使粒子带电投放的方法

专利名称：使粒子带电投放的方法
技术领域：
本发明涉及使粒子带电投放的方法，特别涉及在不需要外部能源的情况下使小粒子带静电投放的方法。
背景技术：
众所周知，当两种不同物质的表面相互接触时会发生电荷重组。其表面在静态或者动态接触后会带上等量且相反的电荷。电荷的极性和电量主要决定于各物质在摩擦电序中所处的相对位置。正常情况下，电荷交换的数量与两个表面的摩擦程度和/或者接触的次数成正比。GB-A-2328862中公开了一种控制和除去诸如地毯或者精细织物等物质中的灰尘和其他微粒的方法，在该方法中，使载粒子带静电，使其最小荷质比为±1×10-4C/kg，将该载粒子投放到上述物质上，于是上述物质中的灰尘和其它微粒与该带电粒子形成团块，然后从该物质中除去所形成的团块。如GB-A-2328862所描述的那样，尽可能增加粉末与长而窄的输送管内表面的摩擦以便使该粉末带电。这就必须以高速空气流输送粉末，这一点是通过手动挤压可变形的粉末容器而完成的。利用该技术可以使粉末的带电值达到约10-4C/kg。
尽管这是一种使粉末带电的有效方法，但是以下三方面的原因证明这种体系是不可行的。第一，要达到一定的带电量，必须增加生电输送管壁上的微穿孔的复杂程度。这是为促进导管内壁的静电复原所必需的。第二，为了达到较高的带电量，使用者手动挤压施用装置时需要消耗大量的体力。第三，窄的生电输送管不易输送粉末，难以向大面积区域投放粉末。
因此，为了提供实用的带电投放(charge-on-delivery)的手持式粉末投放装置，需要一种替代的带电投放方法。

发明内容
为此，本发明提供了一种粉末带电投放的装置，这种装置包括带有颈部的容器，所述容器中盛有能带静电的物质粒子，而且所述容器在其颈部内具有网状开孔的泡沫材料，当从所述容器中投放粉末时，所述粉末穿过所述网状泡沫材料的孔隙而带上静电。
所谓“网状开孔的泡沫材料”是指该泡沫中有相互连通并穿过泡沫的通道，这些通道为曲线状，优选蛇形通道，最优选高度弯曲的通道。粒子穿过这样的通道时将带上静电。
带静电的载粒子优选是由矿物质、聚合物、蜡或植物纤维材料形成的粉末粒子，更优选是由硅藻土、玉米、环糊精、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯、尼龙、碳酸钙(方解石)、碳酸氢钠、碳酸钠、倍半碳酸钠、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、“固定化单宁酸”(定义如下)以及蜡物质(诸如合成石蜡或者天然蜡，例如巴西棕榈蜡)形成的粉末粒子。
此处所用的术语“固定化单宁酸”是指固定在载粒子上的单宁酸，优选的载粒子是聚合物珠，最优选聚乙烯吡咯烷酮珠。
可以在诸如芳香油之类的油中给矿物质粉末诸如碳酸钙、碳酸氢钠、碳酸钠、倍半碳酸钠等粉末上涂层。涂油的粉末中油占粉末的0.1重量％～2重量％。低于0.1重量％时粉末无法被均匀涂覆，而高于2重量％时粉末因太湿而失去自由流动的特性。
利用本发明的带电投放装置可以使荷质比超过±1×10-4C/kg，而通常载粒子上要求的最小带电水平是例如荷质比为±1×10-5C/kg。
载粒子上的静电荷可以是正电荷或负电荷，或者，当粒子是摩擦生电的不同电绝缘材料的混合物时，其上可带有正负电荷的混合电荷。
本发明方法中采用的带电粒子的平均粒度范围优选在50～500μm，更优选是100～200μm，这要根据粒子的密度来确定。通过按不同的随机取向对粒子的直径范围进行重复取样来确定平均粒度。通常优选经过涂层的或者未涂层的矿物质粉末，因为这些粒子相当密实。尽管聚合物粉末与泡沫摩擦时容易带电，但是由于它们不够密实，所以不易流过泡沫。
本发明特别优选的一个方面是，可以给粒子涂覆使过敏原变性的组合物。当采用所述带电粒子清洁或者处理地毯、门窗帘、家具等物品时，本发明的这一方面很重要。人们知道，室内尘螨(屋尘螨(Dermatophagoides pteronyssinus)Der-p和粉尘螨(Dermatophagoidesfarinae)Der-f)的排泄物会引发人体免疫反应，从而引起大家所熟知的过敏症状。其他致病过敏原有猫过敏原(Fel-d)和蟑螂过敏原(Bla-q)。使这些过敏原变性的过敏原变性组合物在本领域是熟知的。本发明中可使用的过敏原变性剂包括但是不限于包含一种或者多种萜烃的油、白千层油(茶树油)、固定化单宁酸、6-异丙基间甲酚、咪唑烷-1-基脲、阴离子二辛基磺化琥珀酰亚胺钠、水合氯化铝或者欧芹油(芹菜脑)。本发明中涂覆粒子所用的过敏原变性剂优选茶树油。
通常要为容器配一个可重复使用的盖子或者可剥落的密封条。带有可重复使用的盖子的容器可以多次使用，并且可以设计成可重新填充粉末的形式，而带有可剥落密封条的容器通常是为一次性使用而设计的。
容器内包含的网状泡沫优选由聚醚、聚酯或者聚氨酯制成。这种泡沫上可以负载碳(即被碳化)，尽管这样通常会降低粉末上获得的电荷量。
网状泡沫的孔径范围通常在20～65ppi(每英寸的孔数)，或8～26ppcm(每厘米的孔数)。虽然较大的孔径(如20～30ppi；8～12ppcm)可以增大通过的粉末流，但粉末与泡沫的接触次数减少，从而导致粉末所带电量比通过小孔径泡沫(如45～65ppi；19～28ppcm)的粉末的电量低。
为了获得期望的荷质比(q/m)，可以改变容器内网状泡沫的长度。通常网状泡沫的长度范围为50～300mm，以便使穿过粉末的通道具有适当的长度，从而使粉末达到期望的带电程度。
应当理解，为了获得高的荷质比，必须优化对粉末材料(选择地用油涂覆)、泡沫材质、泡沫的长度以及孔径的选择。
本发明的另一个方面是，所述粉末可以包含由至少两种不同粉末材料组成的混合物，这两种粉末材料在通过本文描述的方法带电时，将接受相反极性的电荷。该装置可以被称为双极性装置。
应当理解，对于控制和除去诸如地毯等物质中的灰尘和其它微粒，使用这种带电粒子的混合物特别有利。这是因为实际上灰尘颗粒自身本来也带电，它们在接近所投放的带电颗粒时会被相反极性的颗粒吸引和/或被极化，于是也会发生吸附和形成团块。
参照附图本发明将得到进一步阐述。


图1是本发明的粉末带电投放装置的示意图；图2显示了实施例1所述的在施用和未施用粉末时从地毯试样上去除灰尘的去除百分率；图3显示了实施例1描述的从地毯试样中去除粉末的去除百分率；图4表示了泡沫孔径对经涂层的方解石粉末的静电量的影响；图5和图6表示了泡沫长度对经涂层的方解石粉末的静电量的影响；图7显示了实施例4描述的从地毯试样上去除粉末的去除百分率。
具体实施例方式
参见图1，本发明的粉末带电投放装置包括粉末产品1，该粉末产品1被盛放在一个可变形的或者是刚性的容器2中。容器颈部5之内容纳有网状开孔的泡沫材料3。在该容器上装配可反复使用的盖子或者可剥离的密封条4。
使用此投放装置时，首先除去容器上的密封条或者盖子，然后将容器倒置，轻轻摇动以投放容器内的物质。粉末在泡沫插件的孔隙中经过翻滚作用后，能确保粒子与泡沫之间的多次重复接触，这样就可使粒子在完全离开该投放装置之前带上静电。在实施例1中，采用65ppi的聚醚泡沫在粉末试样上得到的带电量约为4.5×10-5C/kg。尽管这一带电量比前述GB-A-2328862中获得的10-4C/kg的带电量低，但已经证实，与未带电的粉末相比，此带电量足以增强从地毯上除去灰尘和过敏原的清除特性。
与普通的不带电投放装置相比，由于单极性带电粒子之间的相互排斥以及泡沫的筛孔效应，粉末在平整表面上分散得更均匀。由于只需要轻轻摇动投放装置就可以使粉末粒子带电并将其投放，所以使用者可以毫不费力地进行投放。粉末分散程度的提高可更好地完成灰尘和过敏原的去除。
参照以下实施例进一步阐述本发明。
实施例1方法本试验中使用的粉末是用涂有熏衣草香精油的碳酸钙粉末形成的。粒子的平均粒度范围是100～200μm。此组合物的电阻率为2.5×109Ω·m。
标准的投放装置是高为250mm且直径为55mm的圆筒形塑料容器。该容器的盖子也是塑料的，盖子上有一个直径为10mm的可重新密封的孔。当粉末通过此投放装置投放时，其荷质比为+1×10-7C/kg。
图1给出了所开发的简单的摩擦生电投放装置的示意图。该经改进的投放装置高250mm，直径为80mm。本试验采用的网状泡沫是65ppi(28ppcm)、长50mm的聚醚。当试验用的粉末被振荡通过此长度的泡沫后，可以获得+4.5×10-5C/kg的荷质比。由于单极性带电粒子间的相互排斥作用以及泡沫的筛孔效应，从该改进的容器中释放出的粉末均匀地分散在地毯的表面。这样使得带电粒子可以与地毯纤维内的灰尘密切接触。
地毯试样被切成尺寸为295mm×320mm的形状，经真空吸尘除去了松散的纤维和颗粒。试验是在以织物作衬底的聚丙烯簇绒地毯(Tompkinsons地毯公司)上完成的。
试验方案从家用真空吸尘器袋中收集室内灰尘，筛选出平均粒度小于53μm的灰尘。将地毯试样称重，然后用一个小筛子将重量为1.5g±0.02g的灰尘均匀地撒在地毯试样上。用硬鬃刷将灰尘轻轻地扫入地毯的绒面。将地毯试样与灰尘一起称重。在给地毯施用粉末的试验中，把地毯试样放在地板上，然后将6.00g±0.3g的粉末从1米的高度均匀地撒在此地毯试样上。夹紧地毯试样置于一个电动平台上。将该电动平台置于与真空吸尘器(AEG Vampyre 2000)连接的固定的真空吸尘器头下面振荡。这样可以对地毯反复真空吸尘。同时开动电动平台和真空吸尘器。当该平台振动两次后，将该平台和吸尘器关掉。将地毯试样从平台上取下重新称重。试验是在相对湿度为40％的条件下完成的。采用灰尘和带电或者不带电的粉末重复6次试验。
进而在未加灰尘的条件下，采用上述同样的方法完成试验。这些“只采用粉末”的试验测量的是，经真空吸尘后每块地毯试样上残留的带电或不带电的粉末的量。假定这部分量在同时采用灰尘和粉末的试验中保持不变，那么就可以用这些数值来计算试验中真空吸尘后地毯中残留的灰尘量。
采用以上方案还完成了仅在地毯上投放了灰尘而没有添加粉末的试验。这些试验测定了在不加粉末的情况下预期可从地毯上除去的灰尘量。此试验在每块地毯上重复作6次。
图2和图3给出了试验结果。图2显示了在施用粉末和未施用粉末的情况下从聚丙烯地毯试样上去除灰尘的去除百分率。图3显示了从聚丙烯地毯试样上去除粉末的去除百分率。
测定真空吸尘前后地毯的质量可以计算出每次试验中除去的灰尘的质量。在没有预先投放灰尘的情况下给地毯施用粉末，由此来评价粉末在地毯中的残留量。假设残留在地毯上的粉末的质量在投放灰尘时也保持不变。同时投放灰尘和粉末时，将假定残留在地毯上的粉末的质量考虑在内来计算残留的灰尘的质量。如图2所示，将该数据转换成从地毯上除去的这部分灰尘在最初投放到地毯上的灰尘中所占的百分率。
结果图2表明，当不在地毯上施用粉末时，采用上述方法真空吸尘时的灰尘去除率为69.4％(标准误差1.6％)。当在地毯上施用带电粉末后，该去除率显著增加达到101.9％(标准误差6.6％)。这表明在试验误差范围内，当施用带电粉末时，地毯上的灰尘几乎可以完全被除去。当施用不带电粉末时，地毯上灰尘的去除率(64.7％，标准误差7％)与只投放灰尘的试验相比没有显著差异。
图3表明，采用真空吸尘时，地毯上不带电粉末的去除率为85.2％(标准误差2.2％)。带电粉末的去除率(71.1％，标准误差3.6％)明显低于此值，这可能是由于粉末与地毯纤维之间的静电引力造成的阻碍所致。
讨论结果表明，当施用带电粉末时，在真空吸尘过程中，从地毯上去除灰尘的去除量统计学上明显增加。与仅投放灰尘的试验相比较，当在聚丙烯地毯上施用带电粉末时，灰尘去除率增加量的平均值为32.5％。该测定效果被认为是由于灰尘粒子在粉末粒子周围发生静电吸附及形成团块所致，从而使得灰尘更易除去。
当在地毯上只施用带电粉末时，与施用不带电粉末相比，从地毯上去除带电粉末的去除率明显较少。这表明粉末的滞留是由带电粉末对地毯纤维的静电吸引力造成的。
在这些试验的条件下，经真空吸尘后，带电粉末在地毯上的滞留量比不带电粉末多。这可为消费者带来益处，因为任何由粉末粒子携带的香味都可以在室内保持较长的时间。进行这些试验时真空吸尘器头在地毯试样上方只振荡了两次。然而在家庭中对地毯的清洁可能更强劲。因此，即使没有彻底消除地毯上带电与不带电粉末的残留量的差异，该差异也会大大减小。
实施例2为了研究泡沫孔径对平均粒度范围为100～200μm且涂有1％的熏衣草油的方解石粉末上获得静电荷的影响，使该粉末穿过长为50mm且孔径分别为20、30、40和65ppi(8、12、16、28ppcm)的聚氨酯泡沫进行投放。孔径为40ppi(16ppcm)的泡沫含有碳。图4给出了结果。
实施例3变化图1容器内的泡沫的长度。使平均粒度范围为100～200μm且涂有1％的熏衣草油的方解石粉末穿过孔径为30ppi(12ppcm)的聚氨酯泡沫进行投放。测试中使用的泡沫长度分别为50、100、200和300mm。粉末上获得的静电荷如图5所示。
采用孔径为65ppi(28ppcm)的不同长度的聚氨酯泡沫得到了相似的结果。粉末上获得的静电荷如图6所示。
实施例4用1重量％的茶树油对方解石粉末进行涂层。该粉末的电阻率为2.6×1010Ω·m。
当粉末从实施例1中所述的标准投放装置中投放时，粉末上获得的荷质比为1.1×10-7C/kg，而当粉末从图1所示的投放装置投放时，其荷质比为2.23×10-4C/kg。
采用每等分为1g±0.05g的灰尘重复实施例1中描述的试验方案。为了模拟室内尘螨群落适宜生存的湿度，所有试验均是在相对湿度为80％的条件下进行的。
在下述条件下各重复6次平行试验单独使用灰尘作为对照；灰尘+涂有1重量％的茶树油的带电粉末，该粉末从本发明的生电装置中投放；灰尘+涂有1重量％的茶树油的不带电粉末，该粉末从标准产品装置中投放。
单独使用灰尘的对照试验收集作为处理之前的对照的灰尘样品后，将地毯样品在相对湿度为80％的条件下放置3.5小时。之后用相同的方法收集剩余的灰尘。
投放灰尘与涂有1重量％茶树油的粉末的试验收集处理之前的对照试样后，对地毯试样进行称重。
将带电的粉末从所述生电装置中投放至6块相同地毯试样上有剩余灰尘的区域。用筛框将该区域遮蔽，以保证所有添加在地毯上的粉末均能落在此区域内。然后再一次称量地毯的重量，记下所添加粉末的重量。在此带电粉末试验中，平均投放了2.16g(标准误差0.092g)的涂有茶树油的粉末。
在不带电粉末的试验中，采用标准产品装置将平均重量为2.07g(标准误差0.12g)的涂有茶树油的粉末投放在地毯试样上。将粉末和灰尘试样搁置3.5小时，然后以与处理之前的对照试验同样的方式进行收集。采用带电和不带电粉末各完成6次平行试验。
在地毯试样上只施用粉末的试验在地毯上不投放灰尘的条件下完成试验，这样能计算出真空吸尘后残留在地毯上的粉末的比例。
在施用粉末之前对地毯试样称重。本试验中所加的带电粉末的平均重量为2.07g(标准误差0.087g)，不带电粉末的重量为2.34g(标准误差0.15g)。放置3.5小时后，在线式玻璃纤维过滤器上真空吸尘1分钟，记录重量。每个变量重复测定6次。
计算每个单独试样的粉末回收百分数。带电粉末试验中粉末回收百分数的平均值为85.99％(标准误差1.59％)，不带电粉末试验中为87.47％(标准误差2.23％)。这些数值用来估计同时使用粉末和灰尘的试验中与灰尘试样一起回收的粉末的质量。从收集的总质量中减去所述的粉末的质量，得出灰尘的质量值。这用来计算试样中过敏原的浓度，并确定在用涂有茶树油的粉末处理后的过敏原的减少量。
对灰尘试样中过敏原浓度的分析将10ml含有0.05％吐温的1％牛血清蛋白磷酸盐缓冲盐水(BSA-PBS-T)加到通用试管中，这些通用试管中装有覆盖了灰尘的滤纸。在4℃下，将试样涡旋搅拌过夜，然后除去滤纸，在试管中留下尽可能多的液体。之后从每个试样中移取1mL液体放入Eppendorf试管中。在13000rpm下将该试样离心分离5分钟，然后取出上清液并装入一洁净的Eppendorf试管中。由该净试样与1％的BSA-PBS-T制成适当的稀释液。采用Der pl酶联免疫吸附试验(ELISA)对试样进行分析(所有抗体由Indoor Biotechnologies公司提供)，以便确定过敏原的含量。采用平板读数器(EL×800，Bio-tek仪器公司)读出ELISA 96孔板的读数。通过与标准曲线(来自Indoor Biotechnologies公司)对比，得到试样中过敏原的浓度。然后，将此值与每个试样中已存在的灰尘质量相关联。对于所有试样，计算0.1g灰尘试样中预计存在的过敏原的量。然后得到处理之前的对照试样与暴露试样之间在过敏原浓度上的百分率差异，并通过曼-惠特尼(Mann-Whitney)U检验来与只施用灰尘的对照试样作比较。
结果如图7所示。从图7可以看出，在相对湿度为80％的条件下，对地毯上的灰尘施用带电的涂有茶树油的粉末，使得灰尘中Der pl过敏原的含量减少了35.09％(标准误差12.8％)，与仅投放灰尘的对照试样(平均值为11.7％，标准误差10.45％)相比，此含量明显降低(P＝0.032)。
权利要求
1.一种粉末带电投放装置，所述装置具有带有颈部的容器，所述容器中盛有能带静电的物质粒子，而且所述容器在其颈部内具有网状开孔的泡沫材料，当从所述容器中投放所述粒子时，所述粒子穿过所述网状泡沫材料的孔隙而带上静电。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述粒子包括硅藻土、玉米、环糊精、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯、尼龙、碳酸钙(方解石)、碳酸氢钠、碳酸钠、倍半碳酸钠、聚氯乙烯即PVC、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺以及蜡物质。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述粒子包括涂有0.1％～2％的油的碳酸钙、碳酸氢钠、碳酸钠或倍半碳酸钠。
4.如前述任一权利要求所述的装置，其中所述粒子的平均粒度范围为50～500μm。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述粒子的平均粒度范围为100～200μm。
6.如前述任一权利要求所述的装置，其中所述粒子上涂有可使过敏原变性的组合物。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述的可使过敏原变性的组合物是茶树油。
8.如前述任一权利要求所述的装置，其中所述的网状泡沫材料是由聚醚、聚酯或者聚氨酯形成的。
9.如前述任一权利要求所述的装置，其中所述泡沫材料的孔径范围是20～65ppi(8～26ppcm)。
10.如前述任一权利要求所述的装置，其中所述泡沫材料的长度范围是50～300mm。
11.如前述任一权利要求所述的装置，其中所述的容器配有可重复使用的盖子或者可剥离的密封条。
12.如前述任一权利要求所述的装置，所述装置适于重新填充可带静电的物质粒子。
全文摘要
本发明提供了一种粉末带电投放装置，这种装置具有带有颈部(5)的容器(2)，该容器(2)装有可带静电的物质粒子(1)，该容器(2)的颈部(5)内容纳有网状开孔的泡沫材料(3)，粒子(1)穿过该网状泡沫材料(3)的孔隙而从该容器中投放出来时，将由此带上静电。
文档编号A47L13/10GK1607921SQ02825997
公开日2005年4月20日 申请日期2002年11月27日 优先权日2001年11月27日
发明者约翰·法雷尔·休斯, 卡伦·路易丝·巴克斯特, 马尔科姆·汤姆·麦基奇尼 申请人:雷克特本克斯尔(英国)有限公司, 南安普敦大学