-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein mit einem Duftstoff versehenes stabförmiges Element mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 8.
-
Stand der Technik
-
Bekannte Luft- und Raumerfrischer bestehen aus Rattan- oder Weidenstäbchen, bei denen durch den Kapillareffekt eine Duftflüssigkeit aufgesogen und über die Poren des Stäbchens an die Umgebung abgegeben wird, um den Raumduft zu beeinflussen. Die Duftflüssigkeit befindet sich dabei in einem Gläschen, in das die Rattan- oder Weidenstäbchen gestellt werden. Dies hat den Nachteil, dass die Duftflüssigkeit durch Umkippen aus dem Behälter laufen kann und Schäden an Hausrat, Teppichboden oder Parkett erzeugen kann. Zudem besteht die Gefahr, dass Kinder oder Haustiere die gutriechende Flüssigkeit trinken. Diese Flüssigkeiten sind jedoch nach der CLP-Verordnung meistens als „reizend“ oder gar als „ätzend“ zu kennzeichnen. Wurden diese Flüssigkeiten eingenommen, ist ein Arzt umgehend aufzusuchen. Hinzu kommen die Probleme der Entsorgung derartiger Produkte aufgrund der Gefahr einer Umweltverschmutzung.
-
Aus der dem Oberbegriff des Anspruches 1 zugrundeliegenden
WO 2007/001504 A2 ist es bekannt, aus einem biologischen Kunststoffmaterial, d.h. aus nur einer Materialkomponente, verschiedenste Produkte zu fertigen, die unter anderem auch Duftsticks für die Wohnung betreffen. Dabei wird dem recycelten Naturmaterial der Duftstoff beigemengt und daraus werden die Duftstäbchen gefertigt (s.a.
http://www.eastman.com/Literature_Center/S/Success151.pdf, letzter Aufruf am 16.03.2015). Diese Materialien wie z.B. auracell
® lassen sich zwar mit Duft beladen und weisen auch die erforderliche Steifheit auf, um daraus Stäbchen zu formen, jedoch müssen diese Materialien mit einer Verarbeitungstemperatur von über 180°C verarbeitet werden. Diese hohe Temperatur zerstört die Nuancen in den Duftstoffen, so dass die biologisch abbaubaren Kunststoffe in der Praxis nicht zur Herstellung von Duftstäbchen geeignet sind.
-
Bei der Verwendung eines Standardextrusionsverfahrens z.B. mit beduftetem Ethylenvinylacetat (Kurzzeichen EVA) Material ergibt sich aufgrund der Beimengung des Duftstoffes, die beim Ausdünsten der Duftstoffe zu einer entsprechenden Porosität führt, eine zu geringe Materialhärte und/oder eine mangelnde Flexibilität, so dass so hergestellte Duftstäbchen für die Praxis nicht geeignet sind. Ohnehin sind EVA und thermoplastische Elastomere (TPE) auch ohne Beimengungen bereits sehr flexibel und für eine Stäbchenform grundsätzlich nicht geeignet.
-
Des Weiteren ist es bekannt, Kunststoffe mit Duftpulvern zu versetzen und daraus verschiedenste Produkte insbesondere im Spritzgießverfahren herzustellen. Aus der
US 3,733,016 A ist ein mit einem Duftkunststoff, bestehend aus einer Mischung von Duftpulver und Thermoplast, umspritzter Kleiderbügel bekannt. Auch die
US 6,149,038 A betrifft einen Kleiderbügel mit eingebautem Lufterfrischer im Mittelteil.
-
Ferner ist die Gel-Membrantechnik vielfach im Einsatz, bei der ein mit einem Duftstoff versetztes Gel auf einem Trägermaterial aufgebracht wird. Es handelt sich dabei z.B. um Auto-Lufterfrischer, bei denen eine Berührung mit dem Gel in der Praxis ohne Bedeutung ist (
US 2011/0108632 A1 ,
WO 2013/184251 A1 ,
US 2011/0215167 A1 ,
US 5,407,642 A ,
US 5,527,493 A ,
US 5,865,372 A ,
US 6,264,887 B1 ,
US 7,182,270 B2 ,
US 7,687,038 B2 ). Für eine Verwendung als Duftstäbchen ist ein derartiges Material in der Praxis kaum geeignet, da es seine Oberflächenform beim Ausdünsten verändert und der Duftstoff unmittelbar vom Benutzer berührt werden kann.
-
-
Aufgabe der Erfindung
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mit einem Duftstoff versehenes stabförmiges Element sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, das bei günstiger Herstellung ein langandauerndes Dufterlebnis gewährleistet.
-
Diese Aufgabe wird durch ein stabförmiges Element mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst.
-
Das stabförmige Element wird dabei mit einem Kern als Trägermaterial verarbeitet, der mit dem mit dem Duftstoff beladenen Kunststoff überzogen wird, d.h. es sind wenigstens zwei Materialkomponenten vorhanden. Ein derartiges stabförmiges Element kann kostengünstig durch Co-Extrusion des Trägermaterials als Kern mit dem wenigstens einem den Kern 11 ummantelnden Kunststoff hergestellt werden, dem der Duftstoff beigemengt wird. Gleichzeitig ist der mit dem Duftstoff versehene Kunststoff als Außenschicht selbst bei entsprechend hohen Füllgraden durch das darunterliegende Trägermaterial so stabil, dass eine Handhabung auch durch Berühren der Oberfläche problemlos möglich ist.
-
Um die Verarbeitungstemperaturen in einem möglichst niederen, den Duft schonenden Bereich zu halten, weist der Kern als Trägermaterial ein Loch im Inneren auf, d.h. er ist als hohles Rohr ausgebildet. Das Loch im Inneren des rohrförmigen Kerns trägt dazu bei, die Abkühlzeit zu verringern, so dass der Duftstoff nur eine geringe Zeit der Verarbeitungstemperatur ausgesetzt wird, die zudem verhältnismäßig niedrig, vorzugsweise in einem Bereich kleiner 130°C, besonders vorzugsweise im Bereich zwischen 60°C und 120°C gehalten werden kann. Dadurch entsteht ein deutlich geringerer Duftverlust als bei anderen Herstellungsverfahren.
-
Eine Verarbeitung durch Co-Extrudieren hat neben geringen Stückkosten durch Endlosfertigung und geringen Investitionskosten, da gegenüber dem Spritzgussverfahren nur ein gegenüber Spritgießwerkzeugen deutlich günstigeres Extrusionswerkzeug und keine Peripheriegeräte erforderlich sind, den Vorteil, dass ein vorzugsweise kontinuierliches Beimengen des Duftstoffes während der Produktion unmittelbar möglich ist, d.h. es muss kein separates Einmischen des Duftstoffes erfolgen. Dies führt ebenfalls zu weniger Duftverlust bei der Verarbeitung. Gleichzeitig ist ein schneller und unkomplizierter Duft- und Farbwechsel jederzeit während der laufenden Produktion möglich, was auch zu einer Kostenersparnis und zu einem geringeren Duftverlust bei der Verarbeitung beiträgt.
-
Vorzugsweise ist die Stäbchenform durch unterschiedliche Extrusionswerkzeuge als auch die Länge des Stäbchens je nach Produktanforderung leicht zu ändern. Gleichzeitig ist es von Vorteil, dass das stabförmige Element bedarfsweise unmittelbar nach dem Extrudieren abgelängt und verpackt werden kann, so dass sich ein vollautomatisierter Produktionsprozess des Produktes ergibt. Auch dies trägt nochmals zur Kostenersparnis und weniger Duftverlust bei, da die Stäbchen unmittelbar nach der Verarbeitung in einem luft- und aromadichten Beutel vollautomatisch verpackt werden. Die fertigen Duftstäbchen sind damit nur wenige Sekunden lang der Umgebungsluft ausgesetzt.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein stabförmiges Element, das mit einem Duftstoff versehen ist, in einer stirnseitigen Ansicht,
-
2 das stabförmige Element gemäß 1 in einem Schnitt nach Linie A-A in 1
-
3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
-
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
-
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
-
Die Figuren zeigen ein stabförmiges Element 10, das mit einem Material versehen ist, das dazu bestimmt und geeignet ist, einen Duftstoff an die Umgebung abzugeben. Das stabförmige Element 10 weist einen Kern 11 als Trägermaterial in Form der Materialkomponente A für einen Kunststoff 12 als Materialkomponente B auf, dem der Duftstoff als Materialkomponente C beigemengt ist. Auf die Materialkomponenten A, B und C wird im Zusammenhang mit 3 näher eingegangen. Der Kern 11 wird vorzugsweise durch ein hohles Rohr mit einem Innenraum 11a gebildet, grundsätzlich kann jedoch auch ein geschlossenes Voll-Material. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem stabförmigen Element um ein Element mit einem runden Querschnitt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch alternative Geometrieformen möglich sind, sofern gewährleistet ist, dass im Innenraum 11a des Kerns ein Hohlraum gebildet ist. Denkbar sind z.B. ovale, rechteckförmige, quadratische oder auch sternförmige oder blütenförmige Querschnittsformen. Die Grenzen für diese Geometrien liegen im Bereich des Herstellungsverfahrens, also vor allem beim Extrudieren bestimmt durch die Form des Extrusionswerkzeugs 15.
-
Im Ausführungsbeispiel hat der Innenraum des Rohrs ein Durchmesser von kleiner 1 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1 mm. Dieser Innenraum hat den Vorteil, dass beim Herstellungsprozess eine schnellere Abkühlung des Trägermaterials und damit auch des gesamten stabförmigen Elements 10 erfolgt, so dass der Duftstoff für eine kürzere Zeit den für die Herstellung erforderlichen Verarbeitungstemperaturen ausgesetzt wird. Da zudem weniger Material extrudiert werden muss, ist auch bei der Aufbereitung des Kunststoffmaterials für den Extrusionsprozess der Kunststoff und damit der Duftstoff für eine kürzere Zeit den entsprechenden Verarbeitungstemperaturen auszusetzen, die zudem auch niedriger sein können. Damit ergibt sich ein schonender Umgang mit dem Material, womit ein geringerer Duftverlust einhergeht. Dies trägt wiederum dazu bei, dass die so hergestellten stabförmigen Elemente 10 den Duft für eine lange Zeit an die Umgebung abgeben können.
-
Auch der Kern 11 als Trägermaterial ist durch einen Kunststoff gebildet. Im Ausführungsbeispiel besteht er aus Polystyrol, wobei auch andere geeignete Materialien verwendet werden können, sofern die gewünschte Stabilität dieses Kerns 11 gewährleistet ist. Gegenüber dem den Duftstoff einschließenden Kunststoff 12 der Außenschicht ist dieser Kunststoff härter, um die entsprechende Stabilität des Endproduktes zu gewährleisten. Der Härtegrad des die Außenschicht bildenden Kunststoffs 12 wird auch dadurch bestimmt, dass ihm der Duftstoff beigemengt ist. Wenn dieser Duftstoff an die Umgebung abgegeben wird, werden die vom Duftstoff im stabförmigen Element beladenen Poren allmählich frei, so dass sich eine Porosität des mit dem Duftstoff versehenen Kunststoffs 12 einstellt, was seine Stabilität zusätzlich beeinträchtigen würde, die dann durch den Kern 11 gewährleistet ist.
-
Die Außenschicht des stabförmigen Elementes 10, die durch den den Duftstoff einschließenden Kunststoff 12 gebildet ist, hat vorzugsweise eine Dicke von kleiner 1 mm, insbesondere zwischen 0,5 bis 1 mm. Im gleichen Dimensionsbereich bewegt sich vorzugsweise auch das Trägermaterial, d.h. die Wandung des Rohrs beträgt regelmäßig zwischen 0,5 bis 1 mm, kann jedoch auch Dimensionen außerhalb dieses Bereichs annehmen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch andere Größen und Abmessungen denkbar sind, wobei grundsätzlich darauf zu achten ist, dass ein schonender Umgang mit dem Material und vor allem dem Duftstoff dann gewährleistet ist, wenn die Verarbeitungstemperaturen in einem verhältnismäßig niedrigem Bereich bleiben.
-
Die mit dem Duftstoff beladenen stabförmigen Elemente 10 haben den Vorteil, dass sie die Raumluft ohne Flüssigkeit beduften können. Die so hergestellten Duftstäbchen können in verschiedenen Duftnoten, Formen, Farben, Längen und Dicken gefertigt werden. Besonders sind als Kunststoffe Ethylenvinylacetat (EVA) und thermoplastische Elastomere (TPE) für die Herstellung geeignet. Dabei sind je nach Kunststoff unterschiedliche Füllgrade an Duftstoff möglich. In der Praxis haben sich bei den bevorzugten Kunststoffen bei EVA ein Füllgrad von maximal 35 Volumenprozent und bei TPE von bis zu 50 Volumenprozent als durchführbar erwiesen. Durch den Einschluss der Gefahrenstoffe im Kunststoff sind bei annähernd allen künstlichen oder natürlichen Duftstoffen die so hergestellten stabförmigen Elemente in deutlich geringerem Umfang als CLP-kennzeichnungspflichtig einzustufen. Zudem besteht nicht mehr die Gefahr eines Flüssigkeitsschadens.
-
Verfahrensgemäß wird gemäß 3 zur Herstellung des mit einem Duftstoff versehenen stabförmigen Elementes 10 ein Co-Extrusionsverfahren eingesetzt. Dabei wird wenigstens ein vorzugsweise hohles rohrförmiges Trägermaterial – im Ausführungsbeispiel aus Polystyrol –, das in 3 durch die Materialkomponente A symbolisiert ist, als Kern 11 mit wenigstens einem den Kern 11 ummantelnden Kunststoff 12 hergestellt, wobei dem Kunststoff 12 der Duftstoff beigemengt wird. Der Kunststoff 12 ist in 3 als Materialkomponente B und der Duftstoff als Materialkomponente C dargestellt, die beide im Co-Extruder 13 aufbereitet werden. Damit wird der gegenüber der Außenschicht harte Innenkern mit dem mit dem Duftstoff beladenen Kunststoff 12 überzogen. Um die Abkühlzeiten zu verringern, ein Rohr kühl schneller ab, und die Teiltoleranzen einzuhalten, ist das Trägermaterial vorzugsweise als Kern hohl und rohrförmig ausgebildet, wie eingangs bereits beschrieben. Zudem lassen sich bei der Verwendung eines Rohres Prozess-Schwankungen besser aufzunehmen als auch Material einsparen.
-
Der Kern 11 wird im Ausführungsbeispiel in einem Hauptextruder 13 verarbeitet und zwar bei dem im Ausführungsbeispiel verwendeten Polystyrol bei einer Temperaturführung von 80°C bis 200°C. Es können aber auch andere geeignete Materialien verwendet werden. Demgegenüber arbeitet der Co-Extruder 14 zur Aufbereitung der Materialkomponenten B, C, also dem Kunststoff 12 und dem Duftstoff, in einem deutlich niedrigeren Temperaturbereich, was es ermöglicht den Duftstoff so schonend wie nur möglich zu verarbeiten. Gleichzeitig wird auch die Verweildauer des mit dem Duftstoff beladenen Kunststoffs 12 verringert, um den Duftstoff nicht länger als unbedingt nötig den Verarbeitungstemperaturen auszusetzen. Deshalb wird für den Kunststoff 12 und den Duftstoff vorzugsweise ein sehr kurzer Co-Extruder 14 z.B. mit einer maximalen Länge von ungefähr 60cm verwendet. Die Dauer, die der mit dem Duftstoff beladene Kunststoff 12 der Verarbeitungstemperatur ausgesetzt ist, beträgt so zwischen 10 bis 15 Sekunden. Die Temperaturführung liegt zwischen 60–120°C. Dabei wird berücksichtigt, dass die Duftstoffe je nach Duft eine maximale Temperatur von 120 bis 150°C vertragen, ohne dass die Molekularstruktur zerstört wird. Über 150° C ist die Duftstärke sowie die Duftvariation nicht mehr gleich wie vor dem Einbringen in den Kunststoff. Ein weiterer Vorteil des kurzen Spezial-Extruders ist, dass sich der Duftstoff ideal mit dem Kunststoff vereint und sich eine gleichmäßige homogene Mischung einstellt.
-
Grundsätzlich könnte alternativ auch ein sogenannter Sidefeeder verwendet werden, um den Duftstoff dem bereits aufgeschmolzenen Material beizufügen.
-
Die so produzierte Form trägt dazu bei, dass die Verarbeitungstemperatur insbesondere des mit dem Duftstoff versehenen Kunststoffs 12 kleiner 130°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 60°C bis 120°C liegt. Dadurch wird insbesondere der Duftstoff durch die Temperatur des Herstellungsprozesses kaum belastet, so dass der Duft im Material bleibt und eine langandauernde Beduftung gewährleistet. Ein separates Einmischen des Duftstoffes ist nicht erforderlich, sondern dies kann durch Pumpdosierung direkt an der Maschine während des Extrudierens vorzugweise kontinuierlich erfolgen. Auch dies trägt sowohl zur Kostenersparnis als auch zu einer Verringerung des Duftverlustes bei der Verarbeitung bei.
-
Vom Extrusionswerkzeug 15 gelangt das gefertigte Produkt in ein Vakuumbad 16 mit Scheibenkalibrierung. Im Vakuumbad 16 wird das noch heiße Material mit einer Flüssigkeit heruntergekühlt. Das Ganze passiert unter Vakuum damit das Stäbchen besser seine Form beibehält. Dieses geschlossene System hat außerdem den Vorteil, dass der Duftstoff nicht an die Umgebung entweicht.
-
Grundsätzlich hat der so aufgebaute Produktionsprozess den Vorteil, dass der Duftstoff fast vollständig von der Umgebungsluft abgeriegelt ist und somit keine Chance hat zu verduften.
-
Da der Extrusionsprozess eine Endlosfertigung ist, bei dem das extrudierte Produkt unmittelbar und kontinuierlich aus dem Extrusionswerkzeug 15 gelangt, stellen sich viele weitere Vorteile ein, die sich sowohl auf die Reduzierung eines möglichen Duftverlust als auch auf die Kosten des Herstellungsverfahrens auswirken:
- – Investitionskosten für Werkzeug und Peripherie sind gering,
- – schneller und unkomplizierter Duft- und Farbwechsel ist auch während der laufenden Produktion jederzeit möglich,
- – eine individuelle Stäbchenform und -länge ist je nach Produktanforderung, wie z.B. der Raumgröße, einfach realisierbar,
- – die fertigen Teile werden direkt an der Maschine während des laufenden Prozesses automatisch mittels Cutter 17 abgelängt und in einer Verpackungsanlage 18 verpackt.
-
Dadurch werden ein stabförmiges Element sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung geschaffen, mit dem es möglich ist, Raumerfrischerdüfte in Stäbchenform aus Kunststoff herzustellen, die durch eine niedrige Verarbeitungstemperatur eine maximal mögliche Ausduftung beim Verbraucher erzeugen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- stabförmiges Element
- 11
- Kern
- 11a
- Innenraum
- 12
- Kunststoff
- 13
- Hauptextruder
- 14
- Co-Extruder
- 15
- Werkzeug
- 16
- Vakuumbad
- 17
- Cutter
- 18
- Verpackungsanlage
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2007/001504 A2 [0003]
- US 3733016 A [0005]
- US 6149038 A [0005]
- US 2011/0108632 A1 [0006]
- WO 2013/184251 A1 [0006]
- US 2011/0215167 A1 [0006]
- US 5407642 A [0006]
- US 5527493 A [0006]
- US 5865372 A [0006]
- US 6264887 B1 [0006]
- US 7182270 B2 [0006]
- US 7687038 B2 [0006]
- US 4314915 A [0007]
- US 4411829 A [0007]
- US 4434306 A [0007]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- http://www.eastman.com/Literature_Center/S/Success151.pdf, letzter Aufruf am 16.03.2015 [0003]
