caso B na Fig. 1) para permear para o outro lado, o líquido não pode penetrar na superfície inferior 56 no local de distribuição. Ao mesmo tempo, o gradiente de pressão horizontal de Laplace está em jogo e, como resultado, o líquido é transportado para a extremidade larga 45 do elemento de transporte 40 em forma de cunha sobre a superfície superior 54 do substrato 50. Com o aumento do acúmulo no topo do reservatório circular 60, o peso e a pressão de Laplace da protuberância líquida acabam por ultrapassar a pressão da barreira de hidroabsorvência, resultando na penetração do líquido na superfície inferior 56 e eventual gotejamento.

[0052] 3) No Caso III, ambas as superfícies superior e inferior 54, 56 têm elementos de transporte em forma de cunha 40 alinhados um com o outro, de tal modo que cada superfície 54, 56 é uma imagem espelhada da outra. Como ambos os elementos de transporte 40 foram expostos a UV, o substrato 50 tornou-se superhidrofílico ao longo de toda a profundidade ao longo do elemento de transporte em forma de cunha 40. Assim, o líquido é transportado para a extremidade larga 45 como um filme. Semelhante aos casos anteriores, com o aumento do peso da gotícula suspensa, ela finalmente se solta.

[0053] A Tabela 1 mostra o tempo para diferentes etapas intermediárias para o líquido atingir a extremidade larga 45 do elemento de transporte 40 e gotejar a partir do lado inferior 56 do substrato 50. Para o mesmo volume de líquido depositado sobre o substrato 50 na extremidade estreita 42 do elemento de transporte em forma de cunha 40, o líquido atinge a extremidade larga 45 do elemento de transporte em forma de cunha 40 mais rapidamente no Caso II do que no Caso I ou III. Isto acontece porque no Caso II a permeação para a superfície inferior 56 ocorre numa fase posterior apenas a partir do reservatório final 60, o qual é superhidrofílico de ambos os lados. No entanto, a grande piscina de líquido (que tem uma curvatura relativamente pequena) formada no reservatório de extremidade 60 exerce uma pequena pressão de Laplace - isto leva a uma taxa de permeação relativamente inferior. Assim, para o Caso II, o gotejamento do reservatório final 60 começa mais tarde do que para os Casos I ou III. No Caso I, o líquido supera a baixa hidroabsorvência no ponto de dispensação (ponto C na Fig. 1) e é sugado rapidamente. A pressão por aperto ocorre a partir da superfície inferior 56 após o transporte do líquido para a extremidade larga 45. No Caso III, o elemento 40 de transporte em forma de cunha é superhidrofílico ao longo da profundidade do substrato 50, devido à exposição aos raios UV de ambos os lados. Assim, o líquido se transporta para a extremidade larga 45 do elemento de transporte 40 como uma película líquida com espessura comparável à espessura do substrato 50. Como um grande volume de líquido se transporta através do elemento no Caso III, o elemento de transporte em forma de cunha 40 requer mais tempo para se molhar. Assim, utilizando configurações de desenho diferentes, o líquido pode ser transportado em e através de substratos porosos 50 a taxas diferentes. Tabela 1. Tempo necessário para o líquido completar os diferentes estágios do procedimento (todos os períodos de tempo listados em segundos, e a partir do momento em que o líquido é depositado sobre a superfície)

[0054] A tecnologia descrita aqui alcança o transporte de líquido direcional e sem bomba em três dimensões dentro de materiais porosos finos. A tecnologia permite que os volumes de líquido que são depositados em um lado de um material poroso sejam dispensados de outro local no lado oposto e a distâncias da ordem de centímetros do local original. Além dos mecanismos padrão de transporte de líquido através de um substrato poroso, a tecnologia atual potencializa os padrões de contraste de molhabilidade na superfície para invocar os gradientes de pressão de Laplace para transportar rapidamente o líquido direcionalmente ao longo da superfície superior ou inferior do substrato poroso. Além disso, ao implementar um trecho ampliado da região superhidrofílica (o reservatório), o líquido é disposto do substrato de um local desejado, longe do local original. São descritos três desenhos diferentes que transportam o líquido para dentro e através, ou através de e sob um substrato poroso. Dois dos desenhos apresentam capacidade de dispensação de líquido a partir de um local desejado, enquanto uma das configurações possui a vantagem do transporte de líquido somente na superfície inferior, mantendo a superfície superior seca. Os designs atuais controlados por molhabilidade podem ser usados como blocos fundamentais de qualquer sistema de manipulação de líquido sem bomba usando substratos porosos.

[0055] A tecnologia descrita aqui combina transporte lateral e em volume direcionado de líquido sobre a superfície e através da massa de um substrato poroso, respectivamente. O volume do líquido dispensado é bem controlado, espacial e temporalmente. Com modificações adequadas no desenho (descritas como Casos I, II, III), também é possível controlar com precisão o transporte lateral sobre as superfícies superior, inferior ou ambas do substrato. Ao alterar a extensão do espalhamento lateral, o tempo de permanência do líquido sobre ou sob o substrato pode ser controlado. A taxa de transporte global pode ser controlada ajustando a porosidade do substrato.

[0056] Na prática, até recentemente, a fabricação de compósitos superrepelentes que exigem polímeros com energias superficiais suficientemente baixas (ou seja, para repelir água, Y << 72 mN/m) demandou o uso de solventes fortes para processamento a úmido, o que impede o desenvolvimento de sistemas totalmente à base de água. Sistemas de polímeros sem flúor e compatíveis com água capazes de entregar baixa energia superficial tem sido o desafio principal para o desenvolvimento de revestimentos superhidrofóbicos realmente benignos ao meio ambiente. Uma dispersão de fluoropolímero à base de água com baixa energia superficial (DuPont Capstone ST-100) foi usado em pulverização superhidrofóbica à base de água, onde a correlação entre o ângulo de contato e a resistência hidrostática foi estudada, mas novamente, a presença de compostos fluorados no compósito ainda levantava questões ambientais. Em um ponto, o EPA iniciou uma redução na fabricação de muitos compostos de fluoropolímeros perigosos e tais compostos possuem alto risco de se quebrarem em ácidos perfluorooctanoicos (PFOA) que podem ter um impacto ambiental extremamente adverso. Conhecido por causar defeitos de nascimento, o PFOA pode entrar nas águas subterrâneas, poluir reservatórios e ameaçar a vida selvagem aquática, eventualmente sendo ingerido por humanos onde ele se acumula em níveis perigosos. Embora os fluoropolímeros de cadeia curta fabricados em respostas à iniciativa da EPA, tais como DuPont’s Capstone ST-100, estejam disponíveis e ofereçam menos risco ambiental, eliminar totalmente a necessidade de flúor para a superrepelência tem sido a meta principal do presente trabalho. Espera-se que, um dia, tais compósito fluorados possam estar obsoletos, sendo substituídos por alternativas mais ambientalmente conscientes, as chamadas alternativas “verdes”.

[0057] A escolha de partículas com dimensões em nanoescala permite um controle preciso da rugosidade da superfície e uma maior redução na área de contato interfacial líquido-para-sólido; para superfícies de energia hidrofóbicas ou de baixa superfície, isso se traduz em uma resistência aumentada à molhabilidade do líquido, permitindo que a superfície sólida retenha bolsões de vapor que limitam o contato líquido/sólido. Muitas superfícies hidrofóbicas fabricadas na literatura tem usado materiais de enchimento de partículas hidrofóbicas, necessitando do uso de suspensões não aquosas ou outros aditivos. Embora essas partículas hidrofóbicas auxiliaram a gerar a aspereza repelente, elas não são viáveis em um sistema à base de água sem o uso de estabilização de carga ou surfactantes. A nanopartícula hidrofílica TiO2 demonstrou fornecer uma quantidade adequada de aspereza superficial sendo compatível com uma mistura de cera com polímeros de poliolefina à base de água; o polímero age para ocultar a hidrofilicidade das partículas de TiO2 suspensas quando disperso, o que reveste as nanopartículas em uma casca levemente hidrofóbica que é mantida assim que a película do compósito final for aplicada e a água residual for removida. Ao usar nanopartículas de dimensões extremamente pequenas (<; 25 nm), uma aspereza superficial é obtida a qual impele os ângulos de contato do compósito final para cima no regime superhidrofóbico. Além disso, TiO2 tem demonstrado ser um aditivo não tóxico para alimentos, loções para a pele e pigmentos de tintura, fortalecendo assim a reivindicação de impacto reduzido, em termos ambientais ou de outra forma, dos constituintes do compósito.

[0058] Os padrões superhidrofílicos/superhidrofóbicos aqui descritos podem ser aplicados utilizando quaisquer formulações de revestimento adequadas, incluindo formulações não-fluoradas, tais como as descritas nas Publicações do Pedido de Patente PCT No WO2016/138272 e WO2016/138277 e formulações fluoradas tais como as descritas na Patente dos EUA 9.217.094.

[0059] A presente divulgação refere-se a uma superfície de um substrato, ou o próprio substrato, exibindo características superhidrofóbicas, quando tratado com uma formulação incluindo um componente hidrofóbico, uma partícula de material de enchimento e água. A superhidrofobicidade pode ser aplicada sobre toda a superfície, modelada ao longo do padrão ou sobre o material de substrato, e/ou diretamente penetrada através da espessura direcional Z do material de substrato.

[0060] Em alguns aspectos da presente divulgação, o substrato que é tratado é uma trama não tecida. Em outros aspectos, o substrato é um produto de papel tissue.

[0061] O substrato da presente divulgação pode ser tratado de tal modo que seja superhidrofóbico através da espessura direcional Z do material e seja controlado de tal maneira que apenas certas áreas do material sejam superhidrofóbicas. Tal tratamento pode ser concebido para controlar a molhabilidade espacial do material, o que direciona a molhagem e penetração de líquido do material. Essas concepções podem ser usadas no controle de transporte de líquidos e retificação de fluxo.

[0062] Substratos adequados da presente invenção podem incluir um tecido não tecido, tecido entrelaçado, tecido plano, ou laminados desses materiais. O substrato também pode ser um papel tissue ou toalha, tal como descrito neste documento. Materiais e processos adequados para a moldagem de tais substratos geralmente são bem conhecidos dos especialistas da área. Alguns exemplos de tecidos não tecidos que podem ser usados na presente divulgação incluem, mas não estão limitados a tramas spunbond, tramas meltblown, tramas cardadas ligadas, tramas produzidas por fluxo de ar, tramas coformadas, tramas hidroemaranhadas e assim por diante. Em cada caso, pelo menos uma das fibras utilizadas para preparar o tecido não tecido é um material termoplástico contendo fibra. Além disso, os tecidos não tecidos podem ser uma combinação de fibras termoplásticas e fibras naturais, tais como, por exemplo, fibras celulósicas de madeira (polpa de celulose de folhosas, polpa de celulose de coníferas, polpa termomecânica, etc.). Geralmente, do ponto de vista de custo e propriedades desejados, o substrato da presente divulgação é um tecido não tecido.

[0063] Se desejado, o tecido não tecido também pode ser ligado utilizando técnicas bem conhecidas para melhorar a resistência, durabilidade, sensação ao toque, estética, textura e/ou outras propriedades do tecido. Por exemplo, o tecido não tecido pode ser ligado termicamente (p.ex., ligado por padrão, seco a ar), ligado por ultrassom, adesivo e/ou meios mecânicos (p.ex., costurado). Por exemplo, várias técnicas de ligação padrão são descritas na Patente dos EUA n° 3.855.046 para Hansen; Patente dos EUA n° 5.620.779 para Levy, et al.; Patente dos EUA n° 5.962.112 para Haynes, et al.; Patente dos EUA n° 6.093.665 para Sayovitz, et al.; Patente de Design dos EUA n° 428.267 para Romano, et al.; e Patente de Design dos EUA n° 390.708 para Brown.

[0064] Em outro aspecto, o substrato da presente descrição é formado a partir de uma trama spunbond contendo fibras monocomponente e/ou fibras multicomponentes. As fibras multicomponentes são fibras que foram formadas a partir de pelo menos dois componentes poliméricos. Tais fibras geralmente são extrudadas de extrusoras separadas, mas fiadas juntas para formar uma fibra. Os polímeros dos respectivos componentes geralmente são diferentes uns dos outros, embora as fibras multicomponentes possam incluir componentes separados de materiais poliméricos semelhantes ou idênticos. Os componentes individuais geralmente estão dispostos em zonas distintas através das seções transversais da fibra e se estendem substancialmente ao longo de todo o comprimento da fibra. A configuração de tais fibras pode ser, por exemplo, uma configuração lado a lado, configuração setorial ou qualquer outra configuração.

[0065] Quando utilizadas, as fibras multicomponentes também podem ser divisíveis. Na fabricação de fibras multicomponentes que são divisíveis, os segmentos individuais que formam coletivamente a fibra multicomponente unitária são contíguos ao longo da direção longitudinal da fibra multicomponente, de tal forma que um ou mais segmentos formam parte da superfície externa da fibra multicomponente unitária. Em outras palavras, um ou mais segmentos são expostos ao longo do perímetro externo da fibra multicomponente. Por exemplo, fibras multicomponentes divisíveis e métodos para fazer tais fibras são descritos na Patente dos EUA n° 5.935.883 para Pike e Patente dos EUA n° 6.200.669 para Marmon, et al.

[0066] O substrato da presente divulgação também pode conter um material coformado. O termo "material coformado" geralmente se refere a materiais compostos incluindo uma mistura ou matriz estabilizada de fibras termoplásticas e um segundo material não termoplástico. Como exemplo, materiais coformados podem ser fabricados por um processo em que pelo menos um cabeçote de matriz para fusão e pulverização é disposto próximo a uma calha através da qual outros materiais são adicionados à trama em formação. Esses outros materiais podem incluir, mas não estão limitados a materiais orgânicos fibrosos como polpa celulósica ou não celulósica como algodão, rayon, papel reciclado, lanugem de polpa e também partículas superabsorventes, materiais absorventes inorgânicos, fibras descontínuas poliméricas tratadas e assim por diante. Alguns exemplos de tais materiais coformados são divulgados na Patente dos EUA N.°. 4.100.324 para Anderson, et al.; Patente dos EUA n° 5.284.703 para Everhart, et al.; e Patente dos EUA n° 5.350.624 para Georger, et al.

[0067] Além disso, o substrato pode também ser formado a partir de um material que é transmitido com textura sobre uma ou mais superfícies. Por exemplo, em alguns aspectos, o substrato pode ser formado a partir de um material spunbond de textura dupla ou material meltblown, tal como descrito na Patente dos EUA N.° 4.659.609 para Lamers, et al. e Patente dos EUA N.° 4.833.003 para Win, et al.

[0068] Em um aspecto particular da presente invenção, o substrato é formado a partir de um tecido não tecido hidroentrelaçado. Os processos de hidroentrelaçamento e tramas compostas hidroentrelaçadas contendo várias combinações de fibras diferentes são conhecidos na técnica. Um processo típico de hidroentrelaçamento utiliza jatos d'água em alta pressão para emaranhar as fibras e/ou filamentos para formar uma estrutura fibrosa consolidada altamente entrelaçada, por exemplo, um tecido não tecido. Tecidos não tecidos hidroemaranhados de fibras descontínuas comprimento e filamentos contínuos são descritos, por exemplo, na Patente dos EUA N.° 3.494.821 para Evans e Patente dos EUA N.° 4.144.370 para Boulton. Tecidos não tecidos compostos hidroentrelaçados de uma trama não tecida de filamentos contínuos e uma camada de polpa são divulgados, por exemplo, na Patente dos EUA n° 5.284.703 para Everhart, et al., e Patente dos EUA n° 6.315.864 para Anderson, et al.

[0069] Desses tecidos não tecidos, as tramas não tecidas hidroentrelaçadas com fibras descontínuas entrelaçadas com fibras termoplásticas são particularmente adequadas como substrato. Em um exemplo particular de uma trama não tecida hidroentrelaçada, as fibras descontínuas são entrelaçadas hidraulicamente com fibras termoplásticas substancialmente contínuas. A fibra descontínua pode ser celulósica, não celulósica ou uma mistura de ambas. Fibras descontínuas não celulósicas adequadas incluem fibras termoplásticas, tais como fibras descontínuas de poliolefina, fibras descontínuas de poliéster, fibras descontínuas de nylon, fibras descontínuas de acetato de polivinila e similares ou suas misturas. Fibras descontínuas celulósicas adequadas incluem, por exemplo, polpa, polpa termomecânica, fibras celulósicas sintéticas, fibras celulósicas modificadas e similares. As fibras celulósicas podem ser obtidas de fontes secundárias ou recicladas. Alguns exemplos de fontes de fibras celulósicas adequadas incluem fibras de madeira virgem, tais como polpas de conífera e de folhosa, termomecânicas, branqueadas e não branqueadas. Fibras celulósicas secundárias ou recicladas obtidas de resíduos de escritório, papel de jornal, papel pardo, papelão reciclável, etc., também podem ser utilizadas. Além disso, as fibras vegetais, tais como abacá, linho, serralha, algodão, algodão modificado, lanugem de algodão, também podem ser usados como as fibras celulósicas. Além disso, as fibras celulósicas sintéticas, tais como, por exemplo, viscose e rayon de viscose, podem ser usadas. As fibras celulósicas modificadas são geralmente compostas por derivados de celulose formados por substituição dos radicais apropriados (por exemplo, carboxila, alquil, acetato, nitrato etc.) por grupos hidroxila ao longo da cadeia de carbono.

[0070] Uma trama não tecida hidroentrelaçada particularmente apropriada é uma trama composta por fibras spunbond de polipropileno, que são substancialmente fibras contínuas, tendo fibras de polpa hidroentrelaçadas com as fibras spunbond. Outra trama não tecida hidroentrelaçada particularmente adequada é uma trama não tecida composta por fibras termossoldadas de polipropileno com uma mistura de fibras descontínuas celulósicas e não celulósicas hidroentrelaçadas com as fibras termossoldadas.

[0071] O substrato da presente divulgação pode ser preparado exclusivamente a partir de fibras termoplásticas ou pode conter ambas fibras termoplásticas e não termoplásticas. Geralmente, quando o substrato da presente divulgação pode ser preparado exclusivamente a partir de fibras termoplásticas e não termoplásticas, as fibras termoplásticas compõem cerca de 10% a cerca de 90% em peso do substrato. Em um aspecto particular, o substrato contém entre cerca de 10% e cerca de 30%, em peso, de fibras termoplásticas.

[0072] Geralmente, um substrato não tecido terá uma gramatura na faixa de cerca de 5 g/m2 (gramas por metro quadrado) a cerca de 200 g/m2, mais tipicamente, entre cerca de 33 g/m2 a cerca de 200 g/m2. A gramatura real pode ser superior a 200 g/m2, mas para muitas aplicações, a gramatura será na faixa de 33 g/m2 a 150 g/m2.

[0073] Os materiais ou fibras termoplásticas, compondo pelo menos uma parte do substrato, podem, essencialmente, ser qualquer tipo de polímero termoplástico. Os polímeros termoplásticos adequados incluem poliolefinas, poliésteres, poliamidas, poliuretanos, cloreto de polivinil, politetrafluoroetileno, poliestireno, tereftalato de polietileno, polímeros biodegradáveis, tais como ácido poliláctico, e copolímeros e misturas dos mesmos. Poliolefinas adequadas incluem polietileno, por exemplo, polietileno de alta densidade, polietileno de média densidade, polietileno de baixa densidade e polietileno de baixa densidade linear; polipropileno, por exemplo, polipropileno isotático, polipropileno sindiotático, misturas de polipropileno isotático e de polipropileno atático, e misturas destes; polibutileno, por exemplo, poli(1-buteno) e poli(2-buteno); polipenteno, por exemplo, poli(1- penteno) e poli(2-penteno); poli(3-metil-1-penteno); poli(4-metil 1-penteno); e copolímeros e misturas destes. Copolímeros adequados incluem copolímeros aleatórios e em bloco, preparados a partir de dois ou mais monômeros olefínicos insaturados diferentes, tais como copolímeros de etileno/propileno e de etileno/butileno. Poliamidas adequadas incluem nylon 6, nylon 6/6, nylon 4/6, nylon 11, nylon 12, nylon 6/10, nylon 6/12, nylon 12/12, copolímeros de caprolactama e diamina de óxido de alquileno e similares, bem como misturas e copolímeros destes. Os poliésteres adequados incluem tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno, tereftalato de politetrametileno, tereftalato de policiclohexileno- 1,4-dimetileno e copolímeros de isoftalato destes, bem como misturas destes. Esses polímeros termoplásticos podem ser utilizados para preparar copolímeros ambas as fibras contínuas e descontínuas, de acordo com a presente divulgação.

[0074] Em um outro aspecto, o substrato pode ser um produto de papel tissue. O produto de papel tissue pode ter uma construção homogênea ou multicamadas, e os produtos de papel tissue feitos a partir dessas construções podem ser de camada simples ou camadas múltiplas. O produto de papel tissue desejavelmente tem uma gramatura de cerca de 10 g/m2 a cerca de 65 g/m2 e densidade de cerca de 0,6 g/cm3 ou menos. Mais desejavelmente, a gramatura será cerca de 40 g/m2 ou menos e a densidade será cerca de 0,3 g/cm3 ou menos. Mais desejavelmente, a densidade será de cerca de 0,04 g/cm3 a cerca de 0,2 g/cm3. Salvo disposição em contrário, todas as quantidades e pesos relativos ao papel são em base seca. As resistências à tração no sentido da máquina podem estar no intervalo de cerca de 100 a cerca de 5.000 gramas por polegada de largura. As resistências à tração no sentido transversal da máquina são de cerca de 50 gramas a cerca de 2.500 gramas por polegada de largura. A absorvência é normalmente de cerca de 5 gramas de água por grama de fibra de cerca de 9 gramas de água por grama de fibra.

[0075] Convencionalmente produtos de lenço prensados e métodos para a fabricação de tais produtos são bem conhecidos na técnica. Produtos de papel tissue geralmente são fabricados pela deposição da matéria-prima para a fabricação de papel em um cabo foraminoso de formação, frequentemente denominado na técnica como cabo Fourdrinier. Uma vez que a composição da massa é depositada sobre o cabo de formação, ela é denominada trama. A trama é desidratada por prensagem e seca em alta temperatura. As técnicas particulares e o equipamento típico para a fabricação de tramas, de acordo com o processo recém-descrito, são bem conhecidos pelos versados na técnica. Em um processo típico, uma matéria-prima de polpa de baixa consistência é fornecida de uma caixa de entrada pressurizada, que tem uma abertura para fornecer um fino depósito de matéria-prima de polpa sobre o cabo Fourdrinier para formar uma trama úmida. A trama é então desidratada normalmente até uma consistência de fibra de cerca de 7% a cerca de 25% (com base no peso total da trama) por meio de desidratação a vácuo e posteriormente seca por operações de prensagem nas quais a trama é submetida à pressão desenvolvida por membros mecânicos opostos, por exemplo, rolos cilíndricos. A trama desidratada é então, adicionalmente, prensada e seca por um aparelho de vapor do tipo tambor conhecido na técnica como secador Yankee. A pressão pode ser desenvolvida no secador Yankee por meios mecânicos, tais como um tambor cilíndrico oposto pressionando contra a trama. Vários tambores de secagem Yankee podem ser empregados, por meio dos quais a pressão adicional é incorrida entre os tambores. As folhas formadas são consideradas compactadas pois a trama toda é submetida a forças de compressão mecânica substanciais enquanto as fibras estão úmidas e depois são secas enquanto estão em um estado comprimido.

[0076] Um aspecto particular da presente divulgação utiliza uma técnica de secagem a ar não crepada para formar o produto de papel tissue. A secagem por ar pode aumentar o volume e maciez da trama. Exemplos de tal técnica são divulgados na Patente dos EUA n° 5.048.589 para Cook, et al.; Patente dos EUA n° 5.399.412 para Sudall et al.; Patente dos EUA n° 5.510.001 para Hermans et al.; Patente dos EUA n° 5.591.309 para Rugowski et al.; Patente dos EUA n° 6.017.417 para Wendt et al., e Patente dos EUA n° 6.432.270 para Liu et al. A secagem por ar sem crepagem geralmente envolve as seguintes etapas de: (1) formar uma composição da massa de fibras celulósicas, água e, opcionalmente, outros aditivos; (2) depositar a composição da massa sobre uma correia foraminosa em movimento, e assim, formar a trama fibrosa sobre a correia foraminosa em movimento; (3) submeter a trama fibrosa à secagem por ar para remover a água da trama fibrosa; e (4) remover a trama fibrosa seca da correia foraminosa em movimento.

[0077] Métodos convencionais escalonáveis, tais como a aplicação por spray, podem ser utilizados para aplicar um revestimento superhidrofóbico sobre uma superfície. Algumas dificuldades técnicas geralmente são encontradas ao pulverizar dispersões à base de água: O primeiro grande problema é a evaporação insuficiente do líquido durante a atomização e um alto grau de umedecimento da dispersão sobre o substrato revestido, ambos resultando em revestimentos não uniformes devido à marcação da linha de contato e o chamado "efeito de mancha de café" quando a água eventualmente evapora. O segundo grande desafio é a tensão superficial relativamente grande da água, quando comparada com outros solventes usados para o revestimento por aplicação por spray. A água, devido a sua alta tensão superficial, tende a formar películas não uniformes em aplicações por spray, exigindo, assim, muito cuidado para assegurar que uma camada uniforme seja atingida. Isto é especialmente importante para substratos hidrofóbicos, onde a água tende a formar uma esfera e rolar. Observou-se que a melhor abordagem para a aplicação das dispersões aquosas da presente invenção era produzir gotículas extremamente finas durante a atomização, e aplicar apenas revestimentos muito finos, de modo a não saturar o substrato e a reorientar a ligação de hidrogênio dentro do substrato que, depois de secar, enrijeceria os substratos celulósicos (por exemplo, papéis-toalha).

[0078] Em outro aspecto, os revestimentos são aplicados por spray primeiro sobre um substrato, tal como papelão padrão ou outro substrato celulósico; múltiplas passagens de spray são usadas para obter diferentes espessuras de revestimento. As películas aplicadas por spray são então submetidas à secagem em um forno a cerca de 80oC durante cerca de 30 minutos para remover todo o excesso de água. Uma vez secos, os revestimentos são caracterizados quanto à molhabilidade (isto é, hidrofóbicos vs. hidrofílicos). Os substratos podem ser pesados em uma microbalança (Sartorius® LE26P) antes e depois da aplicação do revestimento e secagem, a fim de determinar o nível mínimo de revestimento necessário para induzir a superhidrofobia. Este "revestimento mínimo" não significa estritamente que a amostra resistirá à penetração por líquidos, mas sim que uma gotícula d'água se formará na superfície e rolará desimpedida. A repelência a líquidos dos substratos antes e após da aplicação do revestimento pode ser caracterizada por uma configuração de pressão hidrostática que determina as pressões de penetração de líquidos (em centímetros de líquido).

EXEMPLOS

[0079] Os seguintes são fornecidos para fins exemplificativos para facilitar a compreensão da divulgação e não devem ser interpretados como limitando a divulgação aos exemplos. Outras formulações e substratos podem ser utilizados dentro desta divulgação e as reivindicações apresentadas abaixo.

[0080] Em um exemplo específico, um substrato poroso na forma de toalha de papel de alta densidade (HDPT) toalhas de rolo duro da marca KLEENEX 50606 a 38 g/m2, disponível por Kimberly-Clark, foi revestido com partículas de enchimento de TiO2 numa matriz de polímero fluoroacrílico hidrofóbico (PMC) (20% em peso em água; DuPont, Capstone ST-100) utilizando pulverização para tornar o substrato superhidrofóbico. Uma técnica de padronização fácil, que foi implantada anteriormente em substratos sólidos, foi adaptada para o HDPT. O tratamento da superfície inclui duas etapas básicas:

[0081] Revestimento por pulverização de nanopartículas de TiO2 com PMC sobre o substrato seguido de secagem em forno (Modelo 10GC; Quincy Lab, Inc.) a 80oC por 2 horas para tornar o substrato super hidrofóbico (CA ~ 153 ±3 o).

[0082] Expor a superfície seletivamente à radiação UV (390 nm, tempo de exposição ~ 60 minutos) para produzir superhidrofilicidade (CA < 5 o) nas regiões expostas sob uma foto-máscara.

[0083] Em um aspecto particular, um material para manipulação de volumes líquidos inclui um substrato poroso com primeira e segunda superfícies; e um elemento de transporte em forma de cunha disposto numa das primeira e segunda superfícies, em que o elemento de transporte em forma de cunha tem uma extremidade estreita e uma extremidade larga, em que a extremidade larga está ligada a um primeiro reservatório, em que o elemento de transporte em forma de cunha é configurado para passar líquido da extremidade estreita para a extremidade larga para o primeiro reservatório, independentemente da gravidade, e em que o primeiro reservatório é configurado para passar líquido para longe do substrato em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositada, em que a superfície na qual o elemento de transporte em forma de cunha é colocado é uma dentre hidrofóbica ou superhidrofóbica, e em que o elemento de transporte em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica.

[0084] Um segundo aspecto particular inclui o primeiro aspecto particular, em que o elemento de transporte em forma de cunha e o primeiro reservatório estão dispostos na segunda superfície, e em que o substrato está configurado para receber líquido na primeira superfície oposta à extremidade estreita do elemento de transporte em forma de cunha.

[0085] Um terceiro aspecto particular inclui o primeiro e/ou segundo aspecto, em que o líquido passado no elemento de transporte em forma de cunha é acionado por pressão de Laplace.

[0086] Um quarto aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1 a 3, em que o substrato poroso inclui um tratamento hidrofóbico ou superhidrofóbico.

[0087] Um quinto aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1 a 4, em que o elemento de transporte em forma de cunha inclui um tratamento hidrofílico ou superhidrofílico localizado.

[0088] Um sexto aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1 a 5, em que o elemento de transporte em forma de cunha e o primeiro reservatório estão dispostos na primeira superfície.

[0089] Um sétimo aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1 a 6, compreendendo ainda um segundo elemento de transporte em forma de cunha e um segundo reservatório disposto na segunda superfície.

[0090] Um oitavo aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1 a 7, em que o substrato está configurado para receber líquido na primeira superfície na extremidade estreita do elemento de transporte em forma de cunha.

[0091] Um nono aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1 a 8, em que o elemento de transporte em forma de cunha e o primeiro reservatório estão dispostos na primeira superfície, compreendendo ainda um segundo reservatório disposto na segunda superfície oposta ao primeiro reservatório.

[0092] Um décimo aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1 a 9, em que o substrato está configurado para receber líquido na primeira superfície na extremidade estreita do elemento de transporte em forma de cunha.

[0093] Um décimo primeiro aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 1 a 10, em que o substrato poroso é um não tecido.

[0094] Em um décimo segundo aspecto particular, um material para manipulação de volumes líquidos inclui um substrato poroso com primeira e segunda superfícies; e um elemento de transporte em forma de cunha disposto na segunda superfície, em que o elemento de transporte em forma de cunha tem uma extremidade estreita e uma extremidade larga, em que a extremidade larga está ligada a um reservatório disposto na segunda superfície, em que o elemento de transporte em forma de cunha é configurado para passar líquido da extremidade estreita para a extremidade larga do reservatório, independentemente da gravidade, e em que o reservatório é configurado para passar líquido do substrato em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositado, em que a segunda superfície é uma dentre hidrofóbica ou superhidrofóbica e em que o elemento de transporte em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica.

[0095] Um décimo terceiro aspecto particular inclui o décimo segundo aspecto particular, em que o substrato está configurado para receber líquido na primeira superfície oposta à extremidade estreita do elemento de transporte em forma de cunha.

[0096] Um décimo quarto aspecto particular inclui o décimo segundo e/ou décimo terceiro aspecto, em que o líquido passado no elemento de transporte em forma de cunha é acionado por pressão de Laplace.

[0097] Um décimo quinto aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 12 a 14, em que o substrato poroso inclui um tratamento hidrofóbico ou superhidrofóbico.

[0098] Um décimo sexto aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 12 a 15, em que o elemento de transporte em forma de cunha inclui um tratamento hidrofílico ou superhidrofílico localizado.

[0099] Em um décimo sétimo aspecto particular, um material para manipulação de volumes líquidos inclui um substrato poroso com primeira e segunda superfícies, em que a primeira superfície inclui um tratamento que torna a primeira superfície hidrofóbica ou superhidrofóbica; e um elemento de transporte em forma de cunha disposto na segunda superfície, em que o elemento de transporte em forma de cunha tem uma extremidade estreita e uma extremidade larga, em que a extremidade larga está ligada a um reservatório disposto na segunda superfície, em que o substrato é configurado para receber líquido na primeira superfície oposta à extremidade estreita do elemento de transporte em forma de cunha, em que o elemento de transporte em forma de cunha é configurado para passar líquido da extremidade estreita para a extremidade larga do reservatório, independentemente da gravidade, e em que o reservatório é configurado para passar líquido longe do substrato em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositado, em que o elemento de transporte em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície é superhidrofóbica.

[00100] Um décimo oitavo aspecto particular inclui o décimo sétimo aspecto particular, em que o substrato poroso é um não tecido.

[00101] Um décimo nono aspecto particular inclui o décimo sétimo e/ou décimo oitavo aspectos, em que o reservatório inclui um tratamento superhidrofílico.

[00102] Um vigésimo aspecto particular inclui um ou mais dos aspectos 17 a 19, compreendendo ainda um segundo elemento de transporte em forma de cunha e um segundo reservatório disposto na primeira superfície.

[00103] Todos os documentos citados são, na parte relevante, incorporados por referência neste documento; a citação de qualquer documento não é para ser interpretada como uma admissão de que é a técnica anterior com relação à presente divulgação. Na medida em que qualquer significado ou definição de um termo neste documento entre em conflito com algum significado ou definição do mesmo termo em um documento incorporado por referência, o significado ou definição atribuído a esse termo neste documento deve prevalecer.

[00104] Embora as modalidades específicas da presente divulgação tenham sido ilustradas e descritas, se tornará óbvio para os versados na técnica que várias outras alterações e modificações podem ser feitas sem se afastar do espírito e do escopo da divulgação. Pretende-se, portanto, abranger, nas reivindicações anexas, todas essas alterações e modificações que estejam dentro do escopo desta divulgação.

Claims (12)

1. Material para manipular volumes líquidos, o material caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato (50) poroso tendo uma primeira (54) e uma segunda (56) superfícies; e um elemento de transporte (40) em forma de cunha disposto em uma dentre a primeira (54) e uma segunda (56) superfícies, em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha tem uma extremidade estreita (42) e uma extremidade larga (45), em que a extremidade larga (45) está ligada a um primeiro reservatório (60), em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha está configurado para passar líquido da extremidade estreita (42) para a extremidade larga (45) para o primeiro reservatório (60), independentemente da gravidade, e em que o primeiro reservatório (60) está configurado para passar líquido para longe do substrato (50) em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositado, em que a superfície sobre a qual o elemento de transporte (40) em forma de cunha é disposto é uma dentre hidrofóbica ou superhidrofóbica e em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície (54) é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície (54) superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície (54) é superhidrofóbica, em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha e o primeiro reservatório (60) estão dispostos na segunda superfície (56), e em que o substrato (50) está configurado para receber líquido na primeira superfície (54) oposta à extremidade estreita (42) do elemento de transporte (40) em forma de cunha, em que o líquido passado no elemento de transporte (40) em forma de cunha é acionado por pressão de Laplace por padrões de contraste de molhabilidade no qual o elemento de transporte (40) em forma de cunha está disposto.

2. Material de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o substrato (50) poroso inclui um tratamento hidrofóbico ou superhidrofóbico.

3. Material de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de transporte (40) em forma de cunha inclui um tratamento hidrofílico ou superhidrofílico localizado.

4. Material de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um segundo elemento de transporte (40) em forma de cunha e um segundo reservatório (60) disposto na segunda superfície (56).

5. Material de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o substrato (50) poroso é um não tecido.

6. Material para manipular volumes líquidos, o material caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato (50) poroso tendo uma primeira (54) e uma segunda (56) superfícies; e um elemento de transporte (40) em forma de cunha disposto na segunda superfície (56), em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha tem uma extremidade estreita (42) e uma extremidade larga (45), em que a extremidade larga (45) está ligada a um reservatório (60) disposto na segunda superfície (56), em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha está configurado para passar líquido da extremidade estreita (42) para a extremidade larga (45) para o reservatório (60), independentemente da gravidade, e em que o reservatório (60) está configurado para passar líquido para longe do substrato (50) em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositado, em que o líquido passado no elemento de transporte (40) em forma de cunha é acionado por pressão de Laplace por padrões de contraste de molhabilidade na segunda superfície (56) no qual o elemento de transporte (40) em forma de cunha está disposto, em que a segunda superfície (56) é uma dentre hidrofóbica ou superhidrofóbica, e em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície (54) é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície (54) é superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície (54) é superhidrofóbica; em que o substrato (50) está configurado para receber líquido na primeira superfície (54) oposta à extremidade estreita (42) do elemento de transporte (40) em forma de cunha.

7. Material de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o substrato (50) poroso inclui um tratamento hidrofóbico ou superhidrofóbico.

8. Material de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o elemento de transporte (40) em forma de cunha inclui um tratamento hidrofílico ou superhidrofílico localizado.

9. Material para manipular volumes líquidos, o material caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato (50) poroso tendo primeira (54) e uma segunda (56) superfícies, em que a primeira superfície (54) inclui um tratamento que torna a primeira superfície (54) hidrofóbica ou superhidrofóbica; e um elemento de transporte (40) em forma de cunha disposto na segunda superfície (56), em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha tem uma extremidade estreita (42) e uma extremidade larga (45), em que a extremidade larga (45) está ligada a um reservatório (60) disposto na segunda superfície (56), em que o substrato (50) é configurado para receber líquido na primeira superfície (54) oposta à extremidade estreita (42) do elemento de transporte (40) em forma de cunha, em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha está configurado para passar líquido da extremidade estreita (42) para a extremidade larga (45) para o reservatório (60), independentemente da gravidade, e em que o reservatório (60) é configurado para passar líquido longe do substrato (50) em uma direção z oposta à superfície na qual um líquido é depositado, em que o líquido passado no elemento de transporte (40) em forma de cunha é acionado por pressão de Laplace por padrões de contraste de molhabilidade na segunda superfície (56) no qual o elemento de transporte (40) em forma de cunha está disposto, em que o elemento de transporte (40) em forma de cunha é um dentre a) superhidrofílico quando a primeira superfície (54) é hidrofóbica, b) superhidrofílico quando a primeira superfície (54) é superhidrofóbica e c) hidrofílico quando a primeira superfície (54) é superhidrofóbica.

10. Material de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o substrato (50) poroso é um não tecido.

11. Material de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o reservatório (60) inclui um tratamento superhidrofílico.

12. Material de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um segundo elemento de transporte (40) em forma de cunha e um segundo reservatório (60) disposto na primeira superfície (54).

Images