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Die Erfindung betrifft die Verwendung von geschäumtem und un-
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geschäumtem Polyurethan als Trägermaterial zur gesteuerten Abgabe
von Par£Wmölen, insbesondere zur Raumbeduftung mit Parfümölen.
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Die Raumbeduftung erfolgte bisher unter Verwendung von Raumspray,
Duftkerzen, Sticks, (gallertartige Massen, bzw.
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Stearatmassen), getränkte Trägersubstanzen, z.B. Zellstoff oder Filz
oder die katalytische Verbrennung von Alkohol-ParfUmöl-Gemischen.
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Weitere bekannte Möglichkeiten, Räume mit Duftstoffen zu versehen,
bestehen z.B. in der Verwendung von BuStbefeuchtern, Zerstäubern, Bodenpflegemitteln,
künstlichen Blumen sowie Wachschips.
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Die genannten Arten der Beduftung weisen jedoch den Nachteil auf,
dass man die Duftabgabe entweder nur bedingt steuern kann, dass sie einen relativ
hohen Verpackungsaufwand erfordern, dass sie oft unangenehme Rückstände hinterlassen
oder schwierig zu handhaben sind.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine gesteuerte
Abgabe von Parfümölen, insbesondere zur Raumbeduftung zu schafen, deren Duftintensität
sich in weitem Bereich steuern lässt, bei der die Form voll erhalten bleibt und
so stabil ist, dass man mit geringem Verpackungsaufwand auskommen kann, Erfindungsgemäss
wurde diese Aufgabe dadurch gelöst, dass man als Trägermaterial geschäumtes oder
ungeschäumtes Polyurethan verwendet, wobei der Parfümölanteil in den Ausgangsmaterialien
für die Polyaddition zu Polyurethan bis zu 25% der Gesamtmasse betragen kann. Als
geschäumtes Trägermaterial eignet sich vorzugsweise solches Polyurethan, das einen
offenporigen Schaum aufweist und als Weichschaum bekannt ist. Beim ungeschäumten
Polyurethan wird eine preisgünstige Zweikomponenten-Substanz verwendet.
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Aufgrund der chemischen Beschaffenheit von Polyurethan, das bekanntlich
durch Polyaddition von Diisocyanat mit zweiwertigen
Alkoholen entsteht
und noch reaktionsfähige Atomgruppen enthält, eignen sich nur solche Parfümölkompositionen
zur Einarbeitung in Polyurethan als Trägermaterial, welche mit diesem verträglich
sind, also z.B. keine wesentliche chemische Umsetzungen eingehen.
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Nichtverträglich sind z.B. all die chemischen Gruppen, die eine Reaktion
mit einer der beiden Grundsubstanzen für die tierstellung von Polyurethan, nämlich
Diisocyanat und Glykol, eingehen können. Dazu gehören in erster Linie OH-, O-OH-Gruppen,
primäre und sekundäre Alkohole, primäre und sekundäre Amine sowie Säureamide. Da
die Parfümölkompositionen sehr komplex aufgebaut sind, kann es vorkommen, dass nur
Teilsubstanzen gebunden werden, die einer der oben genannten Gruppen zusuordnen
sind, so dass es dann zu Geruchsveränderungen kommt.
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Diese Kriterien lassen sich bei der Parfümölauswahl von vornherein
berücksichtigen und somit Kompositionen schaffen, die für den Einsatz in Polyurethan-Trägermaterial
geeignet sind.
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Ausserdem spielt das Preisproblem eine entscheidende Rolle, da zu
teure Parfümöle kaum in einer Konzentration von 10 - 20%, bezogen auf die Menge
des als Trägersubstanz verwendeten Polyurethans, eingesetzt werden können. Das Parfümöl
wird zu den Ausgangsmaterialien vor deren Polyaddition zu Polyurethan zugegeben.
Dadurch werden die Parfümöle nicht nur oberfläcblich, wie bei einer Tränkung, an
das Polyurethan gebunden, sondern zumindest teilweise in das Molekülgitter eingebaut.
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Die obere Grenze des Parfümölgehalts bei Verwendung son Polyurethan
als Trägermaterial liegt bei max. 25%, doch ist diese Zahl abhängig vom Parfümöl
und liegt im Normalfall bei max.
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20%. Bei einem Raumbedufter bewegen sich die notwendigen Parfümölkonzentrationen
zwischen 10% und 20%.
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Bei höheren Anteilen besteht die Gefahr, dass sich das Polyurethan
nicht mehr richtig entwickelt, die Masse klebrig bleibt
und das
Gefüge nicht mehr fest genug ist. Ausserdem erhält man bei Verwendung von geschäumtem
Polyurethan keinen offenporigen Schaum, so dass die Parfümölabgabe stark beeinträchtigt
wird.
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Es kann zu ähnlichen Quellungserscheinungen kommen, die man beobachtet,
wenn Parfümöl nachträglich aufgetragen wird.
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Ein wichtiges Problem bei der Verwendung von geschäumtem oder ungeschäumtem
Polyurethan als Träger für Parfümöl ist neben der Verträglichkeit von Parfümöl und
Kunststoffmasse, d.h. der optimalen Gestaltung der Parfümölkomposition, auch der
Wirkungsmechanismus der Duftabgabe. Diesen Wirkungsmechanismus muss man wenigstens
im Grossen kennen, wenn befriedigende Ergebnisse erzielt werden sollen. Hier ist
auch der Ansatzpunkt für einen breiten Anwendungsbereich.
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Wirkungsmechanismen und Versuchs ergebnisse bei der Parfümierung von
Polyurethan: Bei der Raumbeduftung spielen folgende Faktoren eine Rolle: 1. der
Dampfdruck des Parfümöls bzw. seiner Komponenten; 2. Die Konzentration des Parfumöls
in der Masse; 3. Die Trägersubstanz an sich; 4. Die zur Verfügung stehende Oberfläche;
5. Die zur Verfügung stehende Gesamtmasse; 6. Umweltbedingungen, z.B. Temperatur,
Luftzug oder Raumgrösse.
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Der Dampfdruck eines Parfümöl setzt sich bekanntlich aus den Partialdrucken
der Einzelkomponenten zusammen.
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Je höher nun der Dampfdruck liegt, umso flüchtiger ist eine Substanz,
d.h. umso eher hat sie das Bestreben, sich in einem gegebenen Raum zu verteilen.
Dies hat zur Folge, dass sich bei einem Gemisch von verschiedenen Stoffen mit unterschiedlichen
Dampfdrucken nach einer gewissen Zeit eine Verschiebung ergibt, die daraus resultiert,
dass leichtflüchtige Stoffe weniger geworden oder überhaupt nicht mehr vorhanden
sind. Man erkennt
dies besonders gut daran, dass sich der Geruch
nach einiger Zeit mehr oder minder verändert, auch wenn das Parfümöl nicht verdorben
ist. Das heisst, nach Ablauf von zwei und mehr Monaten kann man nicht mehr den gleichen
Gerüchseindruck erwarten wie nach zwei Tagen.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung
weiter erläutert: In den Zeichnungen bedeuten: Fig. 1 den Gewichtsverlust von geschäumtem
Polyurethan bei Verwendung verschiedener Parfümöle und unterschiedlichem Parfümölgehalt,
in Abhängigkeit von der Zeit; Fig. 2 den Gewichtsverlust von geschäumtem Polyurethan
bei unterschiedlichem Parfümölgehalt desselben Parfümöls in Abhängigkeit von der
Zeit; Fig. 3 den Gewichtsverlust von geschäumtem Polyurethan mit Parfümölgehalt
von 20% bei einem Voll- bzw. Hohlkegel, in Abhängigkeit von der Zeit, und Fig. 4
den Gewichtsverlust von geschäumtem Polyurethan bei einem Gehalt von 20% Parfümöl,
welches bei einem Versuch in die Masse und bei einem anderen Versuch nachträglich
eingearbeitet wurde, in Abhängigkeit von der Zeit.
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Bei Versuchen im Rahmen der Erfindung schwankt die abgegebene Parfümölmenge
nach Ablauf eines Monats zwischen 4 und über 25% der eingesetzten Menge (Trägermaterial
plattenförmig), vgl.
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Fig. 1 und 2.
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Bei den Versuchen im Rahmen der Erfindung wurden die ersten 4 Tage
bei der Bestimmung der Gewichtsabnahme ausser Betracht gelassen. Wie man aus den
Kurven ersieht, tritt in den vier Tagen eine starke Gewichtsabnahme auf, die in
erster Linie darauf zurückzuführen ist, dass Treibgas und Lösungsmittel aus dem
System entweichen.
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Bei der Duftabgabe spielt die Konzentration des Parfümöls eine wesentliche
Rolle. In Fig. 3 ist als Beispiel die Abhängigkeit der abgegebenen Parfümölmenge
von der eingesetzten Menge aufgetragen, wobei die Oberfläche und das Gewicht des
Trägermaterials konstant waren. Man erkennt deutlich, dass bei höherer Konzentration
auch eine entsprechend grössere Menge abgegeben wird.
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Der Trägersubstanz kommt neben dem Parfümöl eine ganz entscheidende
Bedeutung zu, da sie die Duftabgabe wesentlich beeinflussen kann.
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Als erstes ist hier nochmals zu erwähnen, dass Reaktionen von Parfümölbestandteilen
und Trägersubstanz so weit als möglich verhindert werden müssen.
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Zweitens gilt speziell für Schaumstoffe, dass ein festes, aber offenporiges
Gefüge erreicht werden muss, das einen guten Gasaustausch ermöglicht Bei diesem
Gasaustausch handelt es sich in erster Linie um Diffusionsvorgänge aus dem Innern
des Trägermaterials an die Oberfläche und zwar Diffusion aus den Wandungen des Drägermaterials
in die Poren und Diffusion aus den Poren in die Umgebung.
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Bei einer gegebenen Form des Schaumstoffes, dem Litergewicht und dem
prozentualen Anteil von Parfümöl gibt es eine optimale Porengrösse.
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Diese Porengrösse kann man experimentell ermitteln, indem man Schaumstoffe
mit unterschiedlichem Litergewicht mit einer gleichen Menge eines Parfümöls testet.
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Es ergibt sich dabei, dass im Durchschnitt bei einem Litergewicht
von ca. 120 g die besten Ergebnisse zu erhalten waren.
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Beurteilungskriterien waren hierbei die Festigkeit des Körpers und
die Duftabgabe pro Zeiteinheit.
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Es stellte sich heraus, dass bei Litergewichten des Polyurethans
von
80 g wohl die Festigkeit noch ausreichend war, dass aber im Vergleich zu einem Litergewicht
von 120 g die Parfümölabgabe geringer war, da bei einer 20%igen Dosierung insgesamt
8 g weniger Parfümöl eingearbeitet werden konnten, Bei Litergewichten von 160 g
wurde ein sehr fester, harter Schaum erreicht, er hatte sehr kleine Poren, die durch
den Walkvorgang nur schwer zu öffnen waren und dementsprechend schlecht (siehe oben)
war auch die Parfümölabgabe, trotz des relativ hohen Parfümölanteils.
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Ungeschäumte Polyurethane eignen sich für Trägermaterialien, bei welchen
der Duftstoff langsamer abgegeben werden soll und bei denen andere Kriterien als
vorher genannt massgebend sind.
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Weiterhin ist festzustellen, dass die Formæebung des rägermaterials
einen grossen Einfluss ausübt.
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Es wurden Versuche mit Platten aus einer Polyurethanmasse als Trägermaterial
durchgeführt, die weich-elastisch waren und nach einem Walkvorgang einen offenporigen
Schaum ergaben. Die Platten wiesen Abmessungen von 140 x 220 x 20 mm auf, mit einem
Litergewicht zwischen 93 und 160 g. In diese Platten wurden vor der Polyaddition
der Ausgangsmaterialien für das Polyurethan 5 bis 20 Gew.% Parfümöl eingearbeitet.
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Das Verhältnis der beiden Komponenten A (Glykol) und B (Isocyanat)
betrug 10:6. Die Einwirkzeit nach dem Zusammenschütten beider Komponenten betrug
ca. 7 sec. Die Standzeit bis zum Öffnen der Form betrug ca. 10 Minuten.
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Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt.
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Man erkennt deutlich einen starken Abfall innerhalb der ersten 3 -
4 Tage, während die Kurven dann deutlich flacher werden.
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Zu erklären ist dies damit, dass in den ersten Tagen das Parfümöl
aus den äusseren Bereichen des Trägers durch die
grosse Oberfläche
sehr stark herausdiffundiert, während danach das Parfümöl aus dem inneren Bereich
langsamer herauskommt und eine Abflachung der Kurve verursacht. Zudem sind in den
ersten 1 - 2 Tagen noch Gewichtsverluste durch Treibgasabgabe zu erwarten. Es wurde
versucht, durch Formänderungen eine gleichmOssigere Parfümölabgabe zu erreichen
und ein Kegelstumpf verwendet, der entweder innen eine durchgehende Bohrung hatte
oder aber voll aus Schaumstoff bestand.
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Beim Vergleich der beiden Formen (Fig. 4) ist deutlich zu erkennen,
dass bei annähernd gleichem Ausgangsgewicht der Vollkegelstumpf eine weitaus gleichmässigere
und auch höhere ParfUmölabgabe aufweist als der Hohlkegel.
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Dies kann daher kommen, dass einmal, wie schon oben gezeigt, bei einer
grossen Oberfläche (Hohlkegel) ein deutlicher Knick auftritt, der hier allerdings
später als bei der Plattenform kommt, dass weiterhin bei gleichem Einsatzgewicht
der Hohlkegel eine sehr viel dichtere Schaumstruktur hat und somit, wie auch schon
oben theoretisch behandelt, eine geringere Parfümölabgabe zu erwarten ist. Zudem
kommt noch ein sehr unregelmässiger Kurvenverlauf hinzu. Dies ist wahrscheinlich
auf Einflüsse aus der Umgebung zurückzuführen, z.B. unterschiedliche Lüftungsverhältnisse,
Temperaturunterschiede, etc., die den Hohlkegel sehr viel stärker beeinflussen als
den Vollkegel, da beide Muster unter gleichen Bedingungen gelagert wurden.
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Es hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, durch Auswahl geeigneter
Parfümöle eine merkliche Abgabe von Duftstoffen über einen Zeitraum von 6 Monaten
und mehr zu erhalten. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäss verwendeten Trägermaterials
besteht dabei darin, dass das Parfümöl bereits vor der Polyaddition der Ausgangsstoffe
für das Polyurethan zugegeben wird und damit in das Mol ekülgitt er physikalisch
eingebaut wird.
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Dazu wurde folgender Vergleichsversuch gemacht (Trägermaterial
in
Zylinderform): Einmal wurde in einem Polyurethan-Schaumstoff das Parfümöl nachträglich
eingebracht, dsho in die fertige Masse, wobei es wie von einem Schwamm aufgesogen
wurde. Zum anderen wurde das Parfümöl vor der Polyaddition gemäß der Erfindung in
die Masse eingearbeitet (Fig. 5). Vergleicht man nun die Kurven der Gewichtsabnahme
miteinander, so stellt man fest, dass beim nachträglich zugefügten Parfümöl die
Kurve einer extremen e-Funktion ähnelt, dh. zuerst stark abnehmende Tendenz und
dann eine immer flacher verlaufende Kurve.
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Bei dem vor der Polyaddition in die Ausgangssubstanzen eingearbeiteten
Parfümöl ist der Gesamtkurvenverlauf sehr viel ausgeglichener, wenn auch die Parfümölabgabe
etwas geringer zu sein scheintO Dies ist jedoch zeitabhängig, so dass man sagen
kann, dass für die Abgabe einer gleichen Menge Parfümöl der in der Masse parfümierte
Kegel länger braucht als der nachträglich parfümierte, Aus den oben genannten Versuchsergebnissen
ergibt sich folgendes: Es ist möglich, Parfümöl in hoher Konzentration in Polyurethanschaum
einzuarbeiten (max. ca. 25ffi) und es dann an die Umgebung abgeben zu lassen, wobei
die Duftabgabe bei Beachtung gewisser Kriterien über einen längeren Zeitraum anhält
und gesteuert werden kann.
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Die Steuerung der Duftabgabe bei Verwendung von geschäumtem Polyurethan
erfolgt bei der Erfindung vornehmlich durch Variieren der Porengrösse des als Trägermaterial
verwendeten offenporigen Polyurethan-Schaumstoffes, in Kombination mit dem in diesen
Schaum eingearbedteten Parfümöl sowie der Oberfläche des Trägermaterials. Hierbei
ist folgender Mechanismus zugrundezulegen:
1) Diffussion des Parfümöls
aus den Wänden des Trägermaterials in die Poren 2) Diffussion des Parfümöl von den
inneren Poren des Trägermaterials nach aussen 3) Abgabe des Parfümöls durch die
nach aussen geöffneten Poren an die Umgebung.
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Ist der Schaumstoff allseitig belüftet,- so tritt eine kontinuierliche
Parfümölabgabe von innen nach aussen auf.
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Wird die Oberfläche geschlossen, z.B. durch Abdecken mit einer Kappe
oder einer Manschette, so tritt nach kurzer Zeit eine Anreicherung von Parfümöl
in den Poren ein, so dass beim Öffnen der Packung eine sehr intensive Duftabgabe
erfolgt, was eine zusätzliche Steuerbarkeit der Duftabgabe ermöglicht. Dieser Vorgang
lässt sich bis zum fast vollständigen Verbrauch an Parfümöl wiederholen.
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Bei den meisten bekannten Trägermaterialien ist dies nicht möglich,
weil bei diesen die Duftabgabe durch Verkleinern der Oberfläche und durch Hautbildung
mit fortschreitender Verwendungsdauer behindert wird.
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Bei Verwendung von ungeschäumtem Polyurethan wird das ParfUmöl in
die Polyurethan-Masse eingearbeitet und diffundiert aus dem festen Körper direkt
an die Oberfläche und von dort in den Raum. Durch die Struktur des Materials erfolgt
die Duftabgabe hier langsamer als beim Schaum, d.h., man benötigt eine grosse Oberfläche
von der aus Parfümöl abgegeben werden kann. Durch geeignete Formgebung kann erreicht
werden, dass diese Oberflächenvergrösserung stattfindet, falls eine stärkere Parfümölabgabe
gewünscht sein sollte.
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Durch Erwärmung an oder mit einer Heizquelle kann ebenfalls die Duftabgabe
erhöht werden. Hierbei ist der Vorteil der, dass das Parfümöl fest in das Material
integriert ist, und das Material in fast jede Form gebracht werden kann und
gleichzeitig
ein höherer Parfümölanteil bei geringerem Gesamtgewicht als bei bekannten Materialien
vorliegt.
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Bei einer getränkten Silz- oder Zellstoffplatte kann man dagegen das
Parfümöl nur sehr locker binden und benötigt zudem Hilfsteile, wie Formen oder Halter,
um die Platten zu fixieren.