DE3803665A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen verdunsten fluechtiger wirkstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum konti­ nuierlichen Verdunsten flüchtiger Wirkstoffe, insbeson­ dere von Parfümölen und eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zum kontinuier­ lichen Verdunsten flüchtiger Wirkstoffe, z.B. von Parfümölen bekannt. Diese bislang bekannten Verfahren beruhen darauf, daß man entweder durch Vergrößerung der Oberfläche oder aber durch Erhöhung der Temperatur der zu verdunstenden Stoffe eine möglichst gleichmäßige Ab­ gabe der Wirkstoffe an die Umgebungsluft zu erreichen versucht. Zur Vergrößerung der Oberfläche wurden die Wirkstoffe z.B. auf Träger wie Filterpapier, Vliese, geschäumte Kunststoffplatten oder Pulver aus anorga­ nischen Materialien, z.B. Gipspulver, aufgebracht oder in Träger wie Gelatine, vernetzte Cellulosen, Wachse, Polyvinylchlorid oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymere eingearbeitet (siehe z.B. US-PS 29 27 055 und 39 45 950, DE-OS 24 54 969, 25 21 265 und 26 06 544). Die Erhöhung der Temperatur wurde durch Zufuhr von Wärme zu den die zu verdampfenden Wirkstoffe enthaltenen Vorratsgefäße bewirkt.

Diese bekannten Verfahren haben jedoch den schwerwiegen­ den Nachteil, daß die Verdunstung auch bei sorgfältiger Abstimmung der einzelnen Verfahrenskomponenten, z.B. der Träger auf die zu verdunstenden Wirkstoffe, zumindest über längere Zeiträume hinweg nicht linear verläuft, sondern daß sich während des Verdunstungsvorganges die Wirkstoffmenge, die je Zeiteinheit an die Umgebung abge­ geben wird und - bei zu verdunstenden Stoffgemischen - auch die Zusammensetzung des gasförmigen Stoffgemisches ändert. Außerdem wird in der Praxis keine quantitative Verdunstung der zu verdunstenden Wirkstoffe erreicht, sondern es entstehen Verdunstungsrückstände, die bis zu 15 Gew.-% der zu verdunstenden Wirkstoffmenge betragen können.

Da in der Praxis der Raumluftverbesserung und der Raum­ desinfektion usw. sowohl eine konstante Stoffabgabe als auch eine konstante Stoffzusammensetzung der verdunste­ ten Stoffgemische verlangt wird, bestand daher die Auf­ gabe ein Verfahren aufzufinden, mit dessen Hilfe eine lineare Verdunstung der zu verdunstenden Wirkstoffe und Wirkstoffgemische erreicht wird.

Überraschender Weise wurde gefunden, daß man eine solche lineare Verdunstung von flüchtigen Wirkstoffen und Wirk­ stoffgemischen auf einfache Weise dadurch erreicht, daß man die zu verdunstenden Wirkstoffe bzw. Wirkstoffge­ mische mittels eines elektrolytisch erzeugten Gases aus ihren Vorratsbehältern fördert.

Es wurde gefunden, daß sich elektrolytisch sowohl kleinste aber auch größere, konstante, exakt reprodu­ zierbare Gasmengen erzeugen lassen und das sich mit Hilfe dieser exakt reproduzierbaren Gasmengen auch exakt reproduzierbare Wirkstoffmengen aus den Vorratsbehältern fördern und verdunsten lassen. Mit Hilfe des elektroly­ tisch erzeugten Gasstromes wird erfindungsgemäß ein sowohl zeitlich als auch in seiner Zusammensetzung konstanter Strom gasförmiger Wirkstoffe und damit die gewünschte lineare Verdunstung der flüchtigen Wirkstoffe und Wirkstoffgemische erreicht.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum Verdun­ sten von flüchtigen Wirkstoffen und Wirkstoffgemischen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Wirkstoff oder das Wirkstoffgemisch mit Hilfe eines elektrolytisch erzeugten Gasstromes aus seinem Vorratsgefäß in den mit verdunstendem Wirkstoffgemisch zu versorgenden Raum för­ dert und dort unmittelbar oder mit Hilfe inerter Verdun­ ster, d.h. Verdunstern, die keine Wechselwirkung mit den Wirkstoffen eingehen, verdunsten läßt.

Die elektrolytische Erzeugung von Gasen, z.B. Wasser­ stoff, Sauerstoff und Knallgas (2 : 1-Gemisch von H₂/O₂) ist bekannt (siehe Hoffmannscher Wasserzersetzungs­ apparat). Bei der Elektrolyse von Wasser scheidet sich an der Kathode Wasserstoff und an der Anode (als Sekun­ därprodukt) Sauerstoff ab. Sowohl der Wasserstoff als auch der Sauerstoff können erfindungsgemäß als Fördergas verwendet werden; vorzugsweise wird jedoch aus Einfach­ heitsgründen das bei der Elektrolyse entstandene Knall­ gas unmittelbar verwendet.

Die abgeschiedenen Gasmengen (m) lassen sich unmittelbar nach dem Faraday′schen Gesetz berechnen:

m = I × A × t.

(A = elektrochemisches Äquivalent; I = Stromstärke; t = Zeit.

Die elektrochemischen Äquivalente A betragen für Wasserstoff, Sauerstoff und Knallgas

O₂ 0,0829 [mg] = 0,058 [N cm³/As],
H₂ 0,01044 [mg] = 0,117 [N cm³/As],
Knallgas 0,09334 [mg] = 0,174 [N cm³/As].

Aus den nach dem Faraday'schen Gesetz berechenbaren Mengen an elektrolytisch erzeugtem Gas folgt unmittelbar die Menge an durch diese Gasmenge aus dem Vorratsgefäß geförderter Wirkstoffmenge [ml]. Auf diese Weise läßt sich unmittelbar aus der über die Elektrolyse zugeführten elektrischen Energie (Stromstärke × Zeit) die verdunstende Wirkstoffmenge [ml] bzw. aus der Wirkstoffmenge, die man verdunsten möchte, die erforderliche Gasmenge [ml] und aus dieser die erforderliche elektrische Energie berechnen.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt man eine Vorrichtung, die im Prinzip nur aus einer Elektrolysezelle zur Erzeugung des Fördergases (Knallgases) und aus einem Vorratsgefäß, besteht, indem sich der zu verdunstende Wirkstoff oder das zu ver­ dunstende Wirkstoffgemisch befindet. Das Prinzip einer solchen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt. In dieser Fig. 1 bedeuten (1) die Elektrolysezelle und (2) das Vorratsgefäß für den zu verdunstenden Wirkstoff. Die Elektrolysezelle enthält 2 Elektroden (3) und z.B. mit H₂SO₄ angesäuertes Wasser (4). (5) ist die Stromquelle, mit der die Zelle betrieben wird. Das sich bei der Elektrolyse entwickelnde Knallgas wird über die Leitung (8) in das Vorratsgefäß (2) eingeführt. Dort drückt das Gas auf die Oberfläche des zu verdunstenden flüchtigen Wirkstoffs (6) bzw. Lösung des Wirkstoffs und fördert ihn (sie) auf diese Weise durch die Austragsleitung (7) in den mit dem verdunstenden Wirkstoffgemisch zu versorgenden Raum.

Die Größen von Elektrolysezelle und Vorratsgefäß ergeben sich aus der Menge an Wirkstoff(gemisch), die in der Zeiteinheit an die Umgebung abgegeben werden soll und den Intervallen, in dem diese Vorrichtung gewartet werden soll (Nachfüllen des zu verdunstenden Wirkstoffs, Nachfüllen des zu elektrolysierenden Wassers). Die Be­ rechnung der Größen von Elektrolysezelle und Vorratsge­ fäß sei an folgendem Beispiel erläutert:

Es soll z.B. die Luft in einem Raum, z.B. einem Warte­ zimmer einer Arztpraxis (Raumgröße: 7×4×2,30 m³ = 64,5 m³) verbessert werden. Zu diesem Zweck sollen je Zeiteinheit (z.B. je Stunde) 0,06 ml Parfümöl im Raum verdunsten. Für die Verdunstung dieser Menge sind 0,06 ml Knallgas und demzufolge (bei einer für die Elektro­ lyse des Wassers erforderlichen Spannung von -1,8 bis 3,0 Volt) eine elektrische Energie von (Stromstärke× Zeit) 0,17 Ah erforderlich.

Als Raumluftverbesserer könnte in diesem Fall, die in Fig. 2 beschriebene, besonders handliche und praktische Vorrichtung verwendet werden. Sie besteht aus einem Vor­ ratsgefäß (2) (Volumen: 30 ml), in das konzentrisch eine kleine Elektrolysezelle (1) eingelassen ist (Volumen der Elektrolysezelle: 3 ml; Größe der einzelnen Elektroden (3): -10 mm² Elektrodenmaterial: Pt; Elektrolytmenge (mit H₂SO₄ angesäuertes Wasser): 2 ml). Das in der Elek­ trolysezelle (1) gebildete Gas tritt durch die Gasaus­ trittsöffnung (8 a) in das Vorratsgefäß (2) und drückt aus diesem das Parfümöl (6) durch die Wirstoffaustrags­ kapillare (7) in den Raum.

Die Elektrolysezelle (1) ist durch den Verschluß (10), das Vorratsgefäß (2) durch den Verschluß (9) gasdicht verschlossen. Verschluß (10) dient zugleich als Halte­ rung für die Elektroden (3) und die Stromzuführung.

Die zu verdunstenden Mengen an Wirkstoff hängen von seiner Wirksamkeit (bei Parfümölen: von der Geruchs­ intensität) ab. Bei Parfümölen betragen die zur Raum­ luftverbesserung anzuwendenden Mengen für einen Zeitraum von 4 bis 8 Wochen je Raum erfindungsgemäß etwa 50 bis 100 ml Parfümöl, d.h. -0,6 ml je Raum und Stunde.

Die für die elektrolytische Erzeugung des Förder-Gases erforderliche Energie kann der Elektrolysezelle aus üblichen Stromquellen, z.B. aus Batterien oder aus netz­ gespeisten Gleichstromquellen, zugeführt werden. Die für die Elektrolyse des Wassers erforderliche Spannung beträgt theoretisch 1,23 Volt, in der Praxis sind jedoch Spannungen von 1,8 bis 2,6 Volt erforderlich. Mit zwei Batterien von je 1,5 Volt und einer Kapazität von 1 Ah lassen sich 1250 ml Knallgas erzeugen und damit 1250 ml Wirkstoff verdunsten.

Wegen des geringen Energieverbrauchs lassen sich als Stromquellen auch Solarbatterien verwenden. Diese Batterien sind insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Verdunstung der Wirkstoffe nur bei Licht, d.h. wenn die Räume bewohnt sind, gewünscht wird.

Den aus dem Vorratsgefäß geförderten Wirkstoff kann man entweder unmittelbar verdunsten lassen oder aber mit Hilfe üblicher inerter, d.h. keine Wechselwirkung mit den zu verdunstenden Wirkstoffen eingehenden Verdunster, z.B. von Ventilatoren angefächelte Platten, im Raum ver­ teilen. Sowohl bei unmittelbarem als auch bei mittelba­ rem Verdunsten wird eine lineare Verdunstung der Wirk­ stoffe erreicht.

Unter flüchtigen Wirkstoffen bzw. Wirkstoffgemischen sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens solche Wirkstoffe und Wirkstoffgemische zu verstehen, die bei Raumtemperatur einen gewissen, für das Verdunsten er­ forderlichen Dampfdruck aufweisen oder bei denen der er­ forderliche Dampfdruck durch Erwärmen erzeugt werden kann. Solche flüchtigen Wirkstoff(e) (Gemische) sind z.B. Insektizide wie DDVP, Lindane und Dieldrin; Des­ infektionsmittel wie Di- und Trielkylenglykol; und insbesondere Parfümöle. Parfümöle sind Stoffgemische, deren Komponenten sich meistens in ihren Dampfdrucken unterscheiden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird es erstmals möglich, Parfümöle über einen längeren Zeitraum zu verdunsten, ohne das eine Verän­ derung in der Geruchsnote der Öle eintritt. Die Ge­ ruchsnoten eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens verdunsteten Parfümöls ist von der Verdunstung des ersten bis zur Verdunstung des letzten Tropfens konstant. Nach den bislang angewendeten Verdunstungs­ verfahren bestimmten zu Beginn der Verdunstung die leichter flüchtigen Komponenten die Geruchsnote des ver­ dunsteten Parfümöls, während gegen Ende des Verdunstens die schwerer flüchtigen Bestandteile die Geruchsnote be­ stimmten.

Beispiel

In einer als Elektrolysezelle dienenden Glasflasche (Durchmesser: 15 mm; Höhe: 60 mm) befinden sich 3 ml mit einigen Tropfen Schwefelsäure angesäuertes Wasser und zwei Platinelektroden von je 10 mm² Oberfläche. Die Elektrodenanschlüsse werden durch den Eindrückdeckel, der die Glasflasche gasdicht abschließt, geführt und mit einer Solarzelle (Maße: 90×90 mm; maximale Spannung: 3 V; maximale Stromstärke: 0,1 A) verbunden. Bei der Elektrolyse mit dieser Zelle entstehen je Stunde 6,2 ml Knallgas, diese treten durch eine Austrittsöffnung in das Vorratsgefäß ein, das aus einer 100 ml Pulverflasche mit Schraubdeckel besteht und mit 75 ml Parfümöl gefüllt ist und darüber aus dieser über eine als Austrittslei­ tung dienende Stahlkapillare (Durchmesser: 0,25 mm), die bis kurz über den Boden der Pulverflasche reicht und durch den Schraubdeckel herausführt, je Stunde 6,2 ml Parfümöl auf die inerte Fläche eines Verdampfers.

Diese Vorrichtung eignet sich zur Luftverbesserung von Großräumen (Räume mit Volumen von 5000-10 000 m³), z.B. Veranstaltungsräumen, wie Theater-, Konzertsälen und Großraumbüros.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verdunsten von flüchtigen Wirkstoffen und Wirkstoffgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wirkstoff oder das Wirkstoffgemisch mit Hilfe eines elektrolytisch erzeugten Gases aus seinem Vorratsgefäß in den mit verdunstendem Wirk­ stoff zu versorgenden Raum fördert und in diesem unmittelbar oder mit Hilfe bekannter inerter Ver­ dunster verdunsten läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrolytisch erzeugte Gas Knallgas ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Verdunsten von Parfümölen angewendet wird.

4. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der (das) aus dem Vorratsgefäß geför­ derte Wirkstoff(gemisch) mittels eines üblichen inerten Verdunsters im Raum verteilt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1 bis 4, bestehend aus einer Elektrolyse­ zelle und einem Vorratsgefäß für den (das) zu ver­ dunstende(n) Wirkstoff(gemisch).

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elektrolysezelle 2 Elektroden und mit Schwefelsäure angesäuertes Wasser enthält und das bei der Elektrolyse entwickelte Knallgas über eine Leitung in das Vorratsgefäß eingeführt wird und dort auf die Oberfläche des zu verdunstenden Wirk­ stoffes bzw. Wirkstoffgemisches oder der Wirkstoff­ lösung drückt und ihn (es, sie) auf diese Weise durch eine Austragsleitung in den mit dem verdunstenden (Wirkstoff(gemisch) zu versorgenden Raum fördert.

7. Vorrichtung gemäß Ansprüche 5 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie aus einer Elektrolysezelle, einem Wirkstoffvorratsgefäß und einem üblichen inerten Verdunster besteht.