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Die Erfindung betrifft Artikel zum Aufnehmen und Handhaben von
verschütteter Flüssigkeit, und insbesondere Artikel zum
Aufnehmen, Entfernen und Rückgewinnen von verschütteter
Flüssigkeit an einer Produktionsstätte.
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Zum Handhaben verschütteter Flüssigkeit an Produktionsstätten
wurde bereits viele verschiedene Materialien in zahlreichen
Konfigurationen verwendet. Zu diesen Materialien zählen
granulare Sorptionsmaterialien, blatt- und rollenförmige
Materialien, und selbsttragende Arme aufweisende Konfigurationen, die
aus einem Gehäuseteil bestehen, welches mit partikelformigen
Sorptionsprodukten wie z.B. Ton, Zellulose, Maiskolben-
Schnittscheiben, oder geschnittenen Mikrofasermaterialien
gefüllt ist. Vor Ort werden typischerweise mehrere Arten von
Sorptionsprodukten verwendet, da ein einziges Sorptionsprodukt
alleine nicht für die an einer Produktionsstätte auftretenden
zahlreichen Situationen geeignet ist, in denen Flüssigkeiten
verschüttet werden.
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Historisch betrachtet, wurden hauptsächlich lockere granulare
Ton-Partikel als Material zum Handhaben von verschütteten
Flüssigkeit appliziert werden konnten und
problemlos an verschiedene Situationen anpaßbar waren,
z.B. in Fall
verschütteter Flüssigkeit auf unregelmäßigen Oberflächen oder
in räumlich beengten Umgebungen (z.B. unter Maschinen). Trotz
dieser Vorteile sind Ton-Partikel insofern nachteilig, als sie
leicht in Bereiche in der Umgebung der Verschütt-Stelle
verschleppt werden können und der Beseitigungsvorgang
arbeitsintensiv ist und die Benutzung von Besen, Schaufeln,
Kehrblechen und zahlreicher Aufnahmebehältnisse erfordert.
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Die Verwendung loser granularer Materialien hat abgenommen,
seitdem "dimensionierte" Sorptionsartikel eingeführt wurden,
d.h. Blätter oder Rollen aus sorptionsfähigen Materialien oder
Trägerstrukturen mit porösen Gehäusen, die mit losen
granularen Sorptionsmaterialen gefüllt sind. Dimensionierte
Sorptionsartikel bieten den Vorteil leichter Plazierbarkeit, der
Fähigkeit zur Aufbringung einer größeren Masse an
Sorptionsmaterial auf den Bereich der verschütteten Flüssigkeit bei
gleichzeitig kleinerem Volumen, als es bei losen Materialien
erforderlich wäre, einer gegenüber losen granularen
Materialien geringeren Unordnung und eines Aufräumvorgangs, der
beträchtlich weniger arbeitsintensiv als bei Verwendung loser
granularer Materialien ist.
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Die Flüssigkeitshaltekapazität von Sorptionsartikeln, die zur
Handhabung verschütteter Flüssigkeiten verwendet werden, ist
ein wichtiger Faktor bei der Wahl von Sorptionsartikeln, da es
wünschenswert ist, verschüttete Flüssigkeiten mit einer
minimalen Menge an Sorptionsmaterial aufzunehmen, zu entfernen und
rückzugewinnen. Gleichermaßen wichtig ist jedoch die Rate, mit
der der Sorptionsartikel die verschüttete Flüssigkeit aufnimmt
oder sorbiert. Eine schnelle und mit hoher Kapazität
erfolgende Aufnahme einer verschütteten Flüssigkeit verbessert die
Sicherheit und erhöht die Produktivität an einer
Produktionsstätte, da in diesem Falle die freie Exponierung der
verschütteten Flüssigkeit reduziert und die zur Handhabung der
Flüssigkeit erforderliche Zeit verkürzt wird.
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Das US-Patent Nr. 4,965,129 beschreibt einen wurstförmigen
flüssigkeitsabsorbierenden Artikel, in dessen Innerem ein
poröses Gewebe, feine, faserförmige Partikel aus
flash-gesponnem Polyethylen, wahlweise Partikel aus geschäumtem
organischem Polymer, und eine effektive Menge eines
Benässungsmittels enthalten sind. Der Artikel ist in der Lage, Öle und
wässrige Flüssigkeiten in Mengen zu absorbieren, die
mindestens das Sechsfache des Gewichtes der Partikel betragen.
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Das US-Patent Nr. 4,792,399 beschreibt eine
Flüssigkeits-Aufnahme- und -Haltevorrichtung, die ein röhrenartiges, dreieckig
geformtes und aus flüssigkeitsdurchlässigem Material
bestehendes Gehäuse aufweist, das teilweise mit einem Material gefüllt
ist, welches die durch das Gehäuse hindurchtretenden
Flüssigkeiten aufnimmt sowie rückhält und welches selbst nicht in der
Lage ist, durch das Gehäuse hindurchzutreten.
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Das US-Patent Nr. 4,840,734 beschreibt ein Produkt zum
Absorbieren von ausgeleckten und verschütteten Flüssigkeiten, das
mindestens eine geschlossene Zelle mit einer flüssigkeits
durchlässigen Wand aufweist. Innerhalb der Zelle ist ein
anorganisches, inertes Sorptionsmittel eingeschlossen.
Flüssigkeit, die mit dem Produkt in Kontakt gelangt, tritt durch die
Wand der Zelle und wird von dem Sorptionsmaterial absorbiert.
Ferner wird ein Verfahren zum Absorbieren ausgeleckter und
verschütteter Flüssigkeiten angegeben.
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Das US-Patent Nr. 4,775,473 beschreibt einen
Absorptionsartikel, der zur Absorption von wässrigen und öligen Flüssigkeiten
in der Lage ist, z.B. von Metallschneidflüssigkeiten,
hydraulischen Flüssigkeiten, Ölen und dgl. Der Absorptionsartikel
besteht aus einer Hülse aus Spunlaced-Material, die an beiden
Enden geschlossen und mit einem inhärent feuersicherem
Partikelmaterial gefüllt ist, z.B. körnigem Ton-Material, dessen
Partikelgröße innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt. Das
Spunlaced-Material ist flüssigkeitsdurchlässig, oleophil und
hydrophil. Das Spunlaced-Material hat ferner eine
Flüssigkeits-Saugrate, die derjenigen des in der Hülse enthaltenen
partikelformigen Ton-Materials mindestens gleich ist. Zu den
bevorzugten Spunlaced-Materialien zählen Spunlaced-Material
aus Holzbrei/Polyester, die eine holzbrei-reiche Fläche und
eine polyester-reiche Fläche aufweisen. Die polyester-reiche
Fläche ist angrenzend an das partikelförmige Sorptionsmaterial
ausgebildet.
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Das US-Patent Nr. 4,659,478 beschreibt eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Ölabsorption, wobei die Vorrichtung ein
längliches rohrförmiges Teil aufweist, welches mit einem
hochabsorbierenden Partikelmaterial kapillarer Natur gefüllt ist,
das eine Saugaktion ausübt. Das rohrförmige Teil ist an jedem
Ende geschlossen und kann als durchgehendes Absorptionsteil um
die Basis einer Werkzeugmaschine herum angeordnet sein.
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Die UK-Patentanmeldung GB-A-2 096 361 beschreibt ein Verfahren
zum Entfernen von Öl von Wasseroberflächen oder festen
Oberflächen, bei dem das Öl mit einem Kissen, das aus mehreren
miteinander verbundenen Schichten einer Polyolefin-Netzstruk
tur besteht, kontaktiert wird, bis das Öl absorbiert ist und
anschließend das Kissen entfernt wird. Das Kissen kann bis zu
36 ausschließlich aus der Netzstruktur bestehende Schichten
oder mindestens vier Netzstruktur-Schichten aufweisen,
zwischen denen eine Lage aus Polyester-Fasern sandwichartig
eingeschichtet ist, und die Schichten können durch Zusammenheften
miteinander verbunden werden.
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Zusätzlich zu den oben aufgeführten Patenten existiert eine
Anzahl handelsüblicher Artikel zur Aufnahme und Rückgewinnung
verschütteter Flüssigkeiten Beispielsweise vertreibt die 3M
Company, St. Paul, MN eine Familie flüsigkeitssorbierender
Artikel zur Aufnahme und Rückgewinnung verschütteter Flüssig
keiten. Zu diesen Artikeln, die auf der Basis sorptionsfähiger
Mikrofaser-Materialien konzipiert sind, zählen blattförmige
Artikel für Wisch- und Endreinigungsvorgänge, Kissen zur
Aufnahme von Flüssigkeiten in mittlerer Menge, und
Trägerstrukturen mit zerkleinerten Mikrofasermaterialien, die in einem
länglichen Gehäuse mit im wesentlichen kreisförmigem
Querschnitt enthalten sind und zur Aufnahme und Rückgewinnung
größerer Mengen verschütteter Flüssigkeiten verwendet werden.
Diese Materialien sind z.B. in der
3M-Produktinformationsbrochüre "Maintenance Sorbents" Nr. 70-0704-0625-4(227.5) DPI
beschrieben.
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Die Erfindung schafft einen flüssigkeitssorbierenden Artikel
mit mindestens zwei auf einem einzelnen Blatt ausgebildeten,
aneinander angrenzenden Schichten, die über eine Faltung des
Blattes ineinander übergehen und intermittierend und lösbar
miteinander verbunden sind.
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Der sorbierende Artikel weist mindestens vier Schichten auf,
so daß der Artikel in alternative Sorptions-Konfigurationen
konvertiert werden kann, indem die intermittierenden
Verbindungen gelöst werden und die Struktur auseinandergefaltet
wird. Der Artikel weist vorzugsweise Mikrofasern enthaltende
Blattmaterialien auf, die mit sorbierenden Partikelmaterialien
versehen sein können. Vorzugsweise hat der sorbierende Artikel
einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem
Verhältnis von Breite zu Dicke im Bereich von 10:1 bis 1:1, und
ist in der Lage, mindestens das Siebenfache seines eigenen
Gewichtes an Leichtmineralöl über eine Dauer von 120 Minuten
zu sorbieren.
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Bevorzugt weist der flüssigkeitssorbierende Artikel ein
Sorptionsverhältnis SR auf, das für den Artikel gemäß der
folgenden Gleichung berechnet werden kann:
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Dabei bezeichnet -
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SR das Sorptionsverhältnis, und zwar gemessen in Gramm an
sorbierter Flüssigkeit pro Gramm an Sorptionsmaterial;
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T die Zeit, angegeben in Minuten, für die Sorption;
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V die Viskosität, angegeben in Zentipoise, für die
sorbierte Flüssigkeit;
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H die Höhe, angegeben in Zentimetern, des sorbierenden
Artikels;
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W die Breite des sorbierenden Artikels;
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C¹ eine von der Permeabilität des sorbierenden Artikels
abhängige Konstante;
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C² eine von der Höhe des sorbierenden Artikels abhängige
geometrische Konstante; und
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C³ eine von der Breite des sorbierenden Artikels
abhängige geometrische Konstante.
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Die Konstanten für einen bestimmten sorbierenden Artikel
können leicht bestimmt werden, indem die Sorptionsrate
verschiedener Dicken des Sorptionsmaterials, z.B. bei drei oder
mehr Konfigurationen, getestet wird.
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Es hat sich herausgestellt, daß bei einem gegebenen Gewicht
eines Materials ein dünneres Sorptionsmaterial Flüssigkeiten
mit niedrigerer Viskosität schneller sorbiert und ein dickeres
Sorptionsmaterial Flüssigkeiten mit höherer Viskosität
schneller sorbiert. Um die Notwendigkeit zu beseitigen, zur Sorption
von Flüssigkeiten mit verschiedener Viskosität
Sorptionsmaterial in verschiedenen Dicken bereitzuhalten, kann, wie sich
erwiesen hat, der gemäß der Erfindung vorgesehene gefaltete
sorbierenden Artikel zur Sorption von Flüssigkeiten
unterschiedlicher Viskosität verwendet werden, wobei die gefalteten
Konfigurationen für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität und die
ungefalteten Konfigurationen für Flüssigkeiten mit niedrigerer
Viskosität geeignet sind. Somit können die
Bevorratungseinrichtungen, die für eine optimale Effizienz der Flüssigkeits
sorption erforderlich sind, generell beträchtlich verringert
werden.
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Die Form der Gleichung wird bestimmt durch Berechnung der
Kurvenverläufe des Sorptionsverhältnisses gegenüber der Zeit
und der Flüssigkeitsviskosität, wobei die anderen Variablen
konstant gehalten werden. Nachdem die Form der Gleichung
bestimmt ist, erfolgt die Bestimmung der Koeffizienten aus der
mehrfachen Regression der Sorption gegenüber
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gegenüber den anderen Variablen.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
im Zusammenhang mit der Zeichnung detaillierter beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines vier
Schichten aufweisenden sorbierenden Artikels gemäß der
Erfindung,
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Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Artikels gemäß
Fig. 1 im teilweise geöffneten Zustand,
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Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines
Blattmaterials, das zur Vorbereitung der sorbierenden Artikel
gemäß der Erfindung geeignet ist;
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Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines vier
Schichten aufweisenden sorbierenden Artikels gemäß der
Erfindung, der aus dem in Fig. 3 gezeigten Material
hergestellt ist,
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Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines drei
Schichten aufweisenden sorbierenden Artikels gemäß der
Erfindung,
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Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren drei
Schichten aufweisenden sorbierenden Artikels gemäß der
Erfindung,
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Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines sechs
Schichten aufweisenden sorbierenden Artikels gemäß der
Erfindung, und
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Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines acht
Schichten aufweisenden sorbierenden Artikels gemäß der
Erfindung.
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Wie sich überraschenderweise herausgestellt hat, kann eine
beträchtliche Verbesserung der Flüssigkeitsaufnahmerate und
der Haltekapazität eines sorbierenden Artikels erzielt werden,
wenn auf der Basis der Viskosität der zu sorbierenden
Flüssigkeit und der Sorptionszeit eine zweckmäßige Konfiguration
des an der verschütteten Flüssigkeit zu applizierenden
Sorptionsmaterials geschaffen wird. Die Auswirkung der Gestalt des
sorbierenden Artikels auf die Sorptionsrate und die
Haltekapazität ist besonders auffällig bei Verwendung von blattförmigen
Sorptionsmaterialien, die Mikrofasern aufweisen.
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Der gemäß der Erfindung ausgebildete sorbierende Artikel kann
aus blattförmigen sorbierenden Materialien hergestellt werden,
indem die blattförmigen Materialien zwecks Bildung von
Schichten gefaltet werden und durch intermittierende lösbare
Verbindungen
in der Schichten-Konfiguration gehalten werden.
Vorzugsweise haben die sorbierenden Artikel einen rechteckigen
Querschnitt, wobei das Verhältnis von Breite zu Dicke 10:1 bis
1:1 und besonders bevorzugt 5:1 bis 3:1 beträgt.
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Fig. 1 zeigt eine vierschichtige gefaltete Konstruktion eines
gemäß der Erfindung ausgebildeten sorbierenden Artikels mit
einer "W"-förmigen Falt-Konfiguration. Der sorbierende Artikel
10 weist ein Mikrofasern enthaltendes blattförmiges Material 2
auf, das entlang einer mittleren Längsfaltung 5 und zwei
äußeren Längsfaltungen 6, die parallel zu der mittleren Faltung
verlaufen, gefaltet ist. Die drei Faltungen wirken derart
zusammen, daß sie zwei äußere Quadranten 7 und zwei mittlere
Quadranten 8 bilden. Ein z.B. aus einem heißgeschmolzenen
Kleber bestehendes intermittierendes Muster 4 wird zwischen
den Flächen aneinander angrenzender äußerer und mittlerer
Quadranten des Mikrofaser-Gewebes appliziert, und in ähnlicher
Weise wird ein aus einem heißgeschmolzenen Kleber bestehendes
intermittierendes Muster 3 zwischen den Flächen der aneinander
angrenzenden mittleren Quadranten appliziert, um das
geschichtete Mikrofaser-Blattmaterial in der Konfiguration eines
selbsttragenden Arms zu stabilisieren, bei dem das Verhältnis
von Breite zu Dicke 3:1 oder mehr beträgt.
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Fig. 2 zeigt einen vierschichtigen Artikel, der dem Artikel 10
von Fig. 1 mit Ausnahme der Tatsache gleicht, daß die durch
das intermittierende Heißschmelzkleber-Muster 3 erzeugte
Stabilisierung zwischen den mittleren Flächen der
"W"-Konfiguration weggebrochen ist, indem der selbsttragende Arm entlang
der mittleren Faltung 5 geöffnet und dadurch ein Artikel 20
gebildet wird. Der Artikel 20 weist ungefähr den doppelten
Oberflächenbereich und die halbe Dicke auf wie der Artikel 10.
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Fig. 3 zeigt eine alternative Konfiguration des Mikrofasern
aufweisenden Blatt-Materials 30, das zum Vorbereiten der
sorbierenden Artikel gemäß der Erfindung verwendet wird. In
dieser
Konfiguration weist das Mikrofaser-Gewebe 31 ein poröses
Baumwollstoff-Auskleidematerial 32, das koextensiv an einer
Fläche des Gewebes befestigt ist, und eine mittlere
längsverlaufende Faltlinie 33 und eine äußere längsverlaufende
Faltlinie 34 auf, die parallel zu der mittleren Faltlinie 33
verlaufen.
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Fig. 4 zeigt eine alternative vierschichtige Falt-Konstruktion
40 mit einer Konfiguration, die, wenn sie unter Verwendung
eines Materials wie dem in Fig. 3 gezeigten erstellt wird,
eine gehäuseähnliche Abdeckung 41 aufweist. Um diese
Konfiguration zu erzeugen, werden zwecks Bildung kleinerer Faltungen
die äußeren Quadranten 7 des blattformigen
Mikrofaser-Materials 30 einwärts - d.h. zu der nicht mit Baumwollstoff
versehenen Fläche des Materials - entlang äußerer längsverlaufender
Faltlinien 34 gefaltet, woraufhin zwecks Bildung einer Haupt-
Faltung eine erneute Faltung des Blattes entlang der mittleren
Faltlinie 33 erfolgt, um die gezeigte Konfiguration zu
erzeugen. Der sorbierende Artikel wird in der gefalteten
Konfiguration stabilisiert, indem ein z.B. aus einem
heißgeschmolzenen Kleber bestehendes intermittierendes Muster 42 auf die
angrenzenden, mit Baumwollstoff versehenen Innenflächen 43 der
gefalteten Struktur appliziert wird. Die Verwendung eines
einzigen stabilisierenden Klebemusters ermöglicht eine
schnellere Zusammenfügung der erfindungsgemäßen Artikel unter
gleichzeitiger Beibehaltung des Freiraums für zahlreiche
Sorptionskörper-Konfigurationen. Wahlweise können vor der entlang
der mittleren Faltlinie 33 erfolgenden Faltung zwei
intermittierende Muster aus Kleber 44 an der inneren, nicht mit
Baumwollstoff bedeckten Fläche 45 des blattförmigen Mikrofaser-
Materials angebracht werden, um dem Artikel eine zusätzliche
Stabilisierung zu verleihen, wenn er in die zweischichtige
Konfiguration geöffnet wird.
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Fig. 5 zeigt einen dreischichtigen gefalteten Artikel 50 mit
einer "Z"-förmigen Konfiguration. Das blattförmige Mikrofaser-
Material weist Faltungen 51 auf, mittels derer äußere
Schichten 53 und eine innere Schicht 54 gebildet werden. Diese
Konfiguration wird durch eine intermittierende Verbindung 52
stabilisiert.
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Fig. 6 zeigt einen alternativen dreischichtigen sorbierenden
Artikel 60 mit einer "G"-förmigen Konfiguration. Das
blattförmige Mikrofaser-Material weist Faltungen 61,61' auf,
mittels derer äußere Schichten 64 und eine innere Schicht 63
gebildet werden. Diese Konfiguration kann durch ein einziges
intermittierendes Muster 62 aus heißgeschmolzenen Kleber
stabilisiert werden.
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Fig. 7 zeigt einen sechsschichtigen sorbierenden Artikel 70.
Das mikroporöse blattförmige Material weist Faltungen 71, die
Zwischenschichten 72 bilden, Faltungen 73, die innere
Schichten 74 bilden, und eine Faltung 75 auf, die eine äußere
Schicht 76 bildet, wobei diese Konfiguration durch ein
intermittierendes Muster 79 aus heißgeschmolzenen Kleber
stabilisiert wird.
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Fig. 8 zeigt einen achtschichtigen sorbierenden Artikel 80.
Das mikroporöse blattförmige Material weist Faltungen 81, die
Zwischenschichten 82 bilden, Faltungen 83, die
zwischengelagert anliegende Schichten 84 bilden, Faltung 85 auf, die
innere Schichten 86 bilden, und eine Faltung 87 auf, die eine
äußere Schicht 88 bildet, wobei diese Konfiguration durch ein
intermittierendes Muster 89 aus heißgeschmolzenen Kleber
stabilisiert wird.
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Die Artikel gemäß der Erfindung können aus jedem sorbierenden
blattförmigen Material gebildet werden, das gefaltet und
lösbar verbunden werden kann. Zu derartigen blattförmigen
Materialien zählen z.B. vliesartige Strukturen wie etwa
Mikrofasern aufweisendes Blatt-Material, und auf Holzbrei basierende
gewebeartige Materialien, die dem Fachmann auf dem Gebiet gut
bekannt sind.
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Die erfindungsgemäßen Artikel werden vorzugsweise aus
sorbierenden, Mikrofasern aufweisenden Blatt-Materialien gefertigt,
insbesondere aus heißgeschmolzenen Mikrofaser-Materialien.
Derartige Materialien sind z.B. beschrieben in: van Wente,
"Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial Engineering
Chemistry, Vol 48, S. 1342 ff. (1956), oder in: Report Nr. 4364,
Naval Research Laboratories, 25. Mai 1954, "Manufacture of
Superfine Organic Fibers" von van Wente, A., Boone, C.D. und
Flaherty, E.L., und diese werden bevorzugt zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Artikel verwendet.
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Besonders bevorzugt werden die gemäß der Erfindung
ausgebildeten Artikel aus heißgeschmolzenen Mikrofaser-Materialien
gefertigt, die einen oberflächenaktiven Stoff enthalten, der
durch direktes Hinzugeben des oberflächenaktiven Stoffes in
den Strom geschmolzenen Polymers topisch appliziert oder
eingebracht wird. Auf diesen Materialien basierende sorbierende
Artikel sind gleichermaßen geeignet zur Verwendung für
verschüttete Flüssigkeiten auf Öl- und Wasser-Basis. Derartige
Materialien, bei denen in der Faser ein oberflächenaktiver
Stoff enthalten ist, sind beschrieben in dem US-Patent Nr.
4,933,229, das hiermit durch Verweis in die vorliegende
Anmeldung einbezogen wird.
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Am meisten bevorzugt werden die gemäß der Erfindung
ausgebildeten Artikel aus heißgeschmolzenen Mikrofaser-Geweben
hergestellt, die Mikrofaser-Mikrogewebe und gekräuselte
Füll-Stapelfasern enthalten, wie in US-Patent Nr. 4,813,848
beschrieben, das hiermit durch Verweis in die vorliegende Anmeldung
einbezogen wird.
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Zu den zur Vorbereitung der blattförmigen
Mikrofaser-Materialien geeigneten polymeren Materialen zählen, ohne auf diese
beschränkt zu sein, Polyolefine wie z.B. Polyethylen und
Polypropylen, und Polyester-Materialen wie z.B.
Poly(ethylenterephthalat). Die blattformigen Mikrofaser-Materialien basieren
vorzugsweise auf Polyethylen, Polypropylen oder Mischungen der
beiden Harze.
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Andere Materialien, z.B. UV-Stabilisierer, Farbstoffe,
Pigmente etc. können während des Schmelzblasvorgangs direkt in die
schmelzgeblasenen blattförmigen Mikrofaser-Materialien
eingebracht werden, indem vor der Extrusion das Additiv mit dem
Polymer gemischt wird.
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Gemäß der Erfindung ausgebildete Artikel, die aus
schmelzgeblasenen Mikrofaser-Materialien gebildet sind, weisen selbst
bei Sättigung mit einer auf Öl oder Wasser basierenden
Flüssigkeit eine derart hinreichende Stärke auf, daß eine äußere
Auskleidung nicht mehr erforderlich ist, um die Integrität der
Materialien aufrechtzuerhalten. Es kann jedoch wahlweise eine
äußere Auskleidung ausgebildet werden, indem vor dem Falten
z.B. ein aus Baumwollstoff bestehendes Material auf das
blattförmige Mikrofaser-Material aufgetragen wird, um das Aussehen
des Artikels zu verbessern und dem Artikel gleichzeitig eine
höhere Lebensdauer zu verleihen. Zu diesem Zweck kann das
heißgeblasene Mikrofaser-Material direkt auf die Außenfläche
aufgetragen werden, oder alternativ kann die Außenfläche mit
dem Mikrofaser-Material verbunden werden, und zwar durch ein
intermittierendes Klebe-Muster oder indem die Materialien
durch Stiftverbindung zusammenlaminiert werden. Das
Auskleidungsmaterial kann auch als Beschichtung - z.B. als Latex
- auf das blattförmige Mikrofaser-Material in einem Ausmaß
aufgebracht werden, das die Sorptionsfähigkeit des blattförmigen
Mikrofaser-Materials nicht wesentlich beeinträchtigt.
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Die Baumwollstoff-Materialien, die zur Verwendung bei der
Vorbereitung des erfindungsgemäßen Artikels geeignet sind, weisen
vorzugsweise eine relativ offene Struktur auf, wie sie z.B.
bei vliesartigen Stoffen oder offengewobenen Webstoffen
erzielbar ist, so daß die Materialien leicht sowohl von auf Öl
basierenden als auch von auf Wasser basierenden Flüssigkeiten
durchdrungen werden können. Ferner sind geeignete
Baumwollstoff-Materialien vorzugsweise chemisch inert. Zu den
besonders bevorzugten Baumwollstoff-Materialien zählen vliesartige
Spunbond-Polypropylen-Stoffe wie z.B. das von Fiberweb North
America vertriebene CELESTRA mit 0,5 oz./yd² (17g/m²)
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Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Artikels ist eine
Vielzahl intermittierender Verbindungsmittel geeignet, mit denen
lösbare Verbindungen erzeugt werden können. Zu den geeigneten
Verbindungsmitteln zählen, ohne auf diese beschränkt zu sein,
heißgeschmolzene oder druckempfindliche Kleber,
druckempfindliche Band-Pads, Ultraschallschweißen, Stiftverbindungs- oder
mechanische Verbindungseinrichtungen. Bevorzugt erfolgt das
Verbinden des gefalteten Sorptionsartikels durch ein
intermittierendes Muster aus heißgeschmolzenen Klebern.
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Unabhängig von dem Verbindungsverfahren ist es wichtig, daß
der Bereich, in dem das blattförmige Mikrofaser-Material von
der Stabilisierungseinrichtung kontaktiert wird, minimiert
wird, damit die Sorptionsrate und die
Flüssigkeitshaltekapazität des fertigen Artikels nicht negativ beeinflußt werden.
Ferner sollte die Verbindungseinrichtung derart gewählt
werden, daß benachbarte Schichten des blattförmige Mikrofaser-
Materials auseinandergefaltet werden können, ohne daß ein
nennenswerter Schaden an dem blattförmigen Mikrofaser-Material
verursacht wird. Vorzugsweise liegt der von der
Verbindungseinrichtung kontaktierte Bereich des blattförmigen Mikrofaser-
Materials nicht über 5%, besonders bevorzugt nicht über 1% und
am meisten bevorzugt nicht über als 0,1%.
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Die gemäß der Erfindung ausgebildeten sorbierenden Artikel
weisen eine ausgezeichnete Formanpassungsfähigkeit auf,
wodurch sie sich leicht an Veränderungen der Oberflächenkontur
anpassen können. Dieses Merkmal ist besonders wichtig in
Flüssigkeitsaufnahme erfordernden Situationen, in denen - falls
der Artikel die Wellungen der Oberflächenkontur überbrückt,
statt der Kontur zu folgen - die Flüssigkeit unter einem
sorbierenden Artikel fließen könnte. Generell ausgedrückt, ist
die Formanpassungsfähigkeit der erfindungsgemäßen sorbierenden
Artikel der Formanpassungsfähigkeit der meisten
handelsüblichen, als selbsttragender Arm konfigurierten Sorptionsartikel
überlegen, wie sie z.B. in US-Patent Nr. 4,840,734 und
US-Patent Nr. 4,792,399 beschrieben sind.
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Aufgrund der Formanpassungsfähigkeit der sorbierenden Artikel
gemäß der Erfindung kann der sorbierende Artikel mühelos in
zahlreiche verschiedene Formen gebracht werden, um die Ausgabe
des Artikels aus einem Ausgabe-Pack zu erleichtern.
Beispielsweise kann der sorbierende Artikel mühelos in die Form einer
Rolle oder einer fächerartigen Faltstruktur gebracht und in
einer Spender-Box oder einem Spender-Behälter plaziert werden.
Bei Benutzung wird einfach die gewünschte Länge des
sorbierenden Artikels aus dem Ausgabe-Pack herausgerollt oder
herausgefaltet und abgeschnitten. Alternativ kann die
Rollen- oder Fächerfalt-Struktur in regelmäßigen Intervallen
perforiert sein, um zweckmäßige Längenabschnitte vorzugeben. Diese
Ausgabe-Optionen stehen im Gegensatz zu handelsüblichen
sorbierenden Artikeln, die nur in einer beschränkten Auswahl an
Längen und Breiten zur Verfügung stehen. Die begrenzte Auswahl
an Größen, die bei den meisten handelsüblichen
Sorptionsprodukten zur Verfügung steht, kann, wenn in einer Situation mit
minimaler verschütteter Flüssigkeit diese mit einem übermäßig
großen sorbierenden Artikel aufgenommen wird, zu einer
Unterbeanspruchung der Sorptionskapazität des Artikels führen.
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Bei der Handhabung verschütteter Flüssigkeiten hat es sich in
zunehmendem Maße als zweckmäßig erwiesen, das verschüttete
Flüssigmaterial von dem Sorptionsmaterial oder -artikel zu
trennen, um eine Wiederverwendung der Flüssigkeit, eine
Abscheidung der Flüssigkeit für nachfolgende
Rückgewinnungsoperationen und eine Minimierung von Flüssigkeiten in einer
Landauffüllungsstelle zu ermöglichen. Häufig werden als
begleitender Vorgang bei der Abscheidung oder Rückgewinnung die mit
Flüssigkeit gesättigten sorbierenden Artikel durch
Quetschwalzen hindurchgeführt. Diese Technik ist für die meisten
sorbierenden Artikel, die mit losen sorbierenden Partikelmaterialien
gefüllte poröse Gehäuse aufweisen, nicht geeignet. Durch die
Quetsch-Aktion werden die losen Partikelmaterialien zu dem der
Quetschwalze gegenüberliegenden Ende des Gehäuses hin
gedrückt, wobei die Gehäuse bricht und die sorbierenden Partikel
verstreut werden. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen
sorbierenden Artikel kann der Quetsch-Rückgewinnungsvorgang sehr
effizient durchgeführt werden, da die Artikel eine
einheitliche Struktur aufweisen.
BEISPIELE 1-5
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Es wurde ein gemäß dem US-Patent Nr. 4,933,229 ausgebildetes
schmelzgeblasenes Mikrofaser-Gewebe vorbereitet, das einen
mittleren Faserdurchmesser von 6-8 µm und ein Basisgewicht von
300 g/m² aufwies und 8 Gewichtsprozent TRITON X-100 enthielt,
eines von Rohm und Haas Company vertriebenen nichtionischen
oberflächenaktiven Stoffes. Das Gewebe wurde zu Mikrogewebe
verfeinert, die anschließend gemäß US-Patent Nr. 4,813,948 in
ein Trägergewebe für heißgeblasene Mikrofasern eingebracht
wurden. Das Trägergewebe enthielt - gemäß der Lehre des
US-Patents Nr. 4,933,229 - 8 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven
Stoffes TRITON X-100, und 30 Gewichtsprozent der Mikrogewebe.
Das blattförmige Material hatte ein Basis-Gewicht von 244
g/m², eine Dichte von 0,018 g/cm³, eine Festigkeit von 2% und
eine Dicke von 0,8 cm. Das Blattmaterial wurde zu fünf
sorbierenden Artikeln verarbeitet, die jeweils eine
Querschnittsfläche von 25 cm², eine Länge von 20 cm und ein Gewicht von
ungefähr 25 g aufwiesen. Die für die
Sorptionsverhältnis-Formel
vorgesehenen Konstanten des Materials betrugen C¹ = 10,22,
C² = 0,61 und C³ = 0,11.
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In Beispiel 1 war das Blatt wie in Fig. 2 gezeigt konfiguriert
und wies ein Breite-zu-Dicke-Verhältnis von 24:1 auf. In
Beispiel 2 war das Blatt wie in Fig. 5 gezeigt konfiguriert und
wies ein Breite-zu-Dicke-Verhältnis von 9:1 auf. In Beispiel 3
war das Blatt wie in Fig. 4 gezeigt konfiguriert und wies ein
Breite-zu-Dicke-Verhältnis von 4:1 auf. In Beispiel 4 war das
Blatt wie in Fig. 7 gezeigt konfiguriert und wies ein
Breitezu-Dicke-Verhältnis von 2:1 auf. In Beispiel 5 war das Blatt
wie in Fig. 8 gezeigt konfiguriert und wies ein Breite-zu-
Dicke-Verhältnis von 1:1 auf.
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Die Sorptionsverhältnisse für jede der verschiedenen
Konfigurationen wurden bestimmt, indem zwei parallele Reihen
sorbierender Artikel in einer seichten Mulde plaziert wurden, die an
jedem Ende der Reihen einen Damm aufwies, um einen zentralen
Reservoir-Bereich zu erzeugen, in dem die Testflüssigkeit für
die Dauer des Testes, d.h. bis zur vollständigen Sättigung
sämtlicher Artikel, in einer Tiefe von ungefähr 0,32 cm
gehalten wurde. Die sorbierenden Artikel wurden zu den angegebenen
Zeiten für die Gewichts-Bestimmungen aus der Mulde entfernt
und anschließend zwecks Abschlusses des Testes wieder in der
Mulde plaziert.
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Das Sorptionsverhältnis (SR) wird wie folgt berechnet:
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SR = gesättigtes Gewicht - ursprüngliches Gewicht/Originalgewicht
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Die Sorptionsverhältnisse sind in den Tabellen 1-7 aufgeführt.
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Es wurden Testflüssigkeiten mit verschiedenen Viskositäten
verwendet. Die Viskositäten wurden gemäß dem
ASTM-Testverfahren D2983-87 bei 25ºC mit einem Brookfield-Viskositätsmesser
vom Typ LVT bestimmt. Zu den Testflüssigkeiten gehörten die
folgenden:
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(a) MOBILMET S-122, Schneidflüssigkeit (Viskosität 0,5
cps, erhältlich von Mobil Oil Co.),
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(b) Flugzeug-Hydrauliköl #15 (Viskosität 14,1 cps,
erhältlich von Texaco Refining and Marketing, Inc.),
-
(c) KLEAROL, leichtes Mineralöl, Typ NF, leicht
(Viskosität 17,5 cps, erhältlich von Witco Corp.),
-
(d) TEXATHERM 46, Hydraulikflüssigkeit (Viskosität 72 cps,
erhältlich von Texaco Refining and Marketing, Inc.),
-
(e) DELVAC 1200, Motoröl (Viskosität 200 cps, erhältlich
von Mobil Oil Corp.),
-
(f) MOBILUBE 630, Schmieröl (Viskosität 540 cps,
erhältlich von Mobil Oil Corp.) und
-
(g) Multigear Lubricant EP SAE 85-140 (Viskosität 820 cps,
erhältlich von Texaco Refining and Marketing, Inc.).
TABELLE 1
SCHNEIDFLÜSSIGKEITS - SORPTIONSVERHÄLTNIS
Zeit (min.)
Beispiel
TABELLE 2
HYDRAULIKÖL - SORPTIONSVERHÄLTNIS
Zeit (min.)
Beispiel
TABELLE 3
MINERALÖL - SORPTIONSVERHÄLTNIS
Zeit (min.)
Beispiel
TABELLE 4
HYDRAULIKFLÜSBIGKEITS - SORPTIONBVERHÄLTNIS
Zeit (min.)
Beispiel
TABELLE 5
MOTORÖL - SORPTIONBVERHÄLTNIS
Zeit (min.)
Beispiel
TABELLE 6
SCHMIERÖL - SORPTIONBVERHÄLTNIS
Zeit (min.)
Beispiel
TABELLE 7
MEHRGANGSCHMIERÖL - SORPTIONBVERHÄLTNIS
Zeit (min.)
Beispiel
-
Wie aus den in den Tabellen 1-7 aufgeführten Daten ersichtlich
ist, können sorbierende Artikel, die weniger Schichten
aufweisen, Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität schneller
sorbieren, während sorbierende Artikel, die eine größere Anzahl
von Schichten aufweisen, Flüssigkeiten mit höherer Viskosität
schneller sorbieren können. Somit kann man unter Verwendung
der Sorptionsverhältnis-Formel problemlos die Anzahl von
Schichten wählen, die bei einer Flüssigkeit mit bekannter
Viskosität und Zeit die effizienteste Sorption ergibt.
BEISPIELE 6-7
-
In Beispiel 6 wurde bahnförmiges Material wie in Beispiel 1
vorbereitet, wie in Fig. 4 gezeigt gefaltet und mit
Intervallen von 15 cm nahe den äußeren längsverlaufenden
Faltungslinien leicht zusammengeheftet, um die Faltungen zu
stabilisieren. In Beispiel 7 wurde bahnförmiges Material wie in Beispiel
1 vorbereitet, wie in Fig. 1 gezeigt gefaltet und mit
Intervallen von 15 cm nahe den äußeren längsverlaufenden
Faltungslinien leicht zusammengeheftet, um die Faltungen zu
stabilisieren. Jeder Artikel hatte eine Höhe von 2,3 cm, eine Breite
von 12 cm und ein Gewicht von ungefähr 32 g. Jeder sorbierende
Artikel wurde auf sein Sorptionsverhältnis getestet (a) in
seinem gefalteten Zustand, (b) in seinem teilweise gefalteten
Zustand (Fig. 2), und (c) im zwecks Bildung einer einzigen
Schicht auseinandergefalteten Zustand. Die
Sorptionsverhältnisse wurden bestimmt, indem der Test-Artikel in einer Mulde
plaziert wurde, die ungefähr 1,25 cm (0,5 in.) KLEAROL,
leichtes Mineralöl NF (Viskosität 17,5 cps), enthielt, der Artikel
zu den angegebenen Zeiten aus der Mulde herausgenommen wurde
und der teilweise gesättigte Artikel gewogen wurde. Das
Sorptionsverhältnis (SR) wurde wie in den Beispielen 1-5
berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 aufgeführt.
TABELLE 8
SORPTIONBVERHÄLTNIS
Zeit (min.)
Beispiel
-
Die Daten in Tabelle 8 zeigen, daß für Zeitperioden von bis zu
60 Minuten die gemäß Fig. 1 und Fig. 4 ausgebildeten
Sorptionsmaterialien eine vergleichbare Wirkung aufweisen.
BEISPIEL 8
-
Es wurde ein gemäß dem US-Patent Nr. 4,933,229 ausgebildetes
schmelzgeblasenes Mikrofaser-Gewebe vorbereitet, das 8 %
Gewichtsanteile von TRITON X-100, eines nichtionischen
oberflächenaktiven Stoffes, aufwies. Das Gewebe hatte ein
Basisgewicht von 460 g/m², eine Schütt-Dichte von 0,080 g/cm³ und eine
Festigkeit von 8,6 %. Das Gewebe wurde in eine vierschichtige
Konfiguration gemäß Fig. 4 gefaltet und wie in Beispiel 6
leicht zusammengeheftet, um die gefaltete Konfiguration zu
stabilisieren. Jeder Artikel hatte eine Höhe von 2 cm, eine
Breite von 12 cm und ein Gewicht von ungefähr 40 g. Die bei
diesem Material für die Sorptionsverhältnis-Formel
vorgesehe-= 0,05. Jeder sorbierende Artikel wurde auf sein
Sorptionsverhältnis getestet (a) in seinem gefalteten Zustand, (b) in
seinem teilweise gefalteten Zustand (Fig. 2), und (c) im
zwecks Bildung einer einzigen Schicht auseinandergefalteten
Zustand. Die Sorptionsverhältnisse wurden in der gleichen
Weise wie in den Beispielen 6 und 7 bestimmt, außer daß die
getesteten Flüssigkeiten Mineralöl (Viskosität 17,5 cps),
TEXATHERM 46-Hydraulikfluid (Viskosität 72 cps) und 30
W-Motoröl (Viskosität 200 cps) waren. Die Ergebnisse sind in den
Tabellen 9-11 aufgeführt.
TABELLE 9
MINERALÖL- SORPTIONBVERHÄLTNIS
Zeit (Stunden)
Beispiel
TABELLE 10
HYDRAULIKFLÜSSIGKEITS - SORPTIONSVERHÄLTNIS
Zeit (Stunden)
Beispiel
TABELLE 11
MOTORÖL - SORPTIONSVERHÄLTNIS
Zeit (Stunden)
Beisp.
-
Wie in den Tabellen 9, 10 und 11 aufgeführten Daten zeigen,
sorbiert das gefaltete Produkt gemäß der Erfindung eine
relativ hochviskose Flüssigkeit mit größerer Effizienz, während
das nicht gefaltete Produkt eine relativ gering viskose
Flüssigkeit mit größerer Effizienz sorbiert. Dies kann bei einer
Sorptionszeit von ungefähr einem Tag deutlich festgestellt
werden.
BEISPIEL 9
-
Es wurde eine latex-verbondete, Holzbrei aufweisende
Gewebestruktur (SORBEX S-72, erhältlich von Matarah Industries,
Milwaukee, WI.), die ein Basisgewicht von 172 g/m², eine
Schütt-Dichte von 0,071 g/cm³ und eine Festigkeit 6 % aufwies,
in eine vierschichtige Konfiguration gemäß Fig. 4 gefaltet und
wie in Beispiel 6 leicht zusammengeheftet, um die gefaltete
Konfiguration zu stabilisieren. Jeder Artikel hatte eine Höhe
von 2 cm, eine Breite von 12 cm und ein Gewicht von ungefähr
40 g. Jeder sorbierende Artikel wurde auf seine
Öl-Sorptionsfähigkeit getestet (a) in seinem gefalteten Zustand, (b) in
seinem teilweise gefalteten Zustand (Fig. 2), und (c) im
zwecks Bildung einer einzigen Schicht auseinandergefalteten
Zustand. Die bei diesem Material für die Sorptionsverhältnis-
Formel vorgesehenen Konstanten des Materials betrugen C =
6,74, C² = 0 und C³ = 0,11. Die Öl-Sorptionsfähigkeit wurde in
der gleichen Weise wie in den Beispielen 6 und 7 bestimmt,
außer daß die getesteten Flüssigkeiten leichtes Mineralöl
KLEAROL (Viskosität 17,5 cps), Hydraulikflüssigkeit TEXATHERM
46 (Viskosität 72 cps) und Motoröl DELVAC 1200 (Viskosität 200
cps) waren. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 12-14
aufgeführt.
TABELLE 12
MINERALÖL - SORPTIONSVERHÄLTNIS
Zeit (Stunden)
Beispiel
TABELLE 13
HYDRAULIKFLÜSSIGKEITS - SORPTIONSVERHÄLTNIS
Zeit (Stunden)
Beispiel
TABELLE 14
MOTORÖL - SORPTIONBVERHÄLTNIS
Zeit (Stunden)
Beisp.
-
Wie die in den Tabellen 12, 13 und 14 aufgeführten Daten
zeigen, sorbiert das gefaltete Produkt gemäß der Erfindung eine
relativ hochviskose Flüssigkeit mit größerer Effizienz,
während das nicht gefaltete eine relativ gering viskose
Flüssigkeit mit größerer Effizienz sorbiert. Dies ist bei einer
Sorptionszeit von ungefähr einem Tag deutlich erkennbar.