CN1143616C - 用于分散挥发性组分的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分散挥发性组分的方法,该方法包括产生由离子化的空气分子构成的离子风;并采用该离子风来促使所述挥发性组分分子的挥发、带电和扩散。本发明还涉及用于所述方法的设备。通过本发明的方法,可以使挥发性组分更有效地分布到整个特定的空间,并能提高挥发性组分的效果。
Description
技术领域
本发明涉及用于使挥发性组分分散到空气中的方法和设备,具体说涉及依赖于离子风以有助于使来自挥发性组分来源的一种或多种挥发性成分分散到空气中的方法和设备。
背景技术
通常被分散到空气中的组分包括驱虫剂、杀虫剂和空气清新剂或房间增香组分。
化学驱虫剂是本领域已知的并且被广泛使用。例如N,N-二乙基-间苯甲酰胺(DEET)被广泛用作衣服和皮肤的驱虫剂,以抵御咬虫,例如蚊子。香茅油和桉树油也可用于同样目的。然而,使用这些化学品的缺陷是它们必需要频繁重复施用并且它们对某些人群产生过敏反应。
杀虫剂,诸如合成拟除虫菊酯也具有驱虫和/或杀昆虫作用并且可以用于处理衣服、蚊帐等。然而,长时间或经常与杀虫剂接触会有害健康。
或者,可以通过提供物理屏障来使昆虫与人不接触,例如在窗户和门上面的网和苍蝇屏蔽,或者床边的蚊帐。这种物理屏障的缺点是当屏障就位时空气的进入受到限制,因为需要很小的网眼来排斥昆虫。导致人们在热环境中不舒适。
另一种在封闭空间使用,特别是夜间使用的方式是燃烧蚊香,例如含有杀昆虫剂组分的蚊香,其中杀昆虫剂组分中含有拟除虫菊酯活性剂,其也具有驱虫效果。或者,可以使用电装置,将含有杀昆虫组分如拟除虫菊酯活性剂(其也具有驱虫效果)的杀昆虫片电加热,以便使杀虫剂/驱虫剂挥发到空气空间中并且抵御和/或杀死昆虫,特别是蚊子。
还出售有抵御蚊子用的超声设备,但其有效性还没有得到科学印证。
使香料组分如空气清新剂分散到空间中的方法已知有很多种。例如,可以使用气溶胶设备来分散香料组分的气溶胶喷剂。这种设备的缺点是香味通常仅在喷雾线路的方向内有效果,并且无法持续非常长的时间。其它将香料组分传递到空间的方法包括:
(a)通过多孔芯的手段使传递或暴置于大气中的液体香料自然蒸发;
(b)使含有香料组分的固体凝胶自然蒸发和分解;以及
(c)通过局部加热芯传递体系增加液体香料组分的蒸发。
总的来说,这些方法只是简单地将香料分布在封闭的环境中,唯一的目的是建立增香的氛围。
离子风(ion wind)是本领域已知的,并且离子风产生于带负电离子或带正电离子和空气分子之间互作用的直接结果。离子风在″静电学:原理、问题和应用″J.A.Cross,1987,Adam Hilger,pp 278-284中有所描述和解释。
离子风可以使用电极排列来产生,其中第一电极具有一个或多个尖锐点并且第二电极起反向电极作用。如果第一电极尖锐点处的电场超过空气的击穿场强(大约30kV/cm),则对施加给电极的ac或dc电势,会发生空气的电击穿。这个现象通常称作″电晕放电″。
由于dc电势,极性与第一电极相反的离子被吸引到第一电极并且聚集。与第一电极同极性的离子被其排斥,并且被吸引到第二电极上。离子具有与中性空气分子差不多相同的大小并且由于被吸引到第二电极上的离子受到电场(E)的影响,它们的上面将被施加F=qE的力,造成空气分子移动。随着离子移动,它们与中性空气分子碰撞并且发生动量共享。这样反过来赋予中性空气分子以力而诱导沿相同方向移动。这已知为″离子拖动″效果,并且是导致空气大批移动的机理,又称作″离子风″。按此方式+ve和-ve dc电势都可以感生单方向的气流。
在交变磁场(ac)中,仍可以发生离子化,但没有离子沿一个方向的净移动,因而没有离子风产生。
GB-A-2060076描述了一种设备,其中使用等离子体来产生带正电和带负电的离子,所说的等离子体是通过使用射频方法来产生的。
WO92/15339描述了一种设备,其中给芯体系施加了静电电荷。这导致在芯纤维的极点处形成了″泰勒″锥体,从而引起芯中的液体的雾化。
SU-A-1803679描述了使用电驱动风扇来将离子化的空气吹到凤梨麻树(pina tree)上面,以便来自树中的蒸气分散到空气中。
现有技术的设备中没有一种可以因动量转移而产生单方向的感应气流,并由此在现有技术中没有产生离子风来用于产品的分散。
发明内容
现在,我们开发了一种使用离子风的方法和设备,由此使挥发性组分可以更有效地分布遍及在整个特定的空间。
因此,本发明的第一个方面是提供一种分散挥发性驱虫剂、杀昆虫剂、抗微生物剂或抗变应原剂组分的方法,该方法包括:
将该驱虫剂、杀昆虫剂、抗微生物剂或抗变应原剂组分分散到风扇气流中;并且产生离子风,由此使该驱虫剂、杀昆虫剂、抗微生物剂或抗变应原剂组分的分子带电。
本发明的第二个方面是提供一种用于将挥发性组分分散到大气中的设备,该设备包括:
电绝缘材料的壳体,其与外部的大气相通,该壳体中容纳有:
(i)挥发性组分来源;和
(ii)用于产生离子风的装置,该装置包括第一电极和第二电极,它们之间的间距决定了它们间的区域,以致当在第一电极和第二电极之间施加直流电(dc)电势时,在所说的区域产生电场,离子风有助于将挥发性组分来源分散到大气中并且使挥发性组分的分子带电。
挥发性组分来源放置在壳体内,位于第一和第二电极的下游。
本发明使用离子风来有助于挥发性组分蒸发和分散到空气中,所说的离子风产生离子化的空气流。单极电荷将被迁移到被蒸发的组分的各个分子中。组分必须是足够挥发性的,选择性地通过加热来加以帮助,以便它可以分散到离子风空气流中。挥发性组分通常来说包括一个或多个有机分子。离子风不仅有助于挥发性组分的蒸发和分散,而且附加的优点是离子风产生设备没有任何移动的部件而由此在非常低的噪声水平下操作。从而,离子风起到基本上静音风扇的作用。
当组分被蒸发,单极电荷被迁移至任何气载尘埃颗粒、变应原、花粉、烟草颗粒、微生物如细菌、病毒和真菌的孢子中,这些是被蒸发的分子可能遇到的。由此,本发明的方法不仅更有效地分布组分,而且增强了气载颗粒的移动。这是因为由离子风设备产生的空气离子与诸如尘埃颗粒的粒子因碰撞和静电吸引的结果而相依附。如此带电的颗粒由于空间电荷作用而相互排斥,从而比未带电的粒子更快地到达表面。在表面的附近(具体说是接地表面),带电粒子通过图像电荷吸引力而吸引到表面。以此方式,使带电粒子比未带电的粒子更快地从空气中沉降下来。
第二电极优选具有至少一个开口,以便通过其壳体的内部与壳体外部的大气相通。
为产生离子风,第一电极具有至少一个尖锐边缘或点,例如针尖、钉尖或剃刀刀片。第二电极优选是一个环形电极、管状电极、栅极或一种或多种的组合。通常来说,第二电极是接地的。
当挥发性组分是驱虫剂或杀昆虫剂时,所用的驱虫剂或杀昆虫剂来源包括挥发性驱虫剂或杀昆虫剂,根据一定的靶向昆虫种类来选择其驱虫性和/或毒性。例如,通常期望驱除的昆虫包括蚊子、苍蝇、蠓和蚋,并且特别是那些已知带有疾病的昆虫种类。
对某些种类的昆虫具有驱除效果的天然存在或合成的化学品或化学组分包括桉树油、香叶油、香叶醇、松油、香茅油、楝树芳香油、百里香油、百里酚、樟脑、香茅醇、香茅醛、芳樟醇、蒈烯、萜品烯、柠檬烯、伞花烃、香茅醇甲酸酯、甲酸香叶酯、氧化玫瑰、2-烷基-N-乙酰恶唑烷、N-乙酰基-2-烷基-4,4-二甲基恶唑烷、二丙基吡啶-2,5-二羧酸酯、仲丁基-2-(2-羟基乙基)-1-哌啶羧酸酯和甲基萘。香茅油、楝树芳香油和樟脑对某些昆虫种类还具有杀昆虫的作用。
还有驱虫作用的杀昆虫组分包括除虫菊和拟除虫菊酯杀昆虫剂,包括丙烯除虫菊酯、生物丙烯除虫菊酯、溴氰菊酯、苄氯菊酯和transfluthrin。
本发明所用具体驱虫剂或杀昆虫剂的选择属于本领域技术人员的通常知识。可以参考Tomlin C.D.S.(1997)杀虫剂手册,世界概略,BCPC,第11版,1400pp或者Brown M.&Herbert A.A.(1997)驱虫剂:概述,J.Am.Acad.Dermatiol.36,243-249。
具有活性的挥发性液体还可以被分散在空气中或在表面上,因为该挥发性分子通过离子风而带电,它们被吸引到室内表面,并且覆盖这些表面。如果挥发性液体具有抗微生物活性,则可以对抗表面上的微生物。如果挥发性液体具有使变应原变性的性能,则可以使表面上的变应原性粒子失效。
如果挥发性液体具有抗微生物活性,带电的挥发性分子与空气中微生物的碰撞可以对抗这些微生物。
如果挥发性液体具有使变应原变性的性能,则带电挥发性分子与变应原粒子的碰撞可以使变应原失效。
当挥发性组分是香料组分时,则可用的香料来源包括含有一种或多种香料成分的挥发性组分。
这种香料成分的实例是二乙基邻苯二甲酸酯、橙萜烯(柠檬烯)、苏合香乙酸酯(styrallyl acetate ester)、环乙酰(Cyclacet)、甲基紫罗兰酮、香草醛、山苍子油(Litsea Cybeba)、2-苯乙-1-醇、一缩二丙二醇和甲基-对-3-丁基氢化肉桂醛。
在一段时间内将挥发性组分分散到离子风气流中。为使挥发性组分适度恒定地释放到离子风气流中,化学品通常以缓释制剂的形式来提供,所说的缓释制剂可以采用任何所需的形式。适宜的缓释制剂的实例包括以下用所需化学品浸渗的器件:棉芯或棉垫或者从组分的储库中供料的合成材料的芯或垫、凝胶、橡胶隔膜或条、薄膜、带孔或不带孔的聚乙烯小瓶、微胶囊、聚合物珠、固体聚合物分配器、中空纤维、三层压带或挤出聚合物。其它体系包括脉冲喷雾体系或加热蒸发器。
当以凝胶的形式提供挥发性组分时,凝胶中一般来说含有角叉菜胶、水、挥发性成分和乳化剂。当挥发性组分以液体(为与其接触的芯或垫提供储库)的形式提供时,液体通常来说只含有挥发性成分;含有挥发性成分和溶剂;含有挥发性成分、表面活性剂和水或者含有挥发性成分、表面活性剂、水和溶剂。可以理解,如果需要,也可以使用挥发性成分的混合物。
可以选择缓释制剂来提供在所需的时间段内释放组分。例如,当组分是一种用于驱除蚊子的驱虫剂时,则装置应当最少提供至少8小时的驱虫剂释放,优选10-12小时。然而,持续较长时间的制剂也属于本发明的范围,本发明可以提供例如一周或一个月期限的驱虫剂/杀虫剂释放。在此情形中,装置应当包括计时器或其它激活机构,不让化学品在不需要的时候释放,例如在白天。
可以理解,为获得所需程度的挥发性化合物在室内的释放,必需要仔细选择组分的性质,特别是组分中挥发性成分的蒸发速度。此外,需要恰当地选择离子风的速度,离子风速度越高,挥发性成分的蒸发越快。另外,被蒸发的挥发性组分的整个表面积对决定蒸发速度也是重要的,也就是说,必需要使表面积适应空气流速。
本发明设备的结构可以是可直接插入电源插座的设备,或者是带有电线的设备,使其能够放在室内的任何位置,例如夹到床头或者放在床头柜上。由于离子风具有动量,当将设备插入电来源插座中时,带电离子不太可能聚集在墙壁上。或者,可以将设备设计成适合灯泡插座、机动车点灯插座,或者可以是独立式电池电来源设备,其可以放在室内或帐篷或车内的任何位置。
将挥发性组分来源放置在壳体内,位于第一和第二电极的下游。
尽管单独的离子风产生设备对驱除昆虫具有一定的效果,即带电空气分子对驱除昆虫具有一些效果,但将挥发性驱虫剂添加到离子化的空气流中可以明显增强驱虫效果。
附图说明
本发明将参考以下附图作进一步的描述,其中:
图1显示了本发明一个驱虫设备实施方案的截面图;并且
图2显示了带有可调式电极的离子风产生设备的示意图。
具体实施方式
参看图1,设备1包括基本上是绝缘材料的壳体2,所说的绝缘材料诸如玻璃或塑料。壳体2两端各具有开口3和4,因此与大气相通。
伸入壳体中的是第一电极5,其是电导性的并且具有多个尖端6。该电极通过适当的方式(未显示)与壳体绝缘。第二导电接地电极7呈筛或网形式,包含在壳体之内并且与电极5分隔。
当由电源8根据电极5和电极7之间的距离给第一电极5和第二电极7施加5-20kV的dc电压时,电极间的电势差在电极之间的空间10中形成电场9。当第一电极5和第二电极7间的电场9足够强时,电极5之尖端6附近区域内的大气中的原子和分子被离子化。随后,与电极5相反极性的离子从电极5被排斥到第二电极7。这种在电场中的离子流引起感应空气流,即所谓的″离子风″,并且在图1中用多个带负电的离子来表示。
挥发性组分的缓释来源11位于第二电极的下游。随着离子化的空气穿过该缓释来源11,组分的分子被空气流所蒸发并且通过离子化空气的方式带电。组分的带电分子由12来表示。如图1所示,挥发性组分的带电分子12被吸引到空气中任何的物体13上,由于电场的构型接近物体13。当挥发性来源是驱虫剂时,带电分子将被吸引到昆虫上。当挥发性来源是香料组分时,带电分子将被吸引到空气中的粒子上,例如尘埃颗粒。
图1设备的整体效果是由携带挥发性组分带电粒子的设备产生了由箭头14所示的感应离子风。
此外,不仅挥发性组分分子被吸引到空气中的昆虫或粒子上,如尘埃颗粒、烟草颗粒、变应原或微生物,而且它们还被吸引到任何其它表面上,如起接地目标的被褥、家具甚至人的表面。
参看图2,离子风产生设备由两根塑料管15、16构成,所说的塑料管经测定直径为50mm且长度为50mm。第一根管16具有一金属网格17覆盖其一端,网格线之间的间隔为6mm。网格通过适宜的连接线18接地。在第二根管15内部放置电晕电极19,其包括一由铝条组成的十字形,铝条上带有不锈钢刷20的丛毛。十字形的每个臂包括四根刷毛,相距12mm。电极19通过电缆21连接到电源上。用一透明塑料材料的圆筒22将两根塑料管15、16保持成一体,沿圆筒内部,两根管15、16可以滑动。按此方式,可以改变接地网格17和电晕电极19之间的间距。由电源施加10kV的电压,电流不超过200A。
使用这种设备,通过将电极间的距离设定成12mm,便可以达到1.0m/秒的离子风气流。为获得0.5m/秒的离子风气流,电极之间的距离需要为25mm。
尽管上面主要地在其抗咬虫如蚊子的用途方面对本发明的关于驱虫和杀虫的方法和设备进行了描述,但其它用途包括:
传递驱虫剂和/或杀虫剂,以防止储藏室、仓库、谷物仓和储仓中的虫害;
传递驱虫剂和/或杀虫剂,以防止动物房屋如马厩或动物饲养室中的虫害;并且
传递驱虫剂和/或杀虫剂,以防止攻击天然纤维的虫害,如蛾害。
使用离子风来分散驱虫剂的优点有二:第一,设备起简单的风扇作用,从而使挥发性驱虫物质很快分散。其次,驱虫剂的分子显出增强的靶向效果。这样的结果是由于设备所产生的带电离子流将电荷赋予挥发性驱虫剂分子。由此产生带电的驱虫剂分子。从而增强了它们与昆虫本身、昆虫触及的任何表面的接触,包括动物宿主。这样可以减少昆虫的飞行、降落和咬伤。
由于靶向效果的增强,附加优点是可以需要较少的驱虫剂来达到同样、甚至更好的效果。
本发明的方法和设备当用于分散香料组分时,与其它已知的方法相比,可以增加香料组分在一定空间内的分布。由于香料组分的羽流携带着单极电荷,分子与大气中的任何粒子相互作用而导致空气更清洁,因为尘埃或其它颗粒被间接带电并且因相互排斥而沉降。
此外,由于香料组分分子携带着单极电荷,这些分子将被吸引到人体和脸上,由此给设备附近的人提供强香效果。另外,由于香料组分沉积在设备附近的人的鼻区域,还将更长地持续香味效果。这些效果的实现是由于香料组分的分子因相互排斥而寻求分散并且优先向接地表面移动。
本发明将通过参考以下的实施例作进一步描述。
实施例1
使用图2所示的离子风发生装置来产生0.5m/秒的离子风气流,其中电极间的距离为25mm。
随着离子风以0.5m/秒移动,使1.45g的香料(Lavender&CamomileF537.956 ex Quest)在24小时内从套有聚醚套的芯中蒸发,所说的芯与香料来源相通。感官测试显示这个蒸发量相当于使大约16平方米的房间充满香气的适当香料强度。较低的离子风速度将提供较低程度的香味传递,离子风速度越高,香味传递程度越高。
实施例2
南安普顿大学的生物静电研究中心开发了一种新的方案来测试离子风分散驱虫剂的用途。使用特别营造的试验房间作为试验室。改造房间的门,以便其具有一矩形孔,经测定为62.5cm×62.5cm。在门离地面141cm和65cm处切出两个10cm圆孔。在测试期间,使用比较低的架子在适当的位置支撑离子风产生装置。离子风产生装置由一个6mm厚聚甲基丙烯酸甲酯管(100mm外径)构成,其中装有电极。高电压电极是一七针黄铜电极。另一电极是一由黄铜制成的盘绕电极。该设备与图1所示的结构不同并且按图1所示的相同方式连接。在孔的下面刚好建造一小的架子,以便允许装有驱虫剂化合物的玻璃小瓶的位置正好使得蒸发用的分子被离子风流获取。上面的孔允许视觉看到内部并且作为蚊子的进入口。在门的外面,将孔的周围附上纱布,以防止任何逃逸。
房间的内部包含一由狭窄金属撑杆(Dexion)构造的大笼。其测定为183×62.5×62.5cm。这个笼的四侧用衬层纸覆盖。笼的底基和一端敞开。使用掩蔽带将纸固定到笼上。在纸的顶部从封闭端16cm处切出一开口(21×29.5)cm。使用一段尼龙网来覆盖之。这个开口提供一窗口,人测试对象的气味和体温可以通过其出去并且吸引蚊子。将一用聚乙烯片层覆盖的泡沫橡胶床垫放置在笼内部,以便使人测试对象舒适。
将笼与门底部的孔紧密排列,以便缝隙与笼是连续的。然后,将笼的外边用制造带绑在地板上。用电加热器使房间维持在24℃(+/-2℃)。房间的其它部分是空的。
每次试验前30分钟,将50只雌性Aedes aegypti蚊子放入测试房间中。蚊子预先仅喂养50/50糖/水混合物,并且不接受血液食物。它们预先没有在试验中使用过。
让对象人进入笼中并且躺在床垫上,以便对象的脸直接在开口的下面。
通过放在装有棉芯的小玻璃瓶中释放香茅油。每种实验条件测试20分钟。要求对象人观察蚊子的行为,并且每次蚊子落在网上呼叫″落地″并且如果落地不足一秒便呼叫″触及″。由坐在门后面的实验员来记录每次情况。每次蚊子飞过对象的观察领域,便由对象用计数器记录一次。将每个20分钟分成5分钟一个时期。每5分钟要求对象说出计数器上的数,然后记录。
在每次试验之后,用速效拟除虫菊酯喷雾剂杀死昆虫。让房间通风1小时,之后用洗涤剂溶液洗涤房间的所有表面。
结果
表1
蚊子的平均数 | 触及 | 落地 |
人 | 68 | 109 |
人+离子风 | 5.8 | 17.7 |
人+香茅油 | 10.5 | 27.9 |
人+香茅油+离子风 | 3.2 | 9.2 |
结果显示,通过单独使用离子风或与驱蚊剂连用,蚊子作出的接触的数量显著减少。
Claims (17)
1.一种分散挥发性驱虫剂、杀昆虫剂、抗微生物剂或抗变应原剂组分的方法,该方法包括:产生由离子化的空气分子构成的离子风;并采用该离子风来促使所述驱虫剂、杀昆虫剂、抗微生物剂或抗变应原剂的组成分子的挥发、带电和分散。
2、权利要求1要求的方法,其中驱虫剂包括桉树油、香叶油、香叶醇、松油、香茅油、楝树芳香油、百里香油、百里酚、樟脑、香茅醇、N,N-二甲基-间-甲苯甲酰胺、香茅醛、芳樟醇、蒈烯、月桂烯、萜品烯、柠檬烯、伞花烃、香茅醇甲酸酯、甲酸香叶酯、氧化玫瑰、2-烷基-N-乙酰恶唑烷、N-乙酰基-2-烷基-4,4-二甲基恶唑烷、二丙基吡啶-2,5-二羧酸酯、仲丁基-2-(2-羟基乙基)-1-哌啶羧酸酯和甲基萘。
3、权利要求1要求的方法,其中杀昆虫剂包括除虫菊和拟除虫菊酯杀昆虫剂。
4、前述权利要求任一项要求的方法,其中,挥发性驱虫剂、杀昆虫剂、抗微生物剂或抗变应原剂组分从缓释制剂中被分散。
5、权利要求4要求的方法,其中缓释制剂包括凝胶或者从含有驱虫剂、杀昆虫剂、抗微生物剂或抗变应原剂组分的液体储库中供料的芯或垫。
6、权利要求4要求的方法,其中,采用缓释制剂来使组分在至少8小时以上释放到空气流中。
7、一种分散挥发性香料组分的方法,该方法包括:
产生由离子化的空气分子构成的离子风;并采用该离子风来促使所述挥发性香料的组成分子的挥发、带电和分散。
8、权利要求7要求的方法,其中香料组分含有选自二乙基邻苯二甲酸酯、橙萜烯、苏合香乙酸酯、环乙酰、甲基紫罗兰酮、香草醛、山苍子油、2-苯乙-1-醇、一缩二丙二醇和甲基-对-3-丁基氢化肉桂醛的一种或多种香料成分。
9、权利要求7或8要求的方法,其中挥发性组分从缓释制剂中被分散。
10、权利要求9要求的方法,其中缓释制剂包括凝胶或者从含有该组分的液体储库中供料的芯或垫。
11、一种用于将挥发性组分分散到大气中的设备,该设备包括:
电绝缘材料的壳体,其与壳体外部的大气相通,该壳体内容纳有:
(i)挥发性组分来源;和
(ii)用于产生离子风的装置,该装置包括第一电极和第二电极,它们之间的间距决定了它们间的区域,以致当在第一电极和第二电极之间施加直流电电势时,在所说的区域产生电场,离子风有助于将挥发性组分来源分散到大气中并且使挥发性组分的分子带电;
挥发性组分来源放置在壳体内,位于第一和第二电极的下游。
12、权利要求11要求的设备,其中第一电极具有至少一个尖锐边缘或点。
13、权利要求11或12要求的设备,其中第二电极是一个环形电极、管状电极、栅极或其一种或多种的组合。
14、权利要求11要求的设备,其中第二电极是接地的。
15、权利要求11要求的设备,其中挥发性组分的来源以缓释制剂的形式提供。
16、权利要求11要求的设备,其适合用电源插座或灯泡插座运行。
17、权利要求11要求的设备,其适合用电池或机动车点灯插座运行。
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