Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum unidirektionalen Flüssigkeitstransport im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche, ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sowie die Verwendung einer solchen Vor- richtung.

Die Entwicklung von Vorrichtungen zum unidirektionalen Flüssigkeitstransport für die Verwendung in unterschiedlichen Anwendungsgebieten, z.B. als Dieselkraftstofffilter, Wundaufläge, Inkontinenzprodukt oder zur Trennung von beispielsweise Emulsionen, ist Gegenstand erheblichen wirtschaftlichen Interesses. Besonders vorteilhaft wäre diesbezüglich ein Produkt, welches im Allgemeinen einen gerichteten, passiven Flüssigkeitstransport, insbesondere einen Transport im Wesentlichen senkrecht zu einer Materialoberfläche, erlaubt, so dass eine Flüssigkeit gerichtet hin- oder wegtransportiert und/oder auf einer Zielseite gehalten werden kann. Beispielsweise kann durch eine Wundauflage mit gerichtetem Abtransport der Wundflüssigkeit ein krankhaftes Aufweichen des wunden Gewebes vermieden werden.

Ein passiver gerichteter Flüssigkeitstransport wurde bereits in der Tierwelt bei feuch- tigkeitserntenden Echsen beobachtet. Mit ihrer Schuppenstruktur können sie selbst kleinste Wassermengen aus der Umgebung sammeln und ihre Haut damit benetzen. Ein Netzwerk feiner Kapillaren in ihrer Oberfläche transportiert dann das Wasser zum Maul der Echsen (Beilstein Journal of Nanotechnology, 20 1 , Ausgabe 2, S. 204 bis 214; Zoomorphology, 2007, Ausgabe 126, S. 89 bis 102; Journal of Herpetology, 1993, Ausgabe 27, Nr. 3, S. 265 bis 270). In diesem Prozess wird die besondere Eigenschaft einer Kapillare ausgenutzt. Durch ihren feinen, langgestreckten Hohlraum können Oberflächeneffekte einer darin enthaltenen Flüssigkeit gegenüber Viskositäts- und Trägheitseffekten überwiegen. Der dabei resultierende Transport einer Flüssigkeit wird durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit selbst und der Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeit und der festen Oberfläche hervorgerufen. Im Fall einer vertikalen Orientierung steigt die Flüssigkeit in einer Kapillare dabei so lange, bis die Kapillarkraft gleich der entgegenwirkenden Schwerkraft der Flüssigkeit ist. Diese besondere Eigenschaft von Kapillaren zum gerichteten Flüssigkeitstransport wurde bereits im Stand der Technik, bspw. in der Patentanmeldung DE 10 2012 021 603 A1 ausgenutzt. Darin wird die Verwendung mindestens zweier Kapillaren beschrieben, die über mindestens einen Durchtrittskanal miteinander verbunden sind, so dass ein zumindest abschnittsweise passiver gerichteter kapillarer Transport einer Flüssigkeit entlang einer Oberfläche oder entlang einer Faser durch die mindestens zwei Kapillaren erfolgt. Allerdings erfordert eine derartige Vorrichtung, die einen Flüssigkeitstransport entlang einer Oberfläche (d.h. im Wesentlichen parallel dazu) ermöglicht, eine kosten- und zeitintensive Herstellung bzw. Bearbeitung der erforderlichen komplexen Oberflächenstruktur. Darüber hinaus verlangen die eingangs beschriebe- nen Anwendungsgebiete den Hin- bzw. Wegtransport einer Flüssigkeit im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche, welche gemäß des erwähnten Stands der Technik nicht realisierbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum unidirektionalen Flüssigkeitstransport bereitzustellen, die einen gerichteten Transport einer Flüssigkeit im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelöst.

Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird insbesondere eine Vorrichtung zum unidirektionalen Flüssigkeitstransport bereitgestellt, welche mindestens eine Lage eines Basismaterials (1 ) aufweist, wobei sich mindestens abschnittsweise verengende Kapillaren (2) von einer ersten Hauptoberfläche (3) der jeweiligen Lage zu einer zweiten Hauptoberfläche (4) der jeweiligen Lage erstrecken, und wobei die Kapillaren (2) derart ausgebildet sind, dass ein passiver gerichteter kapillarer Trans- port einer Flüssigkeit durch die sich mindestens abschnittsweise verengenden Kapillaren im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberfiächen (3, 4) der jeweiligen Lage(n) erfolgt. Unter dem hierin verwendeten Begriff„unidirektionaler Flüssigkeitstransport" wird verstanden, dass in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kein bzw. ein stark reduzierter Transport entgegen der Vorzugsrichtung der Flüssigkeit auftritt. Dies bedeutet, dass die Flüssigkeit im Wesentlichen von der ersten Hauptoberfläche in Richtung der zweiten Hauptoberfläche einer jeweiligen Lage transportiert wird. Dabei wird unter dem Begriff „im Wesentlichen" verstanden, dass mindestens 51 %, bevorzugt mindestens 60% oder 70%, besonders bevorzugt mindestens 80% oder 90% und am meisten bevorzugt mindestens 95% der transportierten Flüssigkeit pro Zeiteinheit in Vorzugsrichtung transportiert wird. Unter dem Begriff„erste Hauptoberfläche der jeweiligen Lage" wird erfindungsgemäß die Begrenzungsfläche einer Lage verstanden, in welche die zu transportierende Flüssigkeit eintritt. Dabei kann das Eindringen der Flüssigkeit in die Kapillare beispielsweise durch die Geometrie der Kapillaröffnung, eine Beschichtung oder mithilfe einer Flüssigkeit aus einer räumlich nahegelegenen Verschaltung bzw. Querverbindung er- folgen. Der Begriff „zweite Hauptoberfläche der jeweiligen Lage" bezeichnet die der ersten Hauptoberfläche entgegengesetzte Begrenzungsfläche derselben Lage, in deren Richtung der Flüssigkeitstransport durch die Kapillaren erfolgt und durch die die Flüssigkeit gegebenenfalls austritt. Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind die Hauptoberflächen dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hauptoberfläche Kapil- laröffnungen mit größerem Querschnitt aufweist und die zweite Hauptoberfläche Kapillaröffnungen mit geringerem Querschnitt aufweist.

Unter dem Begriff„Kapillaren" werden erfindungsgemäß feine, üblicherweise langgestreckte Hohlräume verstanden, welche sich von der ersten Hauptoberfläche zur zwei- ten Hauptoberfläche der jeweiligen Lage erstrecken.

Der Begriff „verengend" bedeutet gemäß der vorliegenden Erfindung, dass sich die Querschnittsfläche der jeweiligen Kapillaren im Längsverlauf, d.h. von der ersten Hauptoberfläche in Richtung der zweiten Hauptoberfläche der jeweiligen Lage, verringert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist diese Verengung der Kapillaren mindestens abschnittsweise von der ersten Hauptoberfläche in Richtung der zweiten Haupt- Oberfläche der jeweiligen Lage ausgebildet. Dabei wird unter dem Begriff„mindestens abschnittsweise" verstanden, dass sich die Querschnittsfläche in Richtung der zweiten Hauptoberfläche nicht kontinuierlich bzw. stetig verringern muss, sondern eine Verengung des Hohlraums auf mindestens 51 %, bevorzugt mindestens 60% oder mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80% oder mindestens 90%, bezogen auf die kapillare Transportstrecke, vorliegen muss. Durch die sich mindestens abschnittsweise Verengung der Kapillare wird eine Vorzugsrichtung des Flüssigkeitstransports in Richtung der sich verengenden Kapillare bedingt. Eine über die gesamte kapillare Transportstrecke vorhandene Verengung liegt beispielsweise bei einer trichterförmigen Kapillare vor, die unterschiedlich große Kapillaröffnungen an den Hauptoberflä- chen aufweist (siehe Figur 7, ( 5)). Beispielsweise kann jedoch auch ein Flüssigkeitstransport mit Vorzugsrichtung ermöglicht werden, wenn eine Verengung der Kapillare nicht kontinuierlich aber zumindest abschnittsweise innerhalb der jeweiligen Lage vorliegt (siehe Figur 7, ( 6) bis (18)). Dabei kann eine partielle Aufweitung des Hohlraums der Kapillare auf beispielsweise höchstens 49%, höchstens 40%, höchstens 30% oder höchstens 20%, bezogen auf die kapillare Transportstrecke, vorliegen. Die Aufweitung kann dabei auch die Grenze zum Raum, ausgehend von der Kapillaröffnung, umfassen.

Durch das partielle Aufweiten wird der Flüssigkeitstransport verlangsamt. Bei einer starken Aufweitung kommt der Fiüssigkeitstransport zum Erliegen. Ein langsamer Flüssigkeitstransport bzw. das vollständige Stoppen eines Flüssigkeitstransports kann beispielsweise mit einer Flüssigkeit aus einer räumlich nahgelegenen Verschal- tung/Querverbindung überwunden werden. Alternativ kann der langsame Transport bzw. der gestoppte Transport gezielt genutzt werden, indem durch eine gezielte Ein- Stellung von Verengung und Aufweitung des Hohlraums, unter Ausnutzen der Abhängigkeit des Verhältnisses vom Kontaktwinkel der Flüssigkeit zum Winkel der Kapillar- innenwand, lokal die Transportrichtung umgekehrt wird. Dadurch kann lokal ein Flüssigkeitstransport entgegen der sich mindestens abschnittsweise verengenden Kapillare (d.h. von der zweiten Hauptoberfläche in Richtung der ersten Hauptoberfläche) und so eine besonders effiziente Steuerung des Flüssigkeitstransports erfolgen, um bspw. die Flüssigkeit innerhalb einer Lage oder zwischen mehreren Lagen zu halten.

Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung transportierte Flüssigkeit unterliegt hierbei keiner besonderen Einschränkung. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Flüssigkeit aus der Gruppe, bestehend aus Wasser, wässrigen Emulsionen, wässrigen Flüs- sigkeiten, wässrigen Lösungen, insbesondere Körperflüssigkeiten, flüssigen langketti- gen Kohlenwasserstoffen, organischen Lösungsmitteln und Gemischen davon, ausgewählt. Dabei ist der Begriff „Körperflüssigkeiten" gemäß der vorliegenden Erfindung nicht besonders eingeschränkt und schließt beispielsweise Flüssigkeiten wie Blut, Wundwasser, Liquor, Sekrete, Speichel und Urin ein. Weiterhin umfasst der Begriff „flüssige langkettige Kohlenwasserstoffe" beispielsweise lipophile Stoffe, wie Öle, Schmierstoffe, Pflanzen Wirkstoffe, ätherische Öle und Aromastoffe.

Das Basismaterial in der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Dabei kann das Basismaterial eine einzelne Komponente enthal- ten oder aus einem Gemisch verschiedener Komponenten bestehen. Beispiele für gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbare Komponenten für das Basismaterial sind Polymere, Metalle, Keramiken, Gläser, etc. Dabei ist der Begriff„Polymer" gemäß der vorliegenden Erfindung nicht besonders eingeschränkt und schließt beispielsweise Biopolymere und synthetische Polymere (Kunststoffe) ein. Beispiele für Biopolymere sind Cellulose, Stärke und Polylactid. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Basismaterial einen Kunststoff oder ein Kunststoffgemisch. Beispiele für derartige Kunststoffe sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyolefine, wie beispielsweise Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), Polyurethan (PU), Polystyrol (PS), Polyamid (PA), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylchlorid (PVC) und Modifizierungen derartiger Kunststoffe wie beispielsweise ein mit einem Kompositmaterial ergänzter Kunststoff, sowie Copolymere oder Gemische davon. Die Form, in welcher das Basismaterial vorliegt, unterliegt dabei ebenfalls keiner besonderen Einschränkung, solange dies einen wie vorstehend erwähnten Flüssigkeitstransport ermöglicht. Beispielsweise kann das Basismaterial als Folie bzw. Platte, als Faser bzw. Draht oder in Form von Partikeln vorliegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorstehend definierten Vorrichtung besteht das Basismaterial aus im Wesentlichen parallel ausgerichteten asymmetrischen Fasern, einer Folie und/oder Partikeln. Der hierin verwendete Begriff„Folie" ist dabei nicht eingeschränkt zu verstehen und umfasst Folien verschiedenster Dicken, einschließlich Platten und Blöcke. Unter dem Ausdruck„im Wesentlichen parallel" wird verstanden, dass mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70% oder mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90% der asymmetrischen Fasern zueinander parallel ausgerichtet sind. Der Begriff „parallel" umfasst dabei beispielsweise nicht nur eine vollständig parallele Ausrichtung der in Längsrichtung vorliegenden Kanten der asymmetrischen Fasern zuei- nander, sondern auch eine Abweichung von beispielsweise höchstens 25° oder höchstens 20°, bevorzugt höchstens 15° oder höchstens 10°, besonders bevorzugt höchstens 5°, von dieser vollständig parallelen Ausrichtung.

Darüber hinaus ist der Begriff„asymmetrische Faser" gemäß der vorliegenden Erfin- dung nicht besonders eingeschränkt und umfasst alle Faserformen mit derartigen Querschnitten, die durch ihre Form und/oder ihrer Anordnung zueinander die Ausbildung von Kapillaren in einer Lage gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen. Somit beinhaltet der Ausdruck "asymmetrisch" wie hierin verwendet nicht nur Querschnittsformen, die vollständig asymmetrisch sind, sondern auch solche, die eine ge- wisse Symmetrie aufweisen. Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt der Begriff „asymmetrische Faser" auch die Verwendung von Drähten mit asymmetrischem Querschnitt ein, wobei die Drähte verschiedenste Dimensionen bezüglich ihrer Länge und ihres Querschnitts aufweisen können, solange durch eine entsprechende Anordnung die erfindungsgemäße Kapillarstruktur erhalten werden kann.

Eine weitere Ausführungsform betrifft eine wie vorstehend definierte Vorrichtung, wobei die Querschnittsform der asymmetrischen Faser aus einer Gruppe, bestehend aus dreieckig bis trilobat, viereckig bis trapezförmig, fünfeckig bzw. anderweitig vieleckig, sternförmig, Freiform und halbrund, oder einer beliebigen Kombination von mindestens zwei dieser Formen, ausgewählt ist. Dabei kann eine strukturierte Anordnung derartiger asymmetrischer Fasern aufgrund der geometrischen Ausgestaltung unmittelbar zu einer Ausbildung von Kapillaren in der Lage führen (vgl. beispielsweise Figuren 2 bis 4). Die Form der Kapillaren kann dabei durch den Querschnitt der verwendeten Fasern in vorteilhafter Weise eingestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Form der Partikel aus einer Gruppe, bestehend aus pyramidenstumpfförmig, kugelseg- mentförmig, dreieckig-pyramidal, viereckig-pyramidal, tropfenförmig oder vollständig asymmetrisch ausgewählt. Dabei kann eine strukturierte Anordnung derartiger Partikel aufgrund der geometrischen Ausgestaltung unmittelbar zu einer Ausbildung von Kapillaren in der Lage führen. Die Form der Kapillaren kann dabei durch die Wahl und Anordnung der Partikel in vorteilhafter Weise eingestellt werden.

Das Basismaterial kann je nach Anwendungszweck der entsprechenden Vorrichtung ausgewählt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht eine Lage ausschließlich aus einem Basismaterial, beispielsweise in Form einer Platte, einer Folie oder aus angeordneten Partikeln oder Fasern (Textil) oder Draht. Gemäß einer weiteren spezifischen Ausführungsform kann die Lage zusätzlich zu dem Basismaterial weitere Komponenten umfassen, welche die Eigenschaften wie Benetzungsverhalten, Dimensionsstabilität, Haltbarkeit, usw. der Lage beeinflussen können. Der Übergang von einer Verengung zu einer Aufweitung im Verlauf der Kapiiiare kann beispielsweise unstetig erfolgen (siehe Figur 7, (16)) oder stetig sein (siehe Figur 7, (17) und (18)). Der Längsquerschnitt der Kapillare ist nicht zwingend rotationssymmetrisch. Die Abmessungen, d.h. die Kapillarlänge und die Anzahl der Kapillaren pro Flächeneinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterliegen keiner besonderen Ein- schränkung, wobei beide Parameter beispielsweise die Transportgeschwindigkeit sowie Transportmenge beeinflussen. Die minimale und maximale Querschnittsfläche ist insofern limitiert, als dass ein kapillarer Flüssigkeitstransport ermöglicht werden muss. Erfindungsgemäß wird unter dem Ausdruck„passiver gerichteter kapillarer Transport einer Flüssigkeit durch die sich mindestens abschnittsweise verengenden Kapillaren im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen der jeweiligen Lage(n)" verstan- den, dass ein Transport einer Flüssigkeit ohne Einsatz äußerer Energiequellen (bspw. Druck, Temperatur) im Wesentlichen senkrecht zu den zuvor beschriebenen Hauptoberflächen der jeweiligen Lage(n) durch die Kapillaren erzeugt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die vorstehend definierte Vorrichtung mindestens zwei Lagen auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft die vorstehend definierte Vorrichtung mit mindestens drei Lagen, mindestens vier Lagen oder mindestens fünf Lagen, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Lagen sind dabei vorzugsweise derart angeordnet, dass die innerhalb einer jeweiligen Lage mindestens abschnittsweise vorliegende Ver- engung der Kapillaren (ausgehend von der ersten Hauptoberfläche in Richtung zweiter Hauptoberfläche) in sämtlichen Lagen in dieselbe Richtung orientiert ist. Gemäß der vorstehend erwähnten Ausführungsform werden die Lagen derart gestapelt, dass die zweite Hauptoberfläche einer oberen Lage und die erste Hauptoberfläche der benachbarten unteren Lage zueinander ausgerichtet bzw. miteinander in Kontakt gebracht sind. Der Lagenstapel der vorliegenden Erfindung kann hierbei unter Verwendung verschiedener im Stand der Technik bekannter Maßnahmen erzeugt werden, beispielsweise durch Verkleben, Verschmelzen, Vernähen, Verschweißen oder Verpressen einzelner Lagen. Dabei erfolgt die Verbindung der Lagen derart, dass ein Flüssigkeitstransport durch den Lagenstapel unter Beibehaltung jeweiliger Kapillarwege durch die einzelnen Lagen nach wie vor ermöglicht wird. Dabei schließt der Begriff „Kapiliar- wege" auch das Volumen zwischen zwei Lagen mit ein, in dem sich die Flüssigkeit sammeln kann. Dabei stellt der Übergang des Kapillarhohlraums zu dem zwischen zwei Lagen befindlichen Volumen auch eine Aufweitung im Sinne der Erfindung dar. Dabei sind die Begriffe„oben" und„unten" erfindungsgemäß räumlich nicht einschränkend, sondern lediglich im Sinne einer relativen Anordnung zweier benachbarter Lagen zueinander zu verstehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch eine Stapelung mehrerer Lagen eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche einen gegenüber einer Einzellage effizienteren Flüssigkeitstransport mit weiter verringertem Rückfluss ermöglicht. Aus einer wie vorstehend definierten Anordnung mehrerer Lagen zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich (jedoch) zwischen zwei jeweils benachbarten Lagen, also am Übergang einer zweiten Hauptoberfläche einer oberen Lage zu einer ersten Hauptoberfläche einer unteren Lage, durch abrupte Aufweitung der Kapillarquerschnittsflächen an diesem Übergang eine Unstetigkeitsstelle (vgl. Figur 3, (8)). Darüber hinaus liegt gemäß der vorliegenden Erfindung auch im Übergangsbereich der zweiten Hauptoberfläche zum Raum, also auch bspw. bei Verwendung einer Einzellage, eine solche Unstetigkeitsstelle vor.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Vorrichtung wie vorstehend definiert, wobei zwei benachbarte Lagen zueinander versetzt angeordnet sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die benachbarten Lagen zueinander derart verschoben, dass die Kapillaren in ihrer Anordnung zueinander in benachbarten Lagen einen seitlichen Versatz aufweisen (vgl. beispielsweise Figur 4, linke Abbildung). Gemäß einerweiteren Ausführungsform bilden benachbarte Lagen zueinander einen Rotationsversatz (vgl. beispielsweise Figur 4, rechte Abbildung). Dieser Rotationsversatz ist hinsichtlich seines Ausmaßes nicht besonders eingeschränkt und kann beispielsweise im Bereich von unter 1 ° bis nahezu 360° liegen. Liegt die erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Lagenstapels vor, so kann jede einzelne Lage bezogen auf die vorhergehende Lage einen unterschiedlichen seitlichen Versatz und/oder einen unterschiedlichen Rotationsversatz aufweisen.

Gemäß einerweiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ein funktionelles Material auf. Die Anordnung des funktionellen Materials in der Vorrichtung ist dabei in keiner besonderen Weise eingeschränkt und kann etwa ab- schnittsweise vorliegen. Beispielsweise kann das funktionelle Material an der ersten Hauptoberfläche, an der zweiten Hauptoberfläche oder an der Öffnung der Kapillaren in den jeweiligen Hauptoberflächen, im Kapillarinneren oder an einer beliebigen Kombination der vorher genannten Stellen angeordnet sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine wie vorste- hend definierte Vorrichtung, welche mindestens zwei Lagen aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind, weiter aufweisend ein funktionelles Material, welches am Übergang einer zweiten Hauptoberfläche einer oberen Lage zur ersten Hauptoberfläche einer unteren Lage angeordnet ist. Dabei kann das besagte funktionelle Material beispielsweise an der zweiten Hauptoberfläche der oberen Lage, an der ersten Haupt- Oberfläche der unteren Lage, an der Öffnung der Kapillaren dieser Hauptoberflächen oder an einer beliebigen Kombination der vorher genannten Stellen angeordnet sein.

Durch Verwendung eines funktionellen Materials kann beispielsweise die zu transportierende Flüssigkeit die Unstetigkeitsstelle effizienter überwinden oder die Flüssigkeit kann mittels des funktionellen Materials gesammelt werden.

Das funktionelle Material kann beispielsweise durch Modifizieren des Basismaterials oder durch das Hinzufügen eines weiteren Materials zum Basismaterial bereitgestellt werden. Dabei kann das Basismaterial beispielsweise chemisch, mechanisch oder thermisch durch Beschichtung, Strukturierung oder Plasmabehandlung modifiziert oder durch das zusätzlich eingebrachte oder aufgebrachte Material um Funktionen ergänzt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das funktionelle Material beispielsweise Lacke, Nanobeschichtungen, Plasmabeschichtungen, Kleber, Nano- partikel, Superabsorber, Mikro- und/oder Nanostrukturierungen. Beispielsweise kann durch das funktionelle Material eine definierte Benetzbarkeit des Basismaterials oder eine definierte Rauheit des Basismaterials bereitgestellt oder das Basismaterial in seiner magnetischen Eigenschaft modifiziert werden. Der Einsatz von beispielsweise einem benetzbaren Material in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dahingehend vorteilhaft, dass die Flüssigkeit durch Benetzung des benetzbaren Materials die vorste- hend erwähnten Unstetigkeitsstelle(n) überwinden kann. Hierdurch wird ermöglicht, die Fähigkeiten der jeweiligen Lagen zum passiven kapillaren Flüssigkeitstransport zu kombinieren und somit einen besonders effektiven Flüssigkeitstransport bereitzustellen. Dabei kann bspw. das funktionelle Material den Eintritt der Flüssigkeit in die Kapillaröffnung einer ersten Hauptoberfläche und/oder den Austritt der Flüssigkeit aus der Kapillaröffnung einer zweiten Hauptoberfläche gewährleisten. Weiterhin kann durch die Modifizierung der magnetischen Eigenschaft des Basismaterials mittels des funktionellen Materials die Anordnung des Basismaterials in Lagen im Herstellungs- prozess auf vorteilhafte Weise erleichtert werden.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als vor- stehend erwähnte asymmetrische Faser beispielsweise eine Bikomponentenfaser verwendet werden, welche das zuvor beschriebene funktionelle Material aufweisen kann. Erfindungsgemäß wird unter dem nicht besonders eingeschränkten Begriff„Bikomponentenfaser" eine Faser verstanden, welche zwei Komponenten, d.h. eine erste Komponente und eine zweite Komponente, aufweist. Dabei unterliegt die Einteilung der Faser in die zwei Komponenten ebenfalls keiner Einschränkung. Allerdings ist die Bikomponentenfaser gemäß einer bevorzugten Ausführungsform derart aufgeteilt, dass eine erste Komponente die erste Hauptoberfläche der jeweiligen Lage und eine zweite Komponente die zweite Hauptoberfläche der jeweiligen Lage bildet. Die jeweiligen Komponenten können mit Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften der somit er- haltenen Lage(n) ausgewählt werden. Die Auswahl der jeweiligen Komponenten ist dabei nicht eingeschränkt und kann solche Komponenten enthalten, die den Transport der gewünschten Flüssigkeit durch die Lage(n) verbessern, die physikalische Integrität der Lagen und/oder die Haftung der Lagen untereinander erhöhen oder die Herstellung der Vorrichtung an sich vereinfachen bzw. ermöglichen. Gemäß eines weiteren Bei- spiels der vorliegenden Erfindung können die Komponenten derart ausgewählt sein, dass der Transport hinsichtlich der gewünschten Flüssigkeit verbessert, der Transport hinsichtlich einer oder mehrerer unerwünschter Flüssigkeiten jedoch verringert wird.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Bikomponentenfaser elektrostatisches Ma- terial und/oder paramagnetisches Material wie Nanoferrit in einem unteren Abschnitt der Faser enthalten, wodurch unter Verwendung eines elektrischen Feldes oder eines Magnetfeldes die Fasern zu einer Lage angeordnet werden können (vgl. beispielsweise Figur 5).

Gemäß einer besonderen Ausführungsform können die erste und zweite Komponente der Bikomponentenfaser Thermoplasten mit unterschiedlichen Schmelzpunkten oder ein thermoplastisches und ein nichtthermoplastisches Material umfassen, um eine kontrollierte punktuelle Ver- bzw. Aufschmelzung zu ermöglichen.

Gemäß einer spezifischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen vorstehend defi- nierten Vorrichtung kann die erste Komponente, die zweite Komponente oder können beide Komponenten das funktionelle Material aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst nur eine der Komponenten ein funktionelles Material.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Basis- material auch in Form einer Bikomponentenfolie vorliegen, wobei die Aufteilung der jeweiligen Folie in die zwei Komponenten und die Eigenschaft besagter Komponenten denen der vorstehend definierten Bikomponentenfaser entspricht.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine wie vorstehend definierte Vorrichtung mit einem Basismaterial, welches Partikel aufweist, wobei ein Partikel zwei Komponenten umfassen kann (Bikomponentenpartikel). Bei der Verwendung solcher Bikomponentenpartikel entspricht die Aufteilung der jeweiligen Partikel in die zwei Komponenten und die Eigenschaft besagter Komponenten denen der vorstehend definierten Bikomponentenfaser.

Gemäß der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung können Lagen eines gleichen oder voneinander verschiedenen Materials und Aufbaus miteinander kombiniert werden. Die jeweiligen Lagen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beispielsweise nur aus asymmetrischen Fasern bzw. Draht, nur aus Partikeln, nur aus Folien bzw. Platten, oder einer beliebigen Kombination hieraus aufgebaut sein, wobei die jeweiligen Lagen unabhängig voneinander ein wie vorstehend erwähntes funktionelles Material aufweisen können. Einer bevorzugten Ausführungsform der vorstehend definierten Vorrichtung entsprechend, ist eine oder sind beide der Hauptoberflächen jeweils einer oder mehrerer Lage(n) mindestens abschnittsweise mit dem funktionellen Material beschichtet.

Einer weiteren Ausführungsform entsprechend, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Schicht auf, die an der ersten Hauptoberfläche der ersten (d.h. obersten) Lage oder an der zweiten Hauptoberfläche der abschließenden (d.h. untersten) Lage angeordnet ist. Beispiele für derartige Schichten sind Schichten, die einen Transport parallel zur Oberfläche ermöglichen, Distanzschichten, die gegebenenfalls notwendige Abstände aufrechterhalten, oder Schichten, die ein Absorptionsmaterial umfassen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen in einem System gegeneinander angeordnet sein. Dabei können sie beispiels- weise derart angeordnet sein, dass eine Flüssigkeit in den zwischen den beiden Vorrichtungen befindlichen Raum hineintransportiert und gesammelt wird. Die gesammelte Flüssigkeit kann dann dort gehalten, weiter transportiert oder anderweitig prozessiert werden. Weiterhin können die Vorrichtungen derart angeordnet sein, dass eine zwischen den Vorrichtungen befindliche Flüssigkeit durch die diesen Raum be- grenzenden Vorrichtungen nach außen transportiert wird.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend die Schritte:

(i) Bereitstellen von asymmetrischen Fasern,

(ii) Anordnen und/oder Verbinden der asymmetrischen Fasern zu einer Lage, wobei sich mindestens abschnittsweise verengende Kapillaren erzeugt werden, und

(iii) gegebenenfalls Anordnen mehrerer der in Schritt (ii) erhaltenen Lagen zu einem Lagenstapel; oder

(a) Bereitstellen einer Folie,

(b) Einbringen von Löchern in die Folie, wobei eine Lage mit sich mindestens abschnittsweise verengenden Kapillaren erzeugt wird, und (c) gegebenenfalls Anordnen mehrerer der in Schritt (b) erhaltenen Lagen zu einem Lagenstapel; oder

(1 ) Bereitstellen von Partikeln,

(2) Anordnen der Partikel zu einer Lage, wobei sich mindestens abschnittsweise verengende Kapillaren erzeugt werden, und

(3) gegebenenfalls Anordnung mehrerer der in Schritt (2) erhaltenen Lagen zu einem Lagenstapel

Das Her- bzw. Bereitstellen der asymmetrischen Fasern in Schritt (i) des erfindungs- gemäßen Verfahrens unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die asymmetrischen Fasern durch Schmelzspinnen, Lösungsmittelspinnen, Elektrospinnen, Nassspinnen, Walzen, Pressen oder mittels eines 3D-Druck-Verfahrens hergestellt. Durch die genannten Verfahren können dabei asymmetrische Fasern mit verschiedensten Quer- schnittsformen wie beispielsweise Fasern mit dreieckigem bis trilobalem, viereckigem bis trapezförmigem, fünfeckigem bis vieleckigem, sternförmigem und halbrundem Querschnitt, mit Freiform oder einer Kombination daraus bereitgestellt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Her- bzw. Bereitstellen der asymmetrischen Fasern bspw. durch Schmelzspinnen bzw. Lösungsmittelspinnen, nicht nur hinsichtlich der Fa- serform nahezu beliebig konfigurierbar, sondern auch mit Hinblick auf die Faserzusammensetzung in keiner besonderen Weise eingeschränkt. Beispielsweise kann das Bereitstellen der asymmetrischen Fasern die Herstellung von asymmetrischen Bikom- ponentenfasern durch Schmelzspihnen bzw. Lösungsmittelspinnen umfassen. Dabei kann sowohl die asymmetrische Faser ais auch die asymmetrische Bikomponentenfa- ser ein funktionelles Material aufweisen. Das funktionelle Material kann dabei wie vorgehend beschrieben eingebracht bzw. aufgebracht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt (i) des Bereitstellens von asymmetrischen Fasern das im Wesentlichen parallele Anordnen derjeweiligen Fasern zueinander. Wie bereits erwähnt, kann das funktionelle Material hierzu beispielsweise ein elektrostatisches Ma- terial oder paramagnetisches Material umfassen, wodurch mittels eines elektrischen bzw. magnetischen Feldes eine einheitliche Orientierung bzw. eine im Wesentlichen parallele Anordnung der jeweiligen asymmetrischen Fasern zueinander begünstigt bzw. unterstützt wird. Dabei können die Fasern zum Ausrichten beispielsweise über eine Schiene gezogen werden.

Das Anordnen/Verbinden der asymmetrischen Fasern zu einer Lage gemäß Schritt (ii) des erfindungsgemäßen Verfahrens unterliegt ebenfalls keiner besonderen Einschränkung. Gemäß einer spezifischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die asymmetrischen Fasern miteinander zu einem Gelege, Gewebe, Gestrick, Gewirk, Vlies, Spinnvlies, Geflecht, Tapegelege oder Drehergewebe verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die asymmetrischen Fasern thermisch, beispielsweise mittels Laserverschweißen, oder durch Kleben miteinander verbunden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte (i) und (ii) simultan, beispielsweise mittels eines 3D-Druckverfahrens, durchgeführt, worin die Fasern wie ge- wünscht hergestellt und gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet werden.

Das Anordnen mehrerer der in Schritt (ii) des vorstehend definierten Verfahrens erhaltenen Lagen im optionalen Schritt (iii) unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die jeweiligen Lagen vorzugsweise mitei- nander verbunden, beispielsweise durch eine chemische Verbindung (beispielsweise Kleben), eine mechanische Verbindungen (beispielsweise Nähen oder Verpressen) oder eine thermische Verbindung (beispielsweise Verschweißen oder Verschmelzen).

Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens un- terliegt auch das Her- bzw. Bereitstellen einer Folie in Schritt (a) keiner besonderen Einschränkung. Beispielsweise wird die Folie durch Kalandrieren, Gießen, Spritzguss oder 3D-Druck her- bzw. bereitgestellt.

Das Einbringen von Löchern in die Folie in Schritt (b) des vorstehend definierten erfin- dungsgemäßen Verfahrens unterliegt keiner besonderen Einschränkung und kann mittels jedem, dem Fachmann bekannten Verfahren realisiert werden. Beispielsweise können die Löcher mittels Prägewalzen, Stanzen, eines Lasers, unter Einsatz entsprechend profilierter Nadeln oder mittels Ätzverfahren in die Folie eingebracht werden.

Alternativ können Schritte (a) und (b) auch simultan mittels Urformverfahren, beispiels- weise durch Spritzguss, durchgeführt werden. Gemäß einer besonderen Ausführungsform können die Schritte (a) und (b) simultan mittels eines 3D-Druck-Verfahrens durchgeführt werden.

Das Anordnen der in Schritt (b) erhaltenen Folien im optionalen Schritt (c) des erfin- dungsgemäßen Verfahrens unterliegt ebenfalls keiner besonderen Einschränkung. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die jeweiligen Lagen vorzugsweise miteinander verbunden, beispielsweise durch Verkleben, Verschmelzen, Vernähen oder Verpressen, etc. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterliegt auch das Bereitstellen von Partikeln in Schritt (1 ) keiner besonderen Einschränkung. Beispielsweise werden die Partikel durch Polymerisation, Mahlen, Zerspanen (Schleifen), Zersprühen, Schneiden von Fasern oder mittels eines 3D-Druckverfahrens her- bzw. bereitgestellt.

Das Anordnen der Partikel zu einer Lage gemäß Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Gemäß einer spezifischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Partikel durch Selbstorganisation, Schütteln, Rütteln, Lasersintern oder im Falle eines Bikomponen- tenpartikels mit elektrostatischem oder magnetischem Material mittels eines elektrischen bzw. magnetischen Feldes einzeln gezielt zu Schichten angeordnet. Dabei kann die Anordnung der Partikel beispielsweise mittels Sintern oder Lasersintern fixiert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte (1) und (2) simultan, beispielsweise mittels eines 3D-Druck-Verfahrens, durchgeführt, worin die Partikel wie gewünscht hergestellt und gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet werden. Das Anordnen der in Schritt (2) erhaltenen Lagen im optionalen Schritt (3) des erfindungsgemäßen Verfahrens unterliegt ebenfalls keiner besonderen Einschränkung. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die jeweiligen Lagen vorzugsweise mitei- nander verbunden, beispielsweise durch Verkleben, Verschmelzen, Vernähen oder Verpressen, etc.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum unidirektionalen Flüssigkeitstransport zum Hin- bzw. Weg- transport einer Flüssigkeit und/oder Halten der Flüssigkeit auf der Zielseite.

Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch verwendet werden, um die auf die Zielseite transportierte Flüssigkeit zu verdampfen, weiter zu transportieren oder diese anderweitig zu prozessieren.

Beispielsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft bei der Verwendung in einem Dieselkraftstofffilter. In vielen Ländern dient Biodiesel als Blendkomponente mit einem Anteil von 7 bis 12 Vol.-% für herkömmlichen Dieselkraftstoff. Jedoch führt das im Biodiesel enthaltene Wasser zu Korrosion an den Motorkomponenten und zu einer hydrolytischen Zersetzung des Kraftstoffs. Derzeit eingesetzte Filter weisen die Nachteile auf, dass sie nur über eine geringe Wasseraufnahmekapazität verfügen, keine wasserleitenden Eigenschaften aufweisen und oft gewechselt werden müssen. Durch die vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein gerichteter Wassertransport möglich, so dass das Wasser abgetrennt und zu einem Auffang- behälter transportiert wird, der geleert werden kann. Somit ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Dieselkraftstofffilter die Reduktion von Filterwechseln, was zu geringeren Kosten für die Automobilhersteller und Autofahrer führt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann alternativ als Tränkhilfe für Faserverbundkunststoffe (FVK) dienen. Im Herstellungsprozess von FVK sind hohe Drücke und lange Prozesszeiten erforderlich, um das Bauteil vollständig mit einem Thermoplast, Duromer, Metall oder Monomer zu tränken. Durch den vorteilhaften Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form einer Hilfsschicht könnte das Material schnell und gezielt verteilt werden, so dass vorteilhafterweise auch Lufteinschlüsse vermieden werden können.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise vorteilhaft bei der Verwendung als Inkontinenzprodukt, da die Körperflüssigkeit von der Haut wegtransportiert und auf der Zielseite gehalten werden kann, so dass eine Barriere zwischen flüssigkeitsgefüllter Vorrichtung und Haut hergestellt wird. Der nachteilige Einsatz von Su- perabsorbern in herkömmlichen Inkontinenzprodukten kann durch die vorteilhafte Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert bzw. vermieden werden, so dass durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Anfallen von Superabsorbern als Sondermüll verringert bzw. weitestgehend vermieden werden kann.

Die Figuren zeigen:

Figur 1 zeigt ein Basismaterial (1 ) der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei nimmt das Basismaterial beispielsweise die Form einer asymmetrischen Faser, im Speziellen die Form einer dreieckigen oder trapezförmigen Faser, an.

Figur 2 zeigt den Aufbau einer Lage, die ein Basismaterial (1 ) mit sich verengenden Kapillaren (2) aufweist, wobei sich die Kapillaren von der ersten Hauptoberfläche (3) der Lage zur zweiten Hauptoberfläche (4) der Lage erstrecken. Eine derartige Anord- nung ergibt eine Vorzugsrichtung für den Flüssigkeitstransport (5).

Figur 3 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung, bestehend aus zwei Lagen eines Basismaterials (1 ) mit sich verengenden Kapillaren (2) mit der Vorzugsrichtung für den Flüssigkeitstransport (5), wobei der Übergang zwischen der zweiten Hauptoberfläche der oberen Lage (6) zur ersten Hauptoberfläche der unteren Lage (7) eine Unstetig keits- stelle (8) aufweist, an der sich die Kapillare der oberen Lage aufweitet. Figur 4 zeigt zueinander versetzt angeordnete Lagen (9) mit Kapiiiaren, die einen seitlichen Versatz aufweisen, bzw. zwei benachbarte Lagen, die einen Rotation sversatz miteinander bilden (10). Figur 5 zeigt Beispiele für Bikomponentenfasern (11 ) mit einer ersten Komponente (12) und einer zweiten Komponente (13).

Figur 6 zeigt Beispiele für Formen der Partikel (14). Dabei ist ein Partikel beispielsweise pyramidenstumpfförmig oder weist eine Kugelsegmentform, die Form einer Py- ramide mit dreieckiger Grundfläche oder die Form einer Pyramide mit viereckiger Grundfläche auf.

Figur 7 zeigt Beispiele für Formen der sich mindestens abschnittsweise verengenden Kapillaren. Dabei ist die Form beispielsweise trichterförmig (15) und beide Kapillaröff- nungen weisen eine unterschiedliche Größe auf. Die Kapillaröffnungen können aber auch gleich groß sein und die Kapillare kann sich abschnittsweise verengen und aufweiten (( 6) bis (18)).

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die einen unidirektionalen, passiven Flüssigkeitstransport im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche ermöglicht. Der unidirektionale Transport ermöglicht den Hin- oder Wegtransport einer Flüssigkeit und/oder das Halten der Flüssigkeit auf der Zielseite. Durch diese besondere Eigenschaft besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein hohes Anwendungspotential, beispielsweise als Dieselkraftstofffilter, Wundauflage oder Inkontinenzprodukt. Zu- dem wird beim Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhafterweise auf etablierte und kostengünstige Herstellungsverfahren zurückgegriffen.

Bezugszeichenliste

1 Basismaterial

2 Kapillare 3 erste Hauptoberfläche

4 zweite Hauptoberfläche

5 Vorzugsrichtung für Flüssigkeitstransport

6 zweite Hauptoberfläche einer oberen Lage

7 erste Hauptoberfläche einer unteren Lage

8 Unstetigkeitsstelle

9 versetzt angeordnete Lagen

10 mit Rotations versatz angeordnete Lagen

11 Bikomponentenfaser

12 erste Komponente

13 zweite Komponente

14 Partikel

15 trichterförmiger Kapillarquerschnitt

16 Kapillarquerschnitt mit unstetigem Aufweitungsbereich

17 Kapillarquerschnitt mit stetigem Aufweitungsbereich

18 Kapillarquerschnitt mit Freiform