WO2003045541A2 - Device and method for producing foam - Google Patents
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Definitions
- the invention is in the field of foam production.
- Foams are used as raw materials for a variety of different materials.
- at least two fluids are mixed with one another that are limited or cannot be mixed at all.
- bubbles or drops of one fluid form in the other fluid.
- foams in the meaning used here includes foams of any kind, in particular also emulsions, which can be produced with the aid of the mixing of at least two fluids.
- the fluid that forms the bubbles / drops can be, for example, a gas, water, an alcohol, ether or CC1.
- the other of the two fluids is, for example, an aqueous solution, a silicate brine, an aluminosilicate brine, a polymerizable liquid, a paste, a slurry of metal-containing pastes, a cream, an oil, a silicone oil, a fat, etc.
- the mixing of the Both fluids to the foam take place in such a way that, for example, there is a hexagonal, densest packing of the bubbles / drops.
- such crystalline bubble / drop packs should have practically no structural defects, which leads to a high chemical, mechanical, hydrodynamic and thermodynamic stability of the foam formed.
- foams have a fairly broad distribution of the pore sizes. This shows the positive properties with regard to the chemical, mechanical properties , hydrodynamic and thermodynamic stability of the foam formed is therefore adversely affected. It is therefore desirable to form the foams with a defined size distribution of the drops / bubbles.
- the drops / bubbles can generally be closed as inclusions with at least one This surface can be defined.
- monoporous or monomodal foams in which the deposits have an essentially uniform size.
- the object of the invention is therefore to provide an improved method and an improved device for producing a foam, in particular a monoporous foam.
- the essential idea of the invention comprises the introduction of a fluid into another flowing fluid.
- the fluid passes through a feed space in the form of a channel, which has an opening at one end through which the fluid exits the feed space and arrives in an education chamber surrounding the opening to form deposits of the fluid.
- the other fluid in which the deposits are to be introduced for foam formation, flows through the formation chamber, so that the other fluid flows past the opening.
- deposits of the fluid are formed in the other fluid flowing past the opening. The deposits arise due to the formation of bubbles / drops in the area of the opening, through which. the fluid enters the formation chamber from the feed chamber.
- an expansion of the deposits is limited by a dimension of the formation chamber in the region of the opening, the dimension of the formation chamber in the region of the opening being less than or equal to an extension of a bubble / drop of the fluid is in a free flowing fluid stream of the other fluid.
- Such a design of the education chamber in the area of the opening leads to the formation of deposits with a defined size.
- drops / bubbles form, the size of which is limited by the size of the formation chamber in the area of the opening.
- the deposit forming in the area of the opening has a maximum size, which is defined by the formation chamber in the area of the opening, the deposit, that is to say the drop / bubble, is torn off by the other fluid flowing past the opening.
- deposits of the fluid of a defined size are formed in the other fluid, which form a so-called “one-dimensional” foam, that is to say a sequence of bubbles / drops of the fluid flowing in the formation chamber.
- the foam thus produced then flows in for further processing a collecting room, where the two or three-dimensional "crystalline" structure of the foam is created.
- foam in the meaning used here includes foams of any kind, in particular emulsions, which can be produced with the aid of the bubble / drop formation process described above.
- An expedient development of the invention provides that an inflow speed of the fluid is set through the opening into the formation chamber. In this way, the process parameters during the generation of the foam can be adjusted depending on the application in order to achieve a desired size of the deposits of the fluid in the other fluid.
- an inflow pressure is set when the fluid flows in through the opening of the feed space into the formation chamber.
- the feed space is formed in a feed device
- the feed device is made of an electrically conductive material and a time-varying electrical voltage is applied to influence a size of the deposits of the fluid in the other fluid.
- the formation process of the deposits (drops / bubbles) in the region of the opening when exiting the feed space into the feed chamber can be influenced.
- a desired size of the inclusions can be set.
- oligoporous foams can be produced in this way if the applied electrical voltage is varied during foam generation.
- a preferred embodiment of the invention provides that the foam is post-treated in the collecting space.
- the step of post-treating the foam in the collecting space can be a light treatment, a temperature treatment, a removal gassing, predrying, gel formation and / or polymerisation.
- Aftertreatment is provided, for example, when ceramic foams are produced from a sol.
- the foamed sol phase must first be converted into the gel phase, which corresponds to a polymerization. This gel is dried in the collecting room before it can be fired in an oven to avoid tearing the resulting ceramic.
- Finishing of a material based on the foam is made possible in an expedient embodiment of the invention in that the foam is finished in the collecting space.
- the step for the final treatment of the foam in the collecting space can include drying, heating small areas of the foam and / or polymerizing out.
- the foam is formed taking into account an external shape specification. In this way, it is possible to take into account the shape requirements of an object that is to be produced on the basis of the foam material when producing the foam material.
- the method for producing a foam can expediently be carried out with the aid of a microreactor device.
- a device can be formed in which a fluid can flow through at least two formation chambers, in each of which drops / bubbles are formed, the deposits in form the fluid.
- the flowing fluid with the deposits then passes from the at least two formation chambers into a common collection chamber.
- the process of forming the deposits (drops / bubbles) in the two education chambers can differ with regard to the size of the deposits. It can also be provided that drops / bubbles of different fluids are generated in the two formation chambers, which are then incorporated in the fluid flowing past. In this way, foams can be produced in which the deposits are formed by different fluids and / or have different pore sizes.
- Mineral foams can expediently be produced with the aid of the invention. Using the described method for generating the deposits in a fluid for
- Foaming and a subsequent sol-gel process and a subsequent vacuum vacuum drying can produce a monoporous ceramic.
- silicates, aluminosilicates or analogs can be used.
- the foams produced are characterized by a regular arrangement of inclusions with a delta function-like radius distribution that can be varied in a targeted manner. Materials created in this way can be used in filters, sieves or as thermal insulation foams for the lining of devices.
- the invention can also be used to produce foamed supports for supported catalysts.
- the described process for generating the deposits is coupled with a sol-gel process, subsequent metal ion impregnation and subsequent vacuum drying and heating.
- ceramic supported catalysts can be produced.
- the foam materials are in turn characterized by a regular arrangement of the deposits with a delta-function-like radius distribution that can be varied in a targeted manner.
- the moldable foamed supported catalysts can be used in various applications, for example heterogeneous catalysis, CH 4 oxidation or CO ⁇ CO 2 on supported Pd catalysts.
- the method for foam formation can also be used expediently to produce metallic foams, in particular metallic microfoams, for example for zinc or aluminum foams.
- the foam formation described can be used to produce oxidic foams.
- monomodal emulsions can be produced with the aid of oxidic slurries.
- a framework of the fluid in which the deposits are formed can be solidified into an oxidic foam with the aid of subsequent “burning” or “glazing”.
- a foam formed here is characterized by a regular arrangement of the deposits with a delta-function-like radius distribution of the deposits that can be varied in a targeted manner.
- Such oxidic foams are resistant to high temperatures and can be used as inert foams for linings in furnaces or combustion chambers, for example based on ZrO 2 , HfO 2 or Al 2 O 3 ).
- the method for foam formation can be used to produce a foamed glass.
- the deposit raging fluid forms a gas so that a gas / liquid system is used to form the foam, with kaolinic / silicate slurries flowing.
- a subsequent micro-glass melt leads to the formation of the foamed glass.
- a foamed glass produced in this way can be used as a glass foam for frits, filters and sieves.
- both fluids can contain suitable active substances or combinations of active substances, which can be used, for example, for cosmetic or medical applications. It can be vitamins in skin creams.
- other substances such as stabilizers, emulsifiers, surfactants, preservatives or abrasives can be introduced in one fluid or distributed over several fluids and in this way the emulsion can be defined in the foam.
- the active substance contents in the size-controlled deposits can be defined in an advantageous manner.
- FIG. 1A shows a schematic illustration of a microreactor for producing a one-dimensional monoporous foam
- FIG. 1B shows a schematic representation of a microreactor for producing monomodal encapsulated deposits
- FIG. 2 shows a schematic illustration of a microreactor for producing a two- or three-dimensional monoporous foam
- FIG. 3 shows a schematic illustration of a microreactor for producing a three-dimensional monoporous foam
- FIG. 4A shows a schematic illustration of a microreactor for producing a monodisperse foam with an electrode arrangement for decomposing a fluid
- FIG. 4B shows a representation for a time-dependent voltage curve when using the electrode arrangement in FIG. 4A
- Figure 5 is a schematic representation of another microreactor for generating a monocrystalline foam using a hydrodynamic surface instability.
- FIG. 1A shows a schematic illustration of a microreactor 1 for producing a crystalline foam.
- foam in the meaning used here also includes emulsions which can be produced in an analogous manner with the aid of the microreactor 1.
- the microreactor 1 is shown in cross section.
- a feed device 3 is at least partially arranged in a hollow body 2, which is preferably tubular.
- a fluid F is introduced through a feed space 4 formed in the feed device 3.
- the fluid F ⁇ flows through the feed chamber 4 and enters via an opening 5 at one end 6 of the feed device 3 from the feed chamber 4 into a formation chamber 7, which begins in the hollow body 2 in the region of the opening 5 and downstream in the hollow body 2 continues from the opening 5 away.
- another fluid F1 is introduced into the hollow body 2 via a feed device 8, which in the simplest case is a hose coupling to the microreactor 1.
- the other fluid is introduced Fl 2 in the hollow body 2 so that it flows along the supply means 3 by a portion 9 and flows past the opening 5 in the forming chamber. 7
- the potting / blistering is particularly effective if the feed device 3 is a capillary.
- the bubble / drop is designated in FIG. 1A in an initial size and an end size by reference numerals 10a and 10b, respectively.
- the expansion of the bubble / drop at the opening 5 increases continuously up to the final size 10b.
- the final size 10b is limited by a dimension 11 of the formation chamber 7 in the area around the opening 5.
- the value for the expansion of a bubble / drop for a specific fluid is known or can be determined experimentally. In this way it is ensured that the bladder / drop does not tear off from the opening 5 due to the flow of the other fluid Fl 2 as a rule only when the bladder / drop has the final size 10b has reached. In order to achieve this goal, the flow velocities of the fluid F and the other fluid Fl 2 must be coordinated. With the help of the definition of the dimension 11, the size of the deposits can be predefined on the basis of the drops / bubbles formed in the opening 5 in the other fluid F1 2 .
- the bubbles / drops form deposits 12 in the fluid Fl 2 , so that a foam is formed.
- the one-dimensional foam produced in this way then passes into a collecting space 13, in which a crystalline structure of the foam can form.
- the crystalline foam can be formed in the collecting space 13 or in a downstream container (not shown in FIG. 1A).
- a foam formed in this way has a monoporous structure.
- Such a foam has a high chemical, mechanical, hydrodynamic and thermodynamic stability because it has a crystalline foam lattice. Any gases, water, alcohol, ether, CC1 4 etc. can be used as the fluid Fh.
- the other fluid F1 can be, for example, an aqueous solution, a silicate brine, an aluminosilicate brine, a polymerizable liquid, a paste, a slurry of a metal-containing paste, a cream, an oil, a silicone oil, a fat or another solution.
- the foams formed in the manner described have no or only negligible construction defects with regard to the distribution of the deposits which are formed with the aid of the drops / bubbles.
- the other fluid F1 is due for polymerization, it is possible, for example, to produce solid foams with very special thermal insulation properties or crystalline foams which form excellent electrical insulators.
- materials with which ceramics or glasses can be produced permit the production of a monoporous ceramic or a monoporous glass with the aid of the described method.
- Monoporous ceramics form a new carrier material for catalysts.
- the fluid Fli can be air
- the fluid Fl 2 is a sol of silicates and aluminumates with a surface-active reagent, for example long-chain, tertiary ammonium compounds.
- a surface-active reagent for example long-chain, tertiary ammonium compounds.
- Monoporous metallic foams produced with the aid of the described method are very light in comparison to compact metals and have a higher mechanical stability than foamed metals, in particular a higher resistance to breakage. she form materials that can be used in the field of lightweight metal construction.
- a targeted aftertreatment of the foam produced can be carried out in the collection chamber 13.
- the aftertreatment can include, for example, predrying, gel formation (sol-gel process) and or anpolymerization.
- the resulting foams remain plastically deformable so that they can be led out of the collecting chamber 13 of the microreactor 1.
- Aftertreatment can be followed by a final treatment, including shaping for a foam workpiece.
- the final treatment includes, for example, drying, vigorous heating in a very small area (burning, sintering, metallizing) and / or polymerization, for example with the aid of photo-curing by exposure to light.
- Mineral foams can be produced on the basis of the described method with the aid of the microreactor 1 shown in FIG. 1A.
- the fluid is Fli. a gas which flows into the other fluid Fl 2 , so that the bubble formation process described with reference to FIG. 1A takes place.
- the foam is then subjected to a sol-gel process and subsequent vacuum drying, so that a monoporous ceramic can be produced therefrom in a final treatment (firing).
- a monoporous ceramic can be produced therefrom in a final treatment (firing).
- This can be done, for example, using silicates, aluminosilicates or analogs.
- the monoporous ceramic has a regular arrangement of deposits (bubbles or pores). Materials produced in this way can be used for filters, sieves or thermal insulation foams for the lining of devices.
- the foam formation process described can in turn be coupled with a sol-gel process in order to produce foam-borne catalysts.
- the sol-gel process is followed by metal ion impregnation and subsequent vacuum drying.
- metal ion impregnation and subsequent vacuum drying can be provided.
- in-situ catalyst impregnation and subsequent vacuum drying can be provided.
- a ceramic supported catalyst material is formed, which can be used as a starting material for supported catalysts in various applications.
- the method of foam formation described in connection with FIG. 1A can also be used to produce metallic foams.
- the fluid Fli is preferably an inert gas, for example an inert gas
- the fluid Fl 2 is a liquid.
- the 1A can also be used to produce another type of metallic foam.
- These purely metallic foams are produced in such a way that both the fluid Fli and the fluid Fl 2 are in the liquid state.
- These fluids are, for example, molten metals, slurries, pastes or pasty fluids. With the help of a subsequent laser metallization and combustion of organic residues, a metallic foam with a regular arrangement of deposits can be generated. Metallic microfoams are created in this way.
- oxidic foams using the method described.
- a monomodal emulsion can be generated.
- the framework of the other fluid F1 2 can be solidified into an oxidic foam by means of subsequent firing or glazing.
- high-temperature-resistant, inert foams for linings of furnaces or combustion chambers can be produced.
- the fluid Fli is introduced in the form of a gas in the other fluid Fl 2 , which is a liquid.
- Fl 2 kaolinic / silicate slurries
- a subsequent micro-glass melt leads to the formation of foamed glasses. In this way, glass foams for frits, filters or sieves can be produced.
- stable, flowable emulsions can also be produced which are suitable for depositing, for example, cosmetic active ingredients in the deposits (bubbles / drops 12).
- suitable monoporous emulsions can be produced for the production of cosmetic products or foods.
- FIG. 1B shows a schematic representation of a microreactor for producing a slurry of encapsulated bubbles / drops.
- FIG. 1A shows a schematic representation of a microreactor for producing a slurry of encapsulated bubbles / drops.
- the same Switzerlands Schweizer as used in Figure 1A.
- the formation of the bubbles / drops in the region of the opening 5 of the hollow body 2 was described in detail above with reference to FIG. 1A.
- the bubbles / drops form deposits 12 of the fluid Fli in the fluid Fl 2 , which form a three-dimensional foam in the hollow body 2.
- the deposits 12 of the fluid Fli in the fluid Fl enter a further fluid Fl 3 , that through a further supply space 14 past the hollow body 2 into an encapsulation space 16 streams.
- a chemical reaction with the fluid Fl 3 then takes place in the encapsulation space 16 at the phase interface between the fluid F, from which the bubbles / drops are formed, to the fluid Fl 2 , which results in a dense, movable or firm, rigid skin 15 of the deposits 12 leads so that “encapsulated” deposits 17 are formed.
- the bubbles / drops 17 encapsulated in this way do not form a well-ordered foam in the collecting container 13 but a loose slurry of monomodal encapsulated bubbles / drops 17.
- microdepots in the form of isolated spherical shells for medicines can be produced in this way. This enables, for example, a very precise microdosing of long-term medication.
- the formation of the microdepots is possible with the aid of the microreactor 1 according to FIG. 1B, since a defined configuration of the inclusions and an encapsulation of the fluid Fli can be set with regard to the size in the other fluid F1.
- FIG. 2 shows a schematic illustration of another microreactor 20.
- a plurality of formation chambers 21a, 21b, 21c, 21d are arranged side by side.
- An opening 22a-22d of a feed space 23a-23d is arranged in each of the formation chambers 21a-21d, so that a different fluid Fl 2 , Fl 3 , Fl 4 or Fl 5 can flow into the formation chamber 21a-21d.
- Fl 2 -Fl 5 flows in , the bubble A drop formation process described in connection with FIG. 1 takes place in the area of the opening 22a-22d. Fluid F flows past opening 22a-22d as described with reference to FIG.
- Foam is then generated in the formation chamber 21a-21d.
- the Foam then passes from the formation chamber 21a-21d into a common collection chamber 24.
- the flows of the fluids Fl 2 , Fl 3 , Fl 4 and Fl 5 must be decoupled before entering the feed spaces 23 a - 23 d so that feedback occurs can be avoided via the education chamber 21a-21d.
- a dimension 25a-25d of the formation chamber 21a-21d in the area of the opening 22a-22d is in each case smaller or equal to the diameter of a drop / bubble of the respective other fluid Fl, Fl 3 , Fl 4 or Fl 5 in a free-flowing fluid stream of the other Fluids Fli. This ensures that the same size is generated in the education chamber 21 a-21 d.
- the respective formation chambers 21a-21d have different cross-sectional dimensions, so that bubbles / drops of different sizes are generated. This enables the production of oligoporous foams.
- the parameters of the bubble / drop formation can also be influenced by the fact that the other fluids Fl 2 -Fl 5 flow through the respective feed space 23a-23d at different flow rates.
- the other fluids Fl 2 , Fl 3 , Fl 4 , FI 5 each flow into the other fluid Fh at a defined pressure.
- the feed device 3 or the respective feed devices in which the feed spaces 23a-23c are formed are made of an electrically conductive material so that they can be subjected to an electrical pulsed voltage.
- a defined frequency spectrum can be selected for the applied voltage in order to influence the formation of drops / bubbles in the area of the opening 5 or 22a-22d.
- the size of the drop / bubble and the frequency of their formation can be influenced.
- the pulsed voltage used here is expediently chosen so that polarity, the selected frequency spectrum and the voltage level support a predetermined detachment of bubbles / drops from the opening 5 or 22a-22b.
- FIG. 3 shows a schematic illustration of a further microreactor 30 which, in a manner analogous to the other microreactor 20 according to FIG. 2, has a plurality of feed devices 31a, 31b with feed spaces 32a, 32b, which via a respective opening 33a, 33b to a respective education chamber 34a and 34b.
- the feed device 31a, 31b can also be designed as a respective capillary in this exemplary embodiment.
- the Bla- Sen / drops enter at the openings 35 a, 35 b of the formation chambers 34 a, 34 b into a common bubble collection chamber 36.
- electrodes of different shape, size and material can be used for the formation of bubbles / droplets which, for example due to an electrochemical reaction on their surfaces, generate a fluid from a surrounding fluid, which in the form of bubbles or droplets in a capillary designed as a formation chamber other fluid flowing past.
- bubbles / droplets of uniform size can be generated, which are arranged in the flow of the other fluid flowing past the electrodes to form a crystalline foam / emulsion. If several electrodes are used, different pulsed voltages with different frequency spectra can also be applied to the electrodes.
- bubbles / drops of different sizes can be generated on the plurality of electrodes.
- the pulsed voltages used here are advantageously selected / regulated so that the polarity, the selected frequency spectrum and the selected voltage level support the desired detachment of bubbles.
- FIG. 4A shows a schematic representation of a further microreactor 100 for producing a crystalline / monodisperse foam in cross section.
- An electrode 300 is at least partially arranged in a hollow body 2, which is preferably tubular.
- the electrode 300 is made of a conductive material, for example metal, which was selected in accordance with one for the electrolysis of the liquid fluid Fl 2 and a desired electrochemical reaction.
- the electrode 300 can be partially (not shown in FIG. 4A) provided with an electrically non-conductive coating, which makes it possible to limit the surface of the electrode 300 on which the reaction takes place.
- An electrochemical half cell is formed on the electrode 300. Depending on the desired reaction, the electrode 300 can be operated as an anode or as a cathode of the electrochemical half cell.
- a fluid F1 is passed through the hollow body 2.
- a constant or even to the desired reaction matched by means of applying, varying over time, periodic or chaotic voltage between the electrode 300 and a counter electrode 301 formed on the electrode 300 by the decomposition of the fluid Fl 2 interlining wrung 12 in the fluid Fl. 2
- the initial size of the inclusions 12 is designated 10a, the final size 10b.
- the deposits 12 are filled with a further fluid Fli, for example with gas, which is hydrogen when the electrode 300 is operated as a cathode for water decomposition.
- the counter electrode 301 is electrically conductive and is formed from a suitable material, for example metal, in accordance with the desired reaction.
- the fluid Fl 2 is fed in via a feed device 8 and flows through an area 9 past an electrode tip 306, at which the further fluid Fli is formed by the decomposition reaction of the fluid Fl, into the formation chamber 7.
- the droplet formation at the electrode tip 306 takes place in such a way that that the expansion increases from the initial size 10a, which is shown enlarged in FIG. 4A for better illustration, to the final size 10b.
- the extent is limited by the dimension 11 of the formation chamber 7 in the area around the electrode tip 306.
- the deposits 12 form in the formation chamber 7, so that a one-dimensional foam is formed. This is collected in the collecting space 13, in which the crystalline foam structure is formed, and shaped in a suitable manner, provided that a solid foam is sought as a product.
- FIG. 4B shows an example of the course of a time-varying current at the voltage source 307.
- a positive voltage is present during a time interval ti, so that, for example, oxygen is formed on the electrode 300, which forms an anode during the time interval ti.
- the polarity is reversed during a time interval t 2 .
- a potential is applied, for example a weakly positive potential, in which no bubbles arise.
- the method described with reference to FIGS. 4A and 4B is the production of a foam, in particular a monoporous foam, in which the Inclusions 12 are generated with the aid of an at least partial decomposition of a fluid Fli on an electrode arrangement, the extent of the inclusions being limited by the dimension in the area where the inclusions (bubbles / drops) 12 are formed.
- a method can be provided which is carried out alternatively and is also used for the various described use cases can be used to produce a monodisperse or an oligodisperse foam.
- the alternative method two immiscible liquid fluids, which have a very different viscosity, are guided past each other in lamellar fashion at different speeds.
- the one fluid can be, for example, water, alcohol, ether, CC1 4 , etc.
- the other fluid is, for example, a silicate brine, an aluminosilicate brine, a polymerizable liquid, a paste, a slurry, a slurry of metal-containing pastes, a cream, an oil, a silicone oil, a fat, etc.
- the hydrodynamic interface instabilities (waves) that occur when flowing past rise as they flow past and form a regular pattern of the drops of the one fluid enclosed in the other fluid. Due to the characteristic modes of the hydrodynamic system, this leads to a very narrow, for example monomodal or bimodal, size distribution of the radii of the drop-like deposits of one fluid in the other fluid. A prerequisite for the formation of the characteristic modes is a sufficient distance along which the two fluids flow past one another in a narrow education area.
- FIG. 5 shows a schematic illustration of another microreactor 500 for producing a monocrystalline foam from two immiscible liquid fluids Fli, Fl 2 .
- the other microreactor 500 is shown in cross section.
- a feed device 3 which in turn is a tubular hollow body, is at least partially arranged in a preferably tubular hollow body 2.
- a fluid Fli is introduced through a feed space 4 formed in the feed device 3.
- the fluid Fli flows through the feed chamber 4 and enters via an opening 5 at one end 6 of the feed device 3 from the feed chamber 4 into a "virtual" education chamber 70 delimited by another fluid Fl 2 , which is located in the hollow body 2 in the region of the opening - 5 begins and continues in the hollow body 2 downstream of the opening 5 away.
- the liquid other fluid Fl 2 is inserted into the hollow body 2 via a further supply space 504th
- the fluid and the other fluid Fl 2 flow through the microreactor 500 in the same direction, the respective flow rates being coordinated with one another in such a way that hydrodynamic interface instabilities of defined modes form at an interface 516 of the fluids Fli, Fl.
- a wavelength 514 of the developing interface instabilities 516 is in the order of a diameter 511 of a virtual education room 505.
- the (real) education room 7 preferably has a durometer 513, which is only slightly larger than the diameter 511 of the virtual education room 505. It these are flow velocities that result in a slow flow.
- the diameter 511 of the virtual education space 505 can differ from the diameter 512 of the feed space 4.
- the bubbles 12 then have a diameter which corresponds to the diameter 511 of the virtual education space 505 / the wavelength 514 of the interface instability 516.
- the flow velocities of the fluids Fli, Fl 2 to be mixed are regulated by means of regulating devices (not shown in FIG. 5).
- the method described with reference to FIG. 5 is the production of a foam, in particular a monoporous foam, in which the deposits are generated as a result of hydrodynamic instabilities at the interface between two fluids Fli, Fl 2 flowing past one another in a narrow formation chamber.
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Abstract
Description
Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Schaums Device and method for producing a foam
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Herstellens von Schäumen.The invention is in the field of foam production.
Schäume werden als Ausgangsmaterialien für eine Vielzahl verschiedener Werkstoffe verwendet. Zum Herstellen eines Schaums werden wenigstens zwei Fluide miteinander vermengt, die begrenzt oder gar nicht miteinander mischbar sind. Bei der Vermengung der beiden Fluide bilden sich Blasen oder Tropfen des einen Fluids in dem anderen Fluid. Der Begriff Schäume in der hier verwendeten Bedeutung umfaßt Schäume beliebiger Art, insbeson- dere auch Emulsionen, die mit Hilfe der Vermengung von wenigstens zwei Fluiden hergestellt werden können. Bei dem Fluid, welches die Blasen/Tropfen bildet, kann es sich beispielsweise um ein Gas, Wasser, ein Alkohol, Äther oder CC1 handeln. Das andere der beiden Fluide ist beispielsweise eine wäßrige Lösung, eine silikatische Sole, eine alumosilikati- sche Sole, eine polymerisierbare Flüssigkeit, eine Paste, eine Aufschlemmung metallhaltiger Pasten, eine Creme, ein Öl, ein Silikonöl, ein Fett, usw. Das Vermengen der beiden Fluide zu dem Schaum erfolgt derart, daß sich beispielsweise eine hexagonale dichteste Kugelpackung der Blasen/Tropfen ergibt. Derartige kristalline Blasen-/Tropfenpackungen sollten abgesehen von den typischen Kristallbaufehlern eines jeden „Realkristalls" praktisch keine Baufehler aufweisen, was zu einer hohen chemischen, mechanischen, hydrodynamischen und thermo- dynamischen Stabilität des gebildeten Schaums führt. Diese positiven Eigenschaften des gebildeten Schaums hängen jedoch davon ab, in welchem Umfang es gelingt, eine Größenverteilung der die Poren des Schaums bildenden Tropfen/Blasen zu erzielen, die möglichst einheitlich ist. Üblicherweise verfügen Schäume über eine recht breite Verteilung der Porengrößen. Hierdurch werden die positiven Eigenschaften hinsichtlich der chemischen, mechani- sehen, hydrodynamischen und thermodynamischen Stabilität des gebildeten Schaums nachteilig beeinflußt. Es ist deshalb wünschenswert, die Schäume mit einer definierten Größenverteilung der Tropfen/Blasen zu bilden. Die Tropfen/Blasen können allgemein als Einlagerungen mit wenigstens einer geschlossenen Oberfläche definiert werden. Von besonderer Bedeutung sind in diesem Zusammenhang monoporöse bzw. monomodale Schäume, bei denen die Einlagerungen eine im wesentlichen einheitliche Größe aufweisen. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen eines Schaums anzugeben, insbesondere eines monoporösen Schaums.Foams are used as raw materials for a variety of different materials. To produce a foam, at least two fluids are mixed with one another that are limited or cannot be mixed at all. When the two fluids are mixed, bubbles or drops of one fluid form in the other fluid. The term foams in the meaning used here includes foams of any kind, in particular also emulsions, which can be produced with the aid of the mixing of at least two fluids. The fluid that forms the bubbles / drops can be, for example, a gas, water, an alcohol, ether or CC1. The other of the two fluids is, for example, an aqueous solution, a silicate brine, an aluminosilicate brine, a polymerizable liquid, a paste, a slurry of metal-containing pastes, a cream, an oil, a silicone oil, a fat, etc. The mixing of the Both fluids to the foam take place in such a way that, for example, there is a hexagonal, densest packing of the bubbles / drops. Apart from the typical crystal defects of each “real crystal”, such crystalline bubble / drop packs should have practically no structural defects, which leads to a high chemical, mechanical, hydrodynamic and thermodynamic stability of the foam formed. However, these positive properties of the foam formed depend on it to what extent it is possible to achieve a size distribution of the droplets / bubbles forming the pores of the foam that is as uniform as possible. Usually, foams have a fairly broad distribution of the pore sizes. This shows the positive properties with regard to the chemical, mechanical properties , hydrodynamic and thermodynamic stability of the foam formed is therefore adversely affected. It is therefore desirable to form the foams with a defined size distribution of the drops / bubbles. The drops / bubbles can generally be closed as inclusions with at least one This surface can be defined. Of particular importance in this context are monoporous or monomodal foams, in which the deposits have an essentially uniform size. The object of the invention is therefore to provide an improved method and an improved device for producing a foam, in particular a monoporous foam.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 1 und eine Mi- kroreaktor- Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by a method according to independent claim 1 and a microreactor device according to claim 10.
Die Erfindung umfaßt als wesentliche Gedanken das Einbringen eines Fluids in einem strömenden anderen Fluid. Das Fluid gelangt hierbei durch einen kanalförmig ausgebildeten Zufuhrraum, der an einem Ende eine Öffnung aufweist, durch die das Fluid aus dem Zuführraum austritt und zum Bilden von Einlagerungen des Fluids in eine die Öffnung umgebende Bil- dungskammer gelangt. Das andere Fluid, in welchem zur Schaumbildung die Einlagerungen eingebracht werden sollen, durchströmt die Bildungskammer, so daß das andere Fluid an der Öffnung vorbei strömt. Beim Austreten des Fluids aus dem Zuführraum durch die Öffnung werden Einlagerungen des Fluids in dem an der Öffnung vorbeiströmenden anderen Fluid gebildet. Die Einlagerungen entstehen aufgrund einer Blasen-/Tropfenbildung im Bereich der Öffnung, durch welche. das Fluid aus dem Zuführraum in die Bildungskammer eintritt. Zur Ausbildung von Einlagerungen (Blasen/Tropfen) des Fluids in dem anderen Fluid wird eine Ausdehnung der Einlagerungen durch eine Abmessung der Bildungskammer im Bereich der Öffnung begrenzt, wobei die Abmessung der Bildungskammer im Bereich der Öffnung kleiner oder gleich einer Ausdehnung einer Blase/eines Tropfens des Fluids in einem freiströ- menden Fluidstrom des anderen Fluids ist. Eine derartige Gestaltung der Bildungskammer im Bereich der Öffnung führt dazu, daß Einlagerungen mit einer definierten Größe gebildet werden. Beim Austreten des Fluids- aus der Öffnung bilden sich Tropfen/Blasen deren Größe jedoch durch die Abmessung der Bildungskammer im Bereich der Öffnung begrenzt wird. Wenn die sich im Bereich der Öffnung bildende Einlagerung eine maximale Größe aufweist, die durch die Bildungskammer im Bereich der Öffnung definiert wird, wird die Einlagerung, das heißt der Tropfen/die Blase von dem an der Öffnung vorbeiströmenden anderen Fluid abgerissen. Auf diese Weise werden in dem anderen Fluid Einlagerungen des Fluids mit definierter Größe gebildet, die einen sogenannten „eindimensionalen" Schaum bilden, das heißt eine in der Bildungskammer fließende Folge von Blasen/Tropfen des Fluids. Der so erzeugte Schaum strömt dann zur weiteren Verarbeitung in einen Sammelraum, wo die zwei oder dreidimensionale „kristalline" Struktur des Schaums entsteht. Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, Schäume zu erzeugen, bei denen die Einlagerungen (Tropfen/Blasen) eine definierte Größe aufweisen. Wenn die Größe aller Einlagerungen im wesentlichen gleich ist, handelt es sich um einen monoporösen Schaum, welcher über eine hohe chemische, mechanische, hydrodynamische und thermodynamische Stabilität verfügt. Wie oben erwähnt, umfaßt der Begriff Schaum in der hier verwendeten Bedeutung Schäume beliebiger Art, insbesondere Emulsionen, die mit Hilfe des oben beschriebenen Blasen- /Tropfenbildungsprozeß hergestellt werden können.The essential idea of the invention comprises the introduction of a fluid into another flowing fluid. In this case, the fluid passes through a feed space in the form of a channel, which has an opening at one end through which the fluid exits the feed space and arrives in an education chamber surrounding the opening to form deposits of the fluid. The other fluid, in which the deposits are to be introduced for foam formation, flows through the formation chamber, so that the other fluid flows past the opening. When the fluid emerges from the supply space through the opening, deposits of the fluid are formed in the other fluid flowing past the opening. The deposits arise due to the formation of bubbles / drops in the area of the opening, through which. the fluid enters the formation chamber from the feed chamber. To form deposits (bubbles / drops) of the fluid in the other fluid, an expansion of the deposits is limited by a dimension of the formation chamber in the region of the opening, the dimension of the formation chamber in the region of the opening being less than or equal to an extension of a bubble / drop of the fluid is in a free flowing fluid stream of the other fluid. Such a design of the education chamber in the area of the opening leads to the formation of deposits with a defined size. When the fluid exits the opening, drops / bubbles form, the size of which is limited by the size of the formation chamber in the area of the opening. If the deposit forming in the area of the opening has a maximum size, which is defined by the formation chamber in the area of the opening, the deposit, that is to say the drop / bubble, is torn off by the other fluid flowing past the opening. In this way, deposits of the fluid of a defined size are formed in the other fluid, which form a so-called “one-dimensional” foam, that is to say a sequence of bubbles / drops of the fluid flowing in the formation chamber. The foam thus produced then flows in for further processing a collecting room, where the two or three-dimensional "crystalline" structure of the foam is created. With the help of the invention it is possible to produce foams in which the deposits (drops / bubbles) have a defined size. If the size of all the deposits is essentially the same, it is a monoporous foam which has high chemical, mechanical, hydrodynamic and thermodynamic stability. As mentioned above, the term foam in the meaning used here includes foams of any kind, in particular emulsions, which can be produced with the aid of the bubble / drop formation process described above.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß eine Einströmgeschwindigkeit des Fluids durch die Öffnung in die Bildungskammer eingestellt wird. Auf diese Weise kön- nen die Verfahrensparameter beim Erzeugen des Schaums in Abhängigkeit vom Anwendungsfall eingestellt werden, um eine gewünschte Größe der Einlagerungen des Fluids in dem anderen Fluid zu erreichen.An expedient development of the invention provides that an inflow speed of the fluid is set through the opening into the formation chamber. In this way, the process parameters during the generation of the foam can be adjusted depending on the application in order to achieve a desired size of the deposits of the fluid in the other fluid.
Alternativ oder ergänzend kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform zu dem gleichen Zweck vorgesehen sein, daß ein Einstromdruck beim Einströmen des Fluids durch die Öff- nung des Zuführraums in die Bildungskammer eingestellt wird.Alternatively or additionally, it can be provided in an advantageous embodiment for the same purpose that an inflow pressure is set when the fluid flows in through the opening of the feed space into the formation chamber.
Vorteilhaft kann bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß der Zuführraum in einer Zuführeinrichtung gebildet ist, die Zuführeinrichtung aus einem elektrisch leitenden Material ist und zur Beeinflussung einer Größe der Einlagerungen des Fluids in dem anderen Fluid mit einer zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung beaufschlagt wird. Mit Hilfe der elektrischen Spannung kann der Bildungsprozeß der Einlagerungen (Tropfen/Blasen) im Bereich der Öffnung beim Austritt aus dem Zuführraum in die Zuführkammer beeinflußt werden. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit von dem zu bildenden Schaummaterial eine gewünschte Größe der Einlagerungen eingestellt werden. Insbesondere können hierdurch oli- goporöse Schäume erzeugt werden, wenn die angelegte elektrische Spannung während der Schaumerzeugung variiert wird.It can advantageously be provided in one embodiment of the invention that the feed space is formed in a feed device, the feed device is made of an electrically conductive material and a time-varying electrical voltage is applied to influence a size of the deposits of the fluid in the other fluid. With the aid of the electrical voltage, the formation process of the deposits (drops / bubbles) in the region of the opening when exiting the feed space into the feed chamber can be influenced. In this way, depending on the foam material to be formed, a desired size of the inclusions can be set. In particular, oligoporous foams can be produced in this way if the applied electrical voltage is varied during foam generation.
Um das vorgeschlagene Verfahren an die verschiedenen Anforderungen beim Herstellen von Materialien auf Basis des erzeugten Schaums anpassen zu können, sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß der Schaum in dem Sammelraum nachbehandelt wird.In order to be able to adapt the proposed method to the various requirements when manufacturing materials based on the foam produced, a preferred embodiment of the invention provides that the foam is post-treated in the collecting space.
Bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung kann der Schritt zum Nachbehandeln des Schaums in dem Sammelraum eine Lichtbehandlung, eine Temperaturbehandlung, eine Ent- gasung, eine Vortrocknung, eine Gelbildung und/oder eine Anpolymerisation umfassen. Eine Nachbehandlung ist beispielsweise vorgesehen, wenn keramische Schäume aus einem Sol erzeugt werden. Die aufgeschäumte Solphase muß zuerst in die Gelphase überführt werden, was einer Polymerisation entspricht. Dieses Gel wird im Sammelraum getrocknet, bevor es in einem Ofen gebrannt werden kann, um ein Zerreißen der entstehenden Keramik zu vermeiden.In an expedient development of the invention, the step of post-treating the foam in the collecting space can be a light treatment, a temperature treatment, a removal gassing, predrying, gel formation and / or polymerisation. Aftertreatment is provided, for example, when ceramic foams are produced from a sol. The foamed sol phase must first be converted into the gel phase, which corresponds to a polymerization. This gel is dried in the collecting room before it can be fired in an oven to avoid tearing the resulting ceramic.
Eine Endfertigung eines Materials auf Basis des Schaums wird bei einer zweckmäßigen Aus- ftüirungsform der Erfindung dadurch ermöglicht, daß der Schaum in dem Sammelraum endbehandelt wird. In Abhängigkeit von einem Anwendungsfall kann der Schritt zur Endbe- handlung des Schaums in dem Sammelraum eine Trocknung, ein Erhitzen kleiner Bereiche des Schaums und/oder eine Auspolymerisation umfassen.Finishing of a material based on the foam is made possible in an expedient embodiment of the invention in that the foam is finished in the collecting space. Depending on an application, the step for the final treatment of the foam in the collecting space can include drying, heating small areas of the foam and / or polymerizing out.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Schaum unter Berücksichtigung einer äußeren Formvorgabe gebildet wird. Auf diese Weise ist es möglich, bei der Herstellung des Schaummaterials bereits Formanforderungen eines Gegen- Stands zu berücksichtigen, der auf Basis des Schaummaterials hergestellt werden soll.In an advantageous embodiment of the invention it can be provided that the foam is formed taking into account an external shape specification. In this way, it is possible to take into account the shape requirements of an object that is to be produced on the basis of the foam material when producing the foam material.
Das Verfahren zur Herstellung eines Schaums kann zweckmäßig mit Hilfe einer Mikroreak- tor- Vorrichtung ausgeführt werden. Um einen Schaum zu erzeugen, der über Einlagerungen mit verschiedenen Größen und/oder Einlagerungen verschiedener Fluide verfügt, kann eine Vorrichtung gebildet werden, bei der ein Fluid wenigstens zwei Bildungskammem durch- strömen kann, in denen jeweils Tropfen/Blasen gebildet werden, die Einlagerungen in dem Fluid bilden. Aus den wenigstens zwei Bildungskammern gelangt das strömende Fluid mit den Einlagerungen dann in eine gemeinsame Sammelkammer. Der Prozeß der Bildung der Einlagerungen (Tropfen/Blasen) in den beiden Bildungskammern kann sich hinsichtlich der Größe der Einlagerungen unterscheiden. Es kann auch vorgesehen sein, daß in den beiden Bildungskammern Tropfen/Blasen verschiedener Fluide erzeugt werden, die sich dann in dem vorbeiströmenden Fluid einlagern. Auf diese Weise können Schäume erzeugt werden, bei denen die Einlagerungen von verschiedenen Fluiden gebildet sind und/oder unterschiedlichen Porengrößen aufweisen.The method for producing a foam can expediently be carried out with the aid of a microreactor device. In order to produce a foam that has deposits of different sizes and / or deposits of different fluids, a device can be formed in which a fluid can flow through at least two formation chambers, in each of which drops / bubbles are formed, the deposits in form the fluid. The flowing fluid with the deposits then passes from the at least two formation chambers into a common collection chamber. The process of forming the deposits (drops / bubbles) in the two education chambers can differ with regard to the size of the deposits. It can also be provided that drops / bubbles of different fluids are generated in the two formation chambers, which are then incorporated in the fluid flowing past. In this way, foams can be produced in which the deposits are formed by different fluids and / or have different pore sizes.
Mit Hilfe der Erfindung können zweckmäßig mineralische Schäume erzeugt werden. Unter Nutzung des beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen der Einlagerungen in einem Fluid zurMineral foams can expediently be produced with the aid of the invention. Using the described method for generating the deposits in a fluid for
Schaumbildung und eines anschließenden Sol-Gel-Prozesses sowie einer nachfolgenden Va- kuumtrocknung kann eine monoporöse Keramik erzeugt werden. Hierbei können beispielsweise Silikate, Alumosilikate oder Analoga verwendet werden. Die erzeugten Schäume sind durch eine reguläre Anordnung von Einlagerungen mit einer gezielt variierbaren Delta- funktionsartigen Radienverteilung gekennzeichnet. Hierdurch geschaffene Materialien können in Filtern, Sieben oder als Wärmeisolationsschäume für Auskleidungen von Geräten verwendet werden.Foaming and a subsequent sol-gel process and a subsequent vacuum vacuum drying can produce a monoporous ceramic. For example, silicates, aluminosilicates or analogs can be used. The foams produced are characterized by a regular arrangement of inclusions with a delta function-like radius distribution that can be varied in a targeted manner. Materials created in this way can be used in filters, sieves or as thermal insulation foams for the lining of devices.
Mit Hilfe der Erfindung können weiterhin geschäumte Träger für Trägerkatalysatoren erzeugt werden. Das beschriebene Verfahren zum Erzeugen der Einlagerungen wird mit einem Sol- Gel-Prozeß, anschließender Metallionenimprägnierung und nachfolgender Vakuumtrocknung sowie Erhitzung gekoppelt. Hierdurch können keramische Trägerkatalysatoren erzeugt werden. Die Schaummaterialien sind wiederum durch eine reguläre Anordnung der Einlagerungen mit einer gezielt variierbaren Delta-funktionsartigen Radienverteilung gekennzeichnet. Die formbaren geschäumten Trägerkatalysatoren können in verschiedenen Anwendungen genutzt werden, beispielsweise heterogene Katalyse, CH4-Oxidation oder CO→CO2 auf Pd- Trägerkatalysatoren.The invention can also be used to produce foamed supports for supported catalysts. The described process for generating the deposits is coupled with a sol-gel process, subsequent metal ion impregnation and subsequent vacuum drying and heating. In this way, ceramic supported catalysts can be produced. The foam materials are in turn characterized by a regular arrangement of the deposits with a delta-function-like radius distribution that can be varied in a targeted manner. The moldable foamed supported catalysts can be used in various applications, for example heterogeneous catalysis, CH 4 oxidation or CO → CO 2 on supported Pd catalysts.
Das Verfahren zur Schaumbildung kann weiterhin zweckmäßig zum Erzeugen metallischer Schäume, insbesondere metallischer Mikroschäume verwendet werden, zum Beispiel für Zink- oder Aluminiumschäume.The method for foam formation can also be used expediently to produce metallic foams, in particular metallic microfoams, for example for zinc or aluminum foams.
Darüber hinaus kann die beschriebene Schaumbildung zum Herstellen oxidyscher Schäume genutzt werden. In einem System, bei dem die beiden zur Schaumbildung genutzten Fluide Flüssigkeiten sind, können mit Hilfe oxidyscher Aufschlemmungen monomodale Emulsionen erzeugt werden. Wird hierbei das die Einlagerungen bildende Fluid verdampft oder getrocknet, so kann ein Gerüst des Fluids, in dem die Einlagerungen gebildet sind, mit Hilfe nachträglichen „Brennens" bzw. „Verglasens" zu einem oxidyschen Schaum verfestigt werden. Ein hierbei gebildeter Schaum ist durch eine reguläre Anordnung der Einlagerungen mit einer gezielt variierbaren Delta-funktionsartigen Radienverteilung der Einlagerungen gekennzeichnet. Solche oxidischen Schäume sind hochtemperaturbeständig und können als inerte Schäume für Auskleidungen von Öfen oder Brennkammern verwendet werden, beispielsweise auf Basis von ZrO2, HfO2 oder Al2O3).In addition, the foam formation described can be used to produce oxidic foams. In a system in which the two fluids used for foam formation are liquids, monomodal emulsions can be produced with the aid of oxidic slurries. If the fluid forming the deposits is evaporated or dried, a framework of the fluid in which the deposits are formed can be solidified into an oxidic foam with the aid of subsequent “burning” or “glazing”. A foam formed here is characterized by a regular arrangement of the deposits with a delta-function-like radius distribution of the deposits that can be varied in a targeted manner. Such oxidic foams are resistant to high temperatures and can be used as inert foams for linings in furnaces or combustion chambers, for example based on ZrO 2 , HfO 2 or Al 2 O 3 ).
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren zur Schaumbildung zum Erzeugen eines geschäumten Glases verwendet werden. Hierbei ist das die Einlage- rangen bildende Fluid ein Gas, so daß ein Gas-/Flüssigkeitssystem genutzt wird, um den Schaum zu bilden, wobei kaolinische/silikatische Aufschlemmungen fließen. Eine nachträgliche Mikro-Glasschmelze führt zur Ausbildung des geschäumten Glases. Ein auf diese Weise hergestelltes geschäumtes Glas kann als gläserner Schaum für Fritten, Filter und Siebe ver- wendet werden.In an expedient embodiment of the invention, the method for foam formation can be used to produce a foamed glass. Here is the deposit raging fluid forms a gas so that a gas / liquid system is used to form the foam, with kaolinic / silicate slurries flowing. A subsequent micro-glass melt leads to the formation of the foamed glass. A foamed glass produced in this way can be used as a glass foam for frits, filters and sieves.
Mit Hilfe des beschriebenen Schaumbildungsprozesses lassen sich weiterhin stabile, fließfä- hige Emulsionen herstellen, die dazu geeignet sind, beispielsweise kosmetische Wirkstoffe zu deponieren. Zum Beispiel kann es sich hierbei um eine Creme handeln, bei der das Fluid ein Fett oder ein Öl und das andere Fluid Wasser ist. Je nach Löslichkeit können beide Fluide geeignete Wirkstoffe oder Wirkstoffkombinationen enthalten, die beispielsweise für kosmetische oder medizinische Anwendungen Verwendung finden können. Es kann sich um Vitamine in Hautcremes handeln. Ferner können andere Substanzen wie Stabilisatoren, Emulgato- ren, Tenside, Konservierungsmittel oder Schleifmittel in einem Fluid oder verteilt auf mehrere Fluide und auf diese Weise definiert in den Schaum die Emulsion eingebracht werden. Mit Hilfe von größenkontrollierten Blasen/Tropfen in den Schäumen lassen sich in vorteilhafter Weise der Wirkstoffinhalte in den größenkontrollierten Einlagerungen definieren.With the aid of the foam formation process described, stable, flowable emulsions can be produced which are suitable for depositing, for example, cosmetic active ingredients. For example, this can be a cream in which the fluid is a fat or an oil and the other fluid is water. Depending on the solubility, both fluids can contain suitable active substances or combinations of active substances, which can be used, for example, for cosmetic or medical applications. It can be vitamins in skin creams. Furthermore, other substances such as stabilizers, emulsifiers, surfactants, preservatives or abrasives can be introduced in one fluid or distributed over several fluids and in this way the emulsion can be defined in the foam. With the help of size-controlled bubbles / drops in the foams, the active substance contents in the size-controlled deposits can be defined in an advantageous manner.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to a drawing. Here show:
Figur 1A eine schematische Darstellung eines Mikroreaktors zum Erzeugen eines eindi- mensionalen monoporösen Schaums;FIG. 1A shows a schematic illustration of a microreactor for producing a one-dimensional monoporous foam;
Figur 1B eine schematische Darstellung eines Mikroreaktors zur Erzeugung monomodaler verkapselter Einlagerungen;FIG. 1B shows a schematic representation of a microreactor for producing monomodal encapsulated deposits;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Mikroreaktors zum Erzeugen eines zwei- oder dreidimensionalen monoporösen Schaums; Figur 3 eine schematische Darstellung eines Mikroreaktors zum Erzeugen eines dreidimensionalen monoporösen Schaums;FIG. 2 shows a schematic illustration of a microreactor for producing a two- or three-dimensional monoporous foam; FIG. 3 shows a schematic illustration of a microreactor for producing a three-dimensional monoporous foam;
Figur 4A eine schematische Darstellung eines Mikroreaktors zum Erzeugen eines monodispersen Schaums mit einer Elektrodenanordnung zur Zersetzung eines Fluides; Figur 4B eine Darstellung für einen zeitabhängigen Spannungsverlauf bei Verwendung der Elektrodenanordnung in Fig. 4A; und Figur 5 eine schematische Darstellung eines anderen Mikroreaktors zum Erzeugen eines monokristallinen Schaums unter Nutzung einer hydrodynamischen Oberflächeninstabilität.FIG. 4A shows a schematic illustration of a microreactor for producing a monodisperse foam with an electrode arrangement for decomposing a fluid; FIG. 4B shows a representation for a time-dependent voltage curve when using the electrode arrangement in FIG. 4A; and Figure 5 is a schematic representation of another microreactor for generating a monocrystalline foam using a hydrodynamic surface instability.
Figur 1A zeigt eine schematische Darstellung eines Mikroreaktors 1 zum Herstellen eines kristallinen Schaums. Der Begriff Schaum in der hier genutzten Bedeutung umfaßt auch Emulsionen, die mit Hilfe des Mikroreaktors 1 in analoger Weise hergestellt werden können. In Figur 1 ist der Mikroreaktor 1 im Querschnitt dargestellt. In einem Hohlkörper 2, der vorzugsweise rohrförmig gebildet ist, ist eine Zuführeinrichtung 3 zumindest teilweise angeordnet. Zum Erzeugen eines Schaums wird ein Fluid F durch einen in der Zuführeinrichtung 3 gebildeten Zuführraum 4 eingeführt. Hierbei durchströmt das Fluid F^ den Zuführraum 4 und tritt über eine Öffnung 5 an einem Ende 6 der Zuführeinrichtung 3 aus dem Zuführraum 4 in eine Bildungskammer 7 ein, die in dem Hohlkörper 2 im Bereich der Öffnung 5 beginnt und sich in dem Hohlkörper 2 stromabwärts von der Öffnung 5 weg fortsetzt.FIG. 1A shows a schematic illustration of a microreactor 1 for producing a crystalline foam. The term foam in the meaning used here also includes emulsions which can be produced in an analogous manner with the aid of the microreactor 1. In Figure 1, the microreactor 1 is shown in cross section. A feed device 3 is at least partially arranged in a hollow body 2, which is preferably tubular. To generate a foam, a fluid F is introduced through a feed space 4 formed in the feed device 3. Here, the fluid F ^ flows through the feed chamber 4 and enters via an opening 5 at one end 6 of the feed device 3 from the feed chamber 4 into a formation chamber 7, which begins in the hollow body 2 in the region of the opening 5 and downstream in the hollow body 2 continues from the opening 5 away.
Gemäß Figur 1A wird über eine Einspeiseeinrichtung 8, bei der es sich im einfachsten Fall um eine Schlauchankopplung an dem Mikroreaktor 1 handelt, ein anderes Fluid Fl in dem Hohlkörper 2 eingebracht. Hierbei wird das andere Fluid Fl2 in dem Hohlkörper 2 so eingebracht, daß es entlang der Zufuhreinrichtung 3 durch einen Bereich 9 fließt und an der Öffnung 5 vorbei in die Bildungskammer 7 strömt.According to FIG. 1A, another fluid F1 is introduced into the hollow body 2 via a feed device 8, which in the simplest case is a hose coupling to the microreactor 1. Here, the other fluid is introduced Fl 2 in the hollow body 2 so that it flows along the supply means 3 by a portion 9 and flows past the opening 5 in the forming chamber. 7
Beim Austritt des Fluids Fli aus der Öffnung 5 bildet sich im Bereich der Öffnung 5 eine Bla- se oder ein Tropfen je nach dem ob es sich bei dem Fluid Fli um ein Gas oder eine Flüssigkeit handelt. Die Topfen-/Blasenbildung ist besonders effektiv, wenn die Zuführeinrichtung 3 eine Kapillare ist. Die Blase/der Tropfen sind in Figur 1A in einer Anfangsgröße und einer Endgröße mittels Bezugszeichen 10a bzw. 10b bezeichnet. Die Ausdehnung der Blase/des Tropfens an der Öffnung 5 vergrößert sich kontinuierlich bis auf die Endgröße 10b. Die Endgröße 10b wird durch eine Abmessung 11 der Bildungskammer 7 im Bereich um die Öffnung 5 begrenzt. Die Abmessung 11, bei der es sich im Fall einer rohrförmigen Bildungskammer 7 um den Radius oder dem Durchmesser handeln kann, ist kleiner oder gleich dem Durchmesser einer Blase/eines Tropfens des Fluids F^ in einem freiströmenden Fluidstrom des anderen Fluids Fl2. Der Wert für die Ausdehnung einer Blase/eines Tropfens für ein bestimmtes Fluid ist bekannt oder kann experimentell ermittelt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß ein Abriß der Blase/des Tropfens von der Öffnung 5 aufgrund der Strömung des anderen Fluids Fl2 in der Regel erst dann stattfindet, wenn die Blase/der Tropfen die Endgröße 10b erreicht hat. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Fließgeschwindigkeiten des Fluids F und des anderen Fluids Fl2 aufeinander abgestimmt werden. Mit Hilfe der Festlegung der Abmessung 11 kann die Größe von Einlagerungen auf Basis der an der Öffnung 5 gebildeten Tropfen/Blasen in dem anderen Fluid Fl2 vorgegeben werden.When the fluid Fli emerges from the opening 5, a bubble or a drop forms in the region of the opening 5, depending on whether the fluid Fli is a gas or a liquid. The potting / blistering is particularly effective if the feed device 3 is a capillary. The bubble / drop is designated in FIG. 1A in an initial size and an end size by reference numerals 10a and 10b, respectively. The expansion of the bubble / drop at the opening 5 increases continuously up to the final size 10b. The final size 10b is limited by a dimension 11 of the formation chamber 7 in the area around the opening 5. The dimension 11, which in the case of a tubular formation chamber 7 can be the radius or the diameter, is less than or equal to the diameter of a bubble / drop of the fluid F ^ in a free-flowing fluid stream of the other fluid Fl 2 . The value for the expansion of a bubble / drop for a specific fluid is known or can be determined experimentally. In this way it is ensured that the bladder / drop does not tear off from the opening 5 due to the flow of the other fluid Fl 2 as a rule only when the bladder / drop has the final size 10b has reached. In order to achieve this goal, the flow velocities of the fluid F and the other fluid Fl 2 must be coordinated. With the help of the definition of the dimension 11, the size of the deposits can be predefined on the basis of the drops / bubbles formed in the opening 5 in the other fluid F1 2 .
Nach dem Abreißen von der Öffnung 5 bilden die Blasen/Tropfen Einlagerungen 12 in dem Fluid Fl2, so daß ein Schaum gebildet ist. Der auf diese Weise erzeugte eindimensionale Schaum gelangt dann in einen Sammelraum 13, in dem sich eine kristalline Struktur des Schaums bilden kann. In dem Sammelraum 13 oder in einem nachgelagertem Behälter (in Figur 1A nicht dargestellt) kann der kristalline Schaum geformt werden. Ein auf diese Weise gebildeter Schaum weist eine monoporöse Struktur auf. Ein solcher Schaum verfügt über eine hohe chemische, mechanische, hydrodynamische und thermodynamische Stabilität, da er über ein kristallines Schaumgitter verfügt. Als Fluid Fh können beispielsweise beliebige Gase, Wasser, Alkohol, Äther, CC14 usw. verwendet werden. Das andere Fluid Fl kann beispielsweise eine wäßrige Lösung, eine silikatische Sole, eine alumosilikatische Sole, eine polymeri- sierbare Flüssigkeit, eine Paste, eine Aufschlemmung einer metallhaltigen Paste, eine Creme, ein Öl, ein Silikonöl, ein Fett oder eine andere Lösung sein. Die in der beschriebenen Art und Weise gebildeten Schäume weisen hinsichtlich der Verteilung der Einlagerungen, welche mit Hilfe der Tropfen/Blasen gebildet werden, keine oder nur in vernachlässigbarem Umfang Baufehler auf.After tearing off the opening 5, the bubbles / drops form deposits 12 in the fluid Fl 2 , so that a foam is formed. The one-dimensional foam produced in this way then passes into a collecting space 13, in which a crystalline structure of the foam can form. The crystalline foam can be formed in the collecting space 13 or in a downstream container (not shown in FIG. 1A). A foam formed in this way has a monoporous structure. Such a foam has a high chemical, mechanical, hydrodynamic and thermodynamic stability because it has a crystalline foam lattice. Any gases, water, alcohol, ether, CC1 4 etc. can be used as the fluid Fh. The other fluid F1 can be, for example, an aqueous solution, a silicate brine, an aluminosilicate brine, a polymerizable liquid, a paste, a slurry of a metal-containing paste, a cream, an oil, a silicone oil, a fat or another solution. The foams formed in the manner described have no or only negligible construction defects with regard to the distribution of the deposits which are formed with the aid of the drops / bubbles.
Wenn das andere Fluid Fl über die Fälligkeit zu einer Polymerisation verfügt, lassen sich beispielsweise feste Schäume mit ganz besonderen Wärmedämmeigenschaften oder auch kristalline Schäume herstellen, die hervorragende elektrische Isolatoren bilden. Insbesondere Materialien, mit denen sich Keramiken oder Gläser herstellen lassen, erlauben mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens das Erzeugen einer monoporösen Keramik oder eines monoporösen Glases. Monoporöse Keramiken bilden ein neuartiges Trägermaterial für Katalysatoren. Beispielsweise kann das Fluid Fli Luft sein, und das Fluid Fl2 ist ein Sol von Silikaten und Alu- minaten mit einem oberflächenaktiven Reagenz, zum Beispiel langkettige, tertiäre Ammoniumverbindungen. Auf diese Weise können verschiedenste geschäumte Alumosilikatgele erhalten werden, die dann zu Keramiken oder Gläsern endverarbeitet werden können.If the other fluid F1 is due for polymerization, it is possible, for example, to produce solid foams with very special thermal insulation properties or crystalline foams which form excellent electrical insulators. In particular, materials with which ceramics or glasses can be produced permit the production of a monoporous ceramic or a monoporous glass with the aid of the described method. Monoporous ceramics form a new carrier material for catalysts. For example, the fluid Fli can be air, and the fluid Fl 2 is a sol of silicates and aluminumates with a surface-active reagent, for example long-chain, tertiary ammonium compounds. In this way, a wide variety of foamed aluminosilicate gels can be obtained, which can then be processed into ceramics or glasses.
Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens hergestellte monoporöse metallische Schäume sind im Vergleich zu kompakten Metallen sehr leicht und weisen gegenüber geschäumten Metallen eine höhere mechanische Stabilität auf, insbesondere eine höhere Bruchsicherheit. Sie bilden Werkstoffe, die im Bereich des Metall-Leichtbaus zweckmäßig eingesetzt werden können.Monoporous metallic foams produced with the aid of the described method are very light in comparison to compact metals and have a higher mechanical stability than foamed metals, in particular a higher resistance to breakage. she form materials that can be used in the field of lightweight metal construction.
Nach dem Verlassen der Bildungskammer 7 kann in der Sammelkammer 13 eine gezielte Nachbehandlung des erzeugten Schaums durchgeführt werden. Die Nachbehandlung kann beispielsweise eine Vortrocknung, eine Gelbildung (Sol-Gel-Prozeß) und oder eine Anpoly- merisation umfassen. In der Phase einer solchen Nachbehandlung bleiben die hierbei entstehenden Schäume noch plastisch verformbar, so daß sie aus der Sammelkammer 13 des Mikroreaktors 1 heraus geführt werden können. An die Nachbehandlung kann sich eine Endbehandlung, einschließlich einer Formgebung für ein Schaum- Werkstück anschließen. Die End- behandlung umfaßt beispielsweise eine Trocknung, ein starkes Erhitzen in einem sehr kleinen Bereich (Brennen, Sintern, Metallisieren) und/oder eine Auspolymerisation, beispielsweise mit Hilfe einer Fotohärtung durch Lichteinwirkung.After leaving the formation chamber 7, a targeted aftertreatment of the foam produced can be carried out in the collection chamber 13. The aftertreatment can include, for example, predrying, gel formation (sol-gel process) and or anpolymerization. In the phase of such an aftertreatment, the resulting foams remain plastically deformable so that they can be led out of the collecting chamber 13 of the microreactor 1. Aftertreatment can be followed by a final treatment, including shaping for a foam workpiece. The final treatment includes, for example, drying, vigorous heating in a very small area (burning, sintering, metallizing) and / or polymerization, for example with the aid of photo-curing by exposure to light.
Mit Hilfe des in Figur 1A dargestellten Mikroreaktors 1 können auf Basis des beschriebenen Verfahrens mineralische Schäume hergestellt werden. Hierbei ist das Fluid Fli. ein Gas, wel- ches in das andere Fluid Fl2 einströmt, so daß der unter Bezugnahme auf Figur 1A beschriebene Blasenbildungsprozeß abläuft. Im Rahmen einer Nachbehandlung wird der Schaum dann einem Sol-Gel-Prozeß und einer nachfolgenden Vakuumtrocknung ausgesetzt, so daß hieraus in einer Endbehandlung (Brennen) eine monoporöse Keramik erzeugt werden kann. Dieses kann beispielsweise unter Verwendung von Silikaten, Alumosilikaten oder Analoga erfolgen. Die monoporöse Keramik weist eine reguläre Anordnung von Einlagerungen (Blasen bzw. Poren) auf. Auf diese Weise hergestellte Werkstoffe können für Filter, Siebe oder Wärmeisolationsschäume für Auskleidungen von Geräten genutzt werden.Mineral foams can be produced on the basis of the described method with the aid of the microreactor 1 shown in FIG. 1A. Here the fluid is Fli. a gas which flows into the other fluid Fl 2 , so that the bubble formation process described with reference to FIG. 1A takes place. As part of an aftertreatment, the foam is then subjected to a sol-gel process and subsequent vacuum drying, so that a monoporous ceramic can be produced therefrom in a final treatment (firing). This can be done, for example, using silicates, aluminosilicates or analogs. The monoporous ceramic has a regular arrangement of deposits (bubbles or pores). Materials produced in this way can be used for filters, sieves or thermal insulation foams for the lining of devices.
In einer anderen Ausführungsform kann der beschriebene Schaumbildungsprozeß wiederum mit einem Sol-Gel-Prozeß gekoppelt werden, um schaumgetragene Katalysatoren herzustel- len. Hierbei schließt sich an den Sol-Gel-Prozeß eine Metallionenimprägnierung und eine nachfolgende Vakuumtrocknung an. Alternativ können eine in-situ-Katalysatorimprägnierung und eine nachfolgende Vakuumtrocknung vorgesehen sein. Auf diese Weise entsteht nach der Endbehandlung (Brennen des Formkörpers) ein keramisches Trägerkatalysatormaterial, welches als Ausgangsmaterial für Trägerkatalysatoren in verschiedenen Anwendungen genutzt werden kann. Das in Verbindung mit Figur 1 A beschriebene Verfahren der Schaumbildung kann weiterhin dazu genutzt werden, metallische Schäume herzustellen. In diesem Fall ist das Fluid Fli vorzugsweise ein innertes Gas, beispielsweise ein Edelgas, und das Fluid Fl2 ist eine Flüssigkeit. Das in Verbindung mit der Figur 1 A beschriebene Verfahren zur Schaumbildung kann außer- dem dazu genutzt werden, eine weitere Art metallischer Schäume herzustellen. Diese rein metallischen Schäume werden hierbei in der Art und Weise hergestellt, daß sowohl das Fluid Fli als auch das Fluid Fl2 im flüssigen Zustand sind. Bei diesen Fluiden handelt es sich dann beispielsweise um Metallschmelzen, Aufschlemmungen, Pasten oder breiige Fluide. Mit Hilfe einer nachträglichen Laser-Metallisierung und einer Verbrennung organischer Reste kann ein metallischer Schaum mit einer regulären Anordnung von Einlagerungen erzeugt werden. Auf diese Weise entstehen metallische Mikroschäume.In another embodiment, the foam formation process described can in turn be coupled with a sol-gel process in order to produce foam-borne catalysts. The sol-gel process is followed by metal ion impregnation and subsequent vacuum drying. Alternatively, in-situ catalyst impregnation and subsequent vacuum drying can be provided. In this way, after the final treatment (firing of the shaped body), a ceramic supported catalyst material is formed, which can be used as a starting material for supported catalysts in various applications. The method of foam formation described in connection with FIG. 1A can also be used to produce metallic foams. In this case, the fluid Fli is preferably an inert gas, for example an inert gas, and the fluid Fl 2 is a liquid. The process for foam formation described in connection with FIG. 1A can also be used to produce another type of metallic foam. These purely metallic foams are produced in such a way that both the fluid Fli and the fluid Fl 2 are in the liquid state. These fluids are, for example, molten metals, slurries, pastes or pasty fluids. With the help of a subsequent laser metallization and combustion of organic residues, a metallic foam with a regular arrangement of deposits can be generated. Metallic microfoams are created in this way.
Des weiteren ist mit Hilfe des erläuterten Verfahrens eine Erzeugung oxidischer Schäume möglich. Bei Verwendung verschiedener Flüssigkeiten für das Fluid Fli und das andere Fluid Fl2, wobei oxidische Aufschlemmungen genutzt werden, kann eine monomodale Emulsion erzeugt werden. Wird hierbei das Fluid F verdampft, so kann das Gerüst des anderen Fluids Fl2 mittels nachträglichen Brennens oder Verglasens zu einem oxidischen Schaum verfestigt werden. Mit Hilfe dieser Ausführungsform können hochtemperaturbeständige, inerte Schäume für Auskleidungen von Öfen oder Brennkammern erzeugt werden.It is also possible to produce oxidic foams using the method described. When using different liquids for the fluid Fli and the other fluid Fl 2 , using oxidic slurries, a monomodal emulsion can be generated. If the fluid F is evaporated in the process, the framework of the other fluid F1 2 can be solidified into an oxidic foam by means of subsequent firing or glazing. With the aid of this embodiment, high-temperature-resistant, inert foams for linings of furnaces or combustion chambers can be produced.
Eine zweckmäßige Verwendung des beschriebenen Verfahrens kann in Verbindung mit dem Herstellen geschäumter Gläser vorgesehen sein. Hierbei wird das Fluid Fli in Form eines Gases in dem anderen Fluid Fl2, bei dem es sich um eine Flüssigkeit handelt, eingebracht. Als anderes Fluid Fl werden beispielsweise kaolinische/silikatische Aufschlemmungen genutzt. Eine nachträgliche Mikro-Glasschmelze führt zum Ausbilden geschäumter Gläser. Auf diese Weise können gläserne Schäume für Fritten, Filter oder Siebe hergestellt werden.Appropriate use of the method described can be provided in connection with the production of foamed glasses. Here, the fluid Fli is introduced in the form of a gas in the other fluid Fl 2 , which is a liquid. For example, kaolinic / silicate slurries are used as another fluid F1. A subsequent micro-glass melt leads to the formation of foamed glasses. In this way, glass foams for frits, filters or sieves can be produced.
Mit Hilfe des unter Bezugnahme auf Figur 1A erläuterten Verfahrens zur Schaumbildung lassen sich weiterhin stabile, fließfähige Emulsionen herstellen, die dazu geeignet sind, in den Einlagerungen (Blasen/Tropfen 12) beispielsweise kosmetische Wirkstoffe zu deponieren. Hierdurch können für die Herstellung kosmetischer Produkte oder von Nahrungsmitteln geeignete monoporöse Emulsionen erzeugt werden.With the aid of the foam formation process explained with reference to FIG. 1A, stable, flowable emulsions can also be produced which are suitable for depositing, for example, cosmetic active ingredients in the deposits (bubbles / drops 12). In this way, suitable monoporous emulsions can be produced for the production of cosmetic products or foods.
Figur 1B zeigt eine schematische Darstellung eines Mikroreaktors zum Erzeugen einer Auf- schlämmung von verkapselten Blasen/Tropfen. Für gleiche Merkmale werden dieselben Be- zugszeichen wie in Figur 1 A verwendet. Die Bildung der Blasen/Tropfen im Bereich der Öffnung 5 des Hohlkörpers 2 wurde oben unter Bezugnahme auf Figur 1A im Detail beschrieben.FIG. 1B shows a schematic representation of a microreactor for producing a slurry of encapsulated bubbles / drops. For the same characteristics, the same Zugszeichen as used in Figure 1A. The formation of the bubbles / drops in the region of the opening 5 of the hollow body 2 was described in detail above with reference to FIG. 1A.
Nach dem Abreißen von der Öffnung 5 bilden die Blasen/Tropfen Einlagerungen 12 des Fluids Fli im Fluid Fl2, die im Hohlkörper 2 einen dreidimensionalen Schaum bilden. Wenn die Blasen/Tropfen den Hohlkörper 2 über eine Öffnung 19 an einem Ende 18 verlassen, treten die Einlagerungen 12 des Fluids Fli im Fluid Fl in ein weiters Fluid Fl3 ein, daß durch einen weiteren Zufuhrraum 14 an dem Hohlkörper 2 vorbei in einen Verkapselungsraum 16 strömt. In dem Verkapselungsraum 16 findet dann an der Phasengrenzfläche zwischen dem Fluid F , aus dem die Blasen/Tropfen gebildet sind, zum Fluid Fl2 eine chemische Reaktion mit dem Fluid Fl3 statt, die zu einer dichten, beweglichen oder einer festen, starren Haut 15 der Einlagerungen 12 fuhrt, so daß „verkapselte" Einlagerungen 17 gebildet werden. Die so verkapselten Blasen/Tropfen 17 bilden im Sammelbehälter 13 keinen wohlgeordneten Schaum sondern eine lockere Aufschlämmung von monomodalen verkapselten Blasen/Tropfen 17.After tearing off the opening 5, the bubbles / drops form deposits 12 of the fluid Fli in the fluid Fl 2 , which form a three-dimensional foam in the hollow body 2. When the bubbles / drops leave the hollow body 2 via an opening 19 at one end 18, the deposits 12 of the fluid Fli in the fluid Fl enter a further fluid Fl 3 , that through a further supply space 14 past the hollow body 2 into an encapsulation space 16 streams. A chemical reaction with the fluid Fl 3 then takes place in the encapsulation space 16 at the phase interface between the fluid F, from which the bubbles / drops are formed, to the fluid Fl 2 , which results in a dense, movable or firm, rigid skin 15 of the deposits 12 leads so that “encapsulated” deposits 17 are formed. The bubbles / drops 17 encapsulated in this way do not form a well-ordered foam in the collecting container 13 but a loose slurry of monomodal encapsulated bubbles / drops 17.
Unter Nutzung hydrodynamischer Grenzflächen-Instabilitäten beim Fließen des in der Bildungskammer 7 gebildeten Schaums ist es möglich, aus dem fließenden Schaum einzelne Einlagerungen oder Gruppen von Einlagerungen zu isolieren. Wenn dem Fluid Fh vor dem Einbringen in dem anderen Fluid Fl2 ein Medikament beigemengt wurde, lassen sich auf diese Weise Mikrodepots in Form isolierter Kugelhüllen für Medikamente herstellen. Hierdurch ist beispielsweise eine sehr genaue Mikrodosierung von Langzeitmedikamenten möglich. Die Ausbildung der Mikrodepots ist mit Hilfe des Mikroreaktors 1 nach Figur 1B möglich, da eine definierte Ausbildung der Einlagerungen und einer Verkapselung des Fluids Fli hinsichtlich der Größe in dem anderen Fluid Fl eingestellt werden kann.Using hydrodynamic interface instabilities when the foam formed in the formation chamber 7 flows, it is possible to isolate individual deposits or groups of deposits from the flowing foam. If a medicament has been added to the fluid Fh before being introduced into the other fluid Fl 2 , microdepots in the form of isolated spherical shells for medicines can be produced in this way. This enables, for example, a very precise microdosing of long-term medication. The formation of the microdepots is possible with the aid of the microreactor 1 according to FIG. 1B, since a defined configuration of the inclusions and an encapsulation of the fluid Fli can be set with regard to the size in the other fluid F1.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines anderen Mikroreaktors 20. Im Unterschied zu dem Mikroreaktor 1 nach Figur 1 sind bei einem anderen Mikroreaktor 20 mehrere Bildungskammern 21a, 21b, 21c, 21d nebeneinander angeordnet. In den Bildungskammern 21a- 21 d ist jeweils eine Öffnung 22a-22d eines Zuführraums 23a-23d angeordnet, so daß ein jeweiliges anderes Fluid Fl2, Fl3, Fl4 bzw. Fl5 in die Bildungskammer 21a-21d einströmen kann. Beim Einströmen des jeweiligen anderen Fluids Fl2-Fl5 findet im Bereich der Öffnung 22a- 22d der in Verbindung mit Figur 1 beschriebene BlasenATropfenbildungsvorgang statt. An der Öffnung 22a-22d strömt, wie dies unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben wurde, das Fluid F vorbei. In der Bildungskammer 21a-21d wird dann jeweils ein Schaum erzeugt. Der Schaum gelangt anschließend aus der Bildungskammer 21a-21d in eine gemeinsame Sammelkammer 24. Die Ströme der Fluide Fl2, Fl3, Fl4 und Fl5 müssen vor Eintritt in die Zuführ- räume 23 a - 23 d entkoppelt werden, so daß eine Rückkopplung über die Bildungskammer 21a - 21 d vermieden werden kann.FIG. 2 shows a schematic illustration of another microreactor 20. In contrast to the microreactor 1 according to FIG. 1, in the case of another microreactor 20, a plurality of formation chambers 21a, 21b, 21c, 21d are arranged side by side. An opening 22a-22d of a feed space 23a-23d is arranged in each of the formation chambers 21a-21d, so that a different fluid Fl 2 , Fl 3 , Fl 4 or Fl 5 can flow into the formation chamber 21a-21d. When the respective other fluid Fl 2 -Fl 5 flows in , the bubble A drop formation process described in connection with FIG. 1 takes place in the area of the opening 22a-22d. Fluid F flows past opening 22a-22d as described with reference to FIG. Foam is then generated in the formation chamber 21a-21d. The Foam then passes from the formation chamber 21a-21d into a common collection chamber 24. The flows of the fluids Fl 2 , Fl 3 , Fl 4 and Fl 5 must be decoupled before entering the feed spaces 23 a - 23 d so that feedback occurs can be avoided via the education chamber 21a-21d.
Eine Abmessung 25a-25d der Bildungskammer 21a-21d im Bereich der Öffnung 22a-22d ist jeweils kleiner oder gleich dem Durchmesser eines Tropfens/einer Blase des jeweiligen anderen Fluids Fl , Fl3, Fl4 bzw. Fl5 in einem freiströmenden Fluidstrom des anderen Fluids Fli. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß in der Bildungskammer 21 a-21d jeweils Einlagerungen in gleicher Größe erzeugt werden.A dimension 25a-25d of the formation chamber 21a-21d in the area of the opening 22a-22d is in each case smaller or equal to the diameter of a drop / bubble of the respective other fluid Fl, Fl 3 , Fl 4 or Fl 5 in a free-flowing fluid stream of the other Fluids Fli. This ensures that the same size is generated in the education chamber 21 a-21 d.
Es kann vorgesehen sein, daß die jeweiligen Bildungskammem 21a-21d unterschiedliche Querschnittsabmessungen aufweisen, so daß Blasen/Tropfen verschiedener Größe erzeugt werden. Hierdurch ist die Erzeugung oligoporöser Schäume möglich. Die Parameter der Bla- sen-/Tropfenbildung können weiterhin dadurch beeinflußt werden, daß die anderen Fluide Fl2-Fl5 mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten den jeweiligen Zuführraum 23a- 23 d durchströmen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß die anderen Fluide Fl2, Fl3, Fl4, FI5 jeweils mit einem definierten Druck in das andere Fluid Fh einströmen.It can be provided that the respective formation chambers 21a-21d have different cross-sectional dimensions, so that bubbles / drops of different sizes are generated. This enables the production of oligoporous foams. The parameters of the bubble / drop formation can also be influenced by the fact that the other fluids Fl 2 -Fl 5 flow through the respective feed space 23a-23d at different flow rates. In addition, it can be provided that the other fluids Fl 2 , Fl 3 , Fl 4 , FI 5 each flow into the other fluid Fh at a defined pressure.
Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Zufuhreinrichtung 3 oder die jeweiligen Zuführeinrichtungen, in denen die Zuführräume 23a-23c gebildet sind, aus einem elektrisch leitenden Material sind, so daß sie mit einer elektrischen gepulsten Spannung be- aufschlagt werden können. Für die beaufschlagte Spannung kann ein definiertes Frequenzspektrum ausgewählt werden, um die Tropfen-/Blasenbildung im Bereich der Öffnung 5 bzw. 22a-22d zu beeinflussen. Eine Beeinflussung kann hierbei hinsichtlich der Größe des Tropfens/der Blase sowie der Frequenz ihrer Bildung erfolgen. Die hierbei zum Einsatz kommende gepulste Spannung wird zweckmäßig so gewählt, daß eine Polung, das gewählte Frequenz- Spektrum und das Spannungsniveau eine vorgegebene Ablösung von Blasen/Tropfen von der Öffnung 5 bzw. 22a-22b unterstützt.In one embodiment it can be provided that the feed device 3 or the respective feed devices in which the feed spaces 23a-23c are formed are made of an electrically conductive material so that they can be subjected to an electrical pulsed voltage. A defined frequency spectrum can be selected for the applied voltage in order to influence the formation of drops / bubbles in the area of the opening 5 or 22a-22d. The size of the drop / bubble and the frequency of their formation can be influenced. The pulsed voltage used here is expediently chosen so that polarity, the selected frequency spectrum and the voltage level support a predetermined detachment of bubbles / drops from the opening 5 or 22a-22b.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Mikroreaktors 30, der in analoger Weise zu dem anderen Mikroreaktor 20 nach Figur 2 mehrere Zuführeinrichtung 31a, 31b mit Zuführräumen 32a, 32b aufweist, die über eine jeweilige Öffnung 33a, 33b zu einer jeweili- gen Bildungskammer 34a und 34b verfügen. Die Zuführeinrichtung 31a, 31b können auch bei diesem Ausführungsbeispiel als eine jeweilige Kapillare ausgeführt sein. Die Bla- sen/Tropfen treten an den Öffnungen 35 a, 35b der Bildungskammem 34a, 34b in eine gemeinsame Blasensammelkammer 36 ein.FIG. 3 shows a schematic illustration of a further microreactor 30 which, in a manner analogous to the other microreactor 20 according to FIG. 2, has a plurality of feed devices 31a, 31b with feed spaces 32a, 32b, which via a respective opening 33a, 33b to a respective education chamber 34a and 34b. The feed device 31a, 31b can also be designed as a respective capillary in this exemplary embodiment. The Bla- Sen / drops enter at the openings 35 a, 35 b of the formation chambers 34 a, 34 b into a common bubble collection chamber 36.
Anstelle der Zuführeinrichtungen können zur Blasen-/Tropfenbildung Elektroden unterschiedlicher Form, Größe und Materials eingesetzt werden, die beispielsweise aufgrund einer elektrochemischen Reaktion an ihren Oberflächen ein Fluid aus einem umgebenen Fluid erzeugen, das in Blasen- oder Tröpfchenform in einer als Bildungskammer ausgebildeten Kapillare in ein vorbeiströmendes anderes Fluid eintritt. Bei gepulstem Betrieb der Elektroden lassen sich Blasen/Tröpfchen einheitlicher Größe erzeugen, die sich im Fluß des an den Elektroden vorbeiströmenden anderen Fluids zu einen kristallinen Schaum/Emulsion anordnen. Soweit mehrere Elektroden eingesetzt werden, können an den Elektroden auch verschiedene gepulste Spannungen mit unterschiedlichen Frequenzspektren angelegt werden. Bei Verwendung unterschiedlicher Durchmesser der Bildungskapillaren, die kleiner als die Durchmesser der Blasen in einem freiströmenden Fluid sind, können an den mehreren Elektroden Blasen/Tropfen unterschiedlicher Größe erzeugt werden. Die hierbei zu Einsatz kommenden ge- pulsten Spannungen werden vorteilhafterweise so gewählt/geregelt, daß die Polung, das gewählte Frequenzspektrum und das gewählte Spannungsniveau die gewünschte Ablösung von Blasen unterstützen.Instead of the feed devices, electrodes of different shape, size and material can be used for the formation of bubbles / droplets which, for example due to an electrochemical reaction on their surfaces, generate a fluid from a surrounding fluid, which in the form of bubbles or droplets in a capillary designed as a formation chamber other fluid flowing past. With pulsed operation of the electrodes, bubbles / droplets of uniform size can be generated, which are arranged in the flow of the other fluid flowing past the electrodes to form a crystalline foam / emulsion. If several electrodes are used, different pulsed voltages with different frequency spectra can also be applied to the electrodes. When using different diameters of the formation capillaries, which are smaller than the diameters of the bubbles in a free-flowing fluid, bubbles / drops of different sizes can be generated on the plurality of electrodes. The pulsed voltages used here are advantageously selected / regulated so that the polarity, the selected frequency spectrum and the selected voltage level support the desired detachment of bubbles.
Figur 4A zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Mikroreaktors 100 zur Herstellung eines kristallinen/monodispersen Schaums im Querschnitt. In einem Hohlkörper 2, der vorzugsweise rohrförmig ausgebildet ist, ist eine Elektrode 300 zumindest teilweise angeordnet. Die Elektrode 300 ist aus einem leitenden Material, beispielsweise Metall, welches entsprechend einer für die Elektrolyse des flüssigen Fluids Fl2 und einer gewünschten elektrochemischen Reaktion ausgewählt wurde. Die Elektrode 300 kann teilweise (in Figur 4A nicht dargestellt) mit einem elektrisch nicht leitenden Überzug versehen sein, der es ermöglicht die Oberfläche der Elektrode 300, an der die Reaktion abläuft, zu begrenzen. An der Elektrode 300 bildet sich eine elektrochemische Halbzelle aus. Die Elektrode 300 kann je nach gewünschter Reaktion als Anode oder als Kathode der elektrochemischen Halbzelle betrieben werden. Wird die Elektrode 300 als Anode betrieben und ein wässriges Medium zersetzt, so entsteht an der Elektrode 300 Sauerstoff, wenn das wässrige Medium einen geeigneten pH- Wert hat und eine geeignete Spannung anliegt. Anhaltspunkt für geeignete Spannungen in Abhängigkeit von der Fluid-Zusammensetzung bieten sogenannte Pourbaix-Diagramme oder pH-Potential-Schaubilder. Zum Erzeugen des Schaums wird ein Fluid Fl durch den Hohlkörper 2 geleitet. Mittels Anlegens einer konstanten oder auch an die gewünschte Reaktion angepaßten, zeitlich veränderlichen, periodischen oder chaotischen Spannung zwischen der Elektrode 300 und einer Gegenelektrode 301 bilden sich an der Elektrode 300 durch Zersetzung des Fluids Fl2 Einlage- rangen 12 in dem Fluid Fl2. Die Anfangsgröße der Einlagerungen 12 ist mit 10a, die Endgröße mit 10b bezeichnet. Die Einlagerung 12 sind mit einem weiteren Fluid Fli gefüllt, beispielsweise mit Gas, bei dem es sich um Wasserstoff handelt, wenn die Elektrode 300 als Kathode zur Wasserzersetzung betrieben wird. Die Gegenelektrode 301 ist elektrisch leitend und wird gemäß der gewünschten Reaktion aus einem geeigneten Werkstoff gebildet, bei- spielsweise Metall. Das Fluid Fl2 wird über eine Einspeiseeinrichtung 8 zugeführt und fließt durch einen Bereich 9 vorbei an einer Elektrodenspitze 306, an der durch Zersetzungsreaktion des Fluids Fl das weitere Fluid Fli entsteht, in die Bildungskammer 7. Die Tropfenbildung an der Elektrodenspitze 306 vollzieht sich derart, daß die Ausdehnung ausgehend von der Anfangsgröße 10a, die in Figur 4A zur besseren Darstellung vergrößert gezeigt ist, bis zu der Endgröße 10b zunimmt. Die Ausdehnung wird durch die Abmessung 11 der Bildungskammer 7 im Bereich um die Elektrodenspitze 306 begrenzt.FIG. 4A shows a schematic representation of a further microreactor 100 for producing a crystalline / monodisperse foam in cross section. An electrode 300 is at least partially arranged in a hollow body 2, which is preferably tubular. The electrode 300 is made of a conductive material, for example metal, which was selected in accordance with one for the electrolysis of the liquid fluid Fl 2 and a desired electrochemical reaction. The electrode 300 can be partially (not shown in FIG. 4A) provided with an electrically non-conductive coating, which makes it possible to limit the surface of the electrode 300 on which the reaction takes place. An electrochemical half cell is formed on the electrode 300. Depending on the desired reaction, the electrode 300 can be operated as an anode or as a cathode of the electrochemical half cell. If the electrode 300 is operated as an anode and an aqueous medium is decomposed, oxygen is generated at the electrode 300 if the aqueous medium has a suitable pH value and a suitable voltage is present. So-called Pourbaix diagrams or pH potential diagrams provide an indication of suitable voltages depending on the fluid composition. To generate the foam, a fluid F1 is passed through the hollow body 2. A constant or even to the desired reaction matched by means of applying, varying over time, periodic or chaotic voltage between the electrode 300 and a counter electrode 301 formed on the electrode 300 by the decomposition of the fluid Fl 2 interlining wrung 12 in the fluid Fl. 2 The initial size of the inclusions 12 is designated 10a, the final size 10b. The deposits 12 are filled with a further fluid Fli, for example with gas, which is hydrogen when the electrode 300 is operated as a cathode for water decomposition. The counter electrode 301 is electrically conductive and is formed from a suitable material, for example metal, in accordance with the desired reaction. The fluid Fl 2 is fed in via a feed device 8 and flows through an area 9 past an electrode tip 306, at which the further fluid Fli is formed by the decomposition reaction of the fluid Fl, into the formation chamber 7. The droplet formation at the electrode tip 306 takes place in such a way that that the expansion increases from the initial size 10a, which is shown enlarged in FIG. 4A for better illustration, to the final size 10b. The extent is limited by the dimension 11 of the formation chamber 7 in the area around the electrode tip 306.
Nach dem Abreißen der Blasen von der Elektrodenspitze 306 bilden sich in der Bildungs- kammer 7 die Einlagerungen 12, so daß ein eindimensionaler Schaum gebildet wird. Dieser wird im Sammelraum 13, in dem sich die kristalline Schaumstruktur ausbildet, gesammelt und in geeigneter Weise geformt, sofern ein fester Schaum als Produkt angestrebt wird.After the bubbles have been torn off from the electrode tip 306, the deposits 12 form in the formation chamber 7, so that a one-dimensional foam is formed. This is collected in the collecting space 13, in which the crystalline foam structure is formed, and shaped in a suitable manner, provided that a solid foam is sought as a product.
Zum Anlegen einer konstanten oder einer zeitlich veränderlichen Spannung sind die Elektrode 300 und die Gegenelektrode 301 über Verbindungsleitungen 308 und 309 elektrisch leitend mit einer Spannungsquelle 307 verbunden. Figur 4B zeigt beispielhaft den Verlauf eines zeitlich veränderlichen Stroms an der Spannungsquelle 307. Hierbei liegt während eines Zeitin- tervalls ti eine positive Spannung an, so daß beispielsweise Sauerstoff an der Elektrode 300 gebildet wird, die während des Zeitintervalls ti eine Anode bildet. Um die Sauerstoffbildung zu unterbrechen und in geeigneter Form eine Abrißbedingung für die Blasen/Tropfen zu beeinflussen, wird während eines Zeitintervalls t2 umgepolt. Während eines weiteren Zeitintervalls t3 wird ein Potential angelegt, beispielsweise ein schwach positives Potential, bei dem keine Blasen entstehen.To apply a constant or a time-varying voltage, the electrode 300 and the counter electrode 301 are electrically conductively connected to a voltage source 307 via connecting lines 308 and 309. FIG. 4B shows an example of the course of a time-varying current at the voltage source 307. Here, a positive voltage is present during a time interval ti, so that, for example, oxygen is formed on the electrode 300, which forms an anode during the time interval ti. In order to interrupt the formation of oxygen and to influence a tear-off condition for the bubbles / drops in a suitable form, the polarity is reversed during a time interval t 2 . During a further time interval t 3 , a potential is applied, for example a weakly positive potential, in which no bubbles arise.
Bei dem unter Bezugnahme auf die Figur 4A und 4B beschriebenen Verfahren handelt es sich um die Herstellung eines Schaums, insbesondere eines monoporösen Schaums, bei dem die Einlagerungen 12 mit Hilfe einer zumindest teil weisen Zersetzung eines Fluids Fli an einer Elektrodenanordnung erzeugt werden, wobei die Ausdehnung der Einlagerungen durch die Abmessung im Bereich, wo die Einlagerungen (Blasen/Tropfen) 12 gebildet werden, begrenzt wird.The method described with reference to FIGS. 4A and 4B is the production of a foam, in particular a monoporous foam, in which the Inclusions 12 are generated with the aid of an at least partial decomposition of a fluid Fli on an electrode arrangement, the extent of the inclusions being limited by the dimension in the area where the inclusions (bubbles / drops) 12 are formed.
Um den in verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Prozeß der Tröpfchenbildung eines Fluids in einem anderen Fluid auszuführen, der es ermöglicht, monodisperse Tröpfchenverteilungen des einen Fluids in dem anderen Fluid zu erzeugen, kann ein Verfahren vorgesehen sein, welches alternativ ausgeführt und ebenfalls für die verschiedenen beschriebenen Anwendungsfälle genutzt werden kann, um einen monodispersen oder einen oligodispersen Schaum zu erzeugen. Bei dem alternativen Verfahren werden zwei nicht mischbare flüssige Fluide, die eine stark unterschiedliche Viskosität aufweisen, mit unterschiedlicher Geschwindigkeit lamellenförmig aneinander vorbei geführt. Bei dem einen Fluid kann es sich beispielsweise um Wasser, Alkohol, Äther, CC14, usw. handeln. Das andere Fluid ist beispielsweise eine silikatische Sole, eine alumosilikatische Sole, eine polymersierbare Flüssigkeit, eine Paste, eine Aufschlemmung, eine Aufschlemmung metallhaltiger Pasten, eine Creme, ein Öl, ein Silikonöl, ein Fett usw. Die beim Vorbeiströmen auftretenden hydrodynamischen Grenzflächeninstabilitäten (Wellen) steigen beim Vorbeiströmen auf und bilden ein reguläres Muster der in dem anderen Fluid eingeschlossenen Tropfen des einen Fluids. Dieses führt aufgrund der charakteristischen Moden des hydrodynamischen Systems zu einer sehr engen, beispielsweise monomodalen oder bimodalen Größenverteilung der Radien der tropfenartigen Einlagerungen des einen Fluids in dem anderen Fluids. Voraussetzung für die Ausbildung der charakteristischen Moden ist eine ausreichende Wegstrecke, entlang welcher die beiden Fluide in einem engen Bildungsraum aneinander vorbeiströmen.In order to carry out the process of droplet formation of a fluid in another fluid described in various embodiments, which process makes it possible to produce monodisperse droplet distributions of the one fluid in the other fluid, a method can be provided which is carried out alternatively and is also used for the various described use cases can be used to produce a monodisperse or an oligodisperse foam. In the alternative method, two immiscible liquid fluids, which have a very different viscosity, are guided past each other in lamellar fashion at different speeds. The one fluid can be, for example, water, alcohol, ether, CC1 4 , etc. The other fluid is, for example, a silicate brine, an aluminosilicate brine, a polymerizable liquid, a paste, a slurry, a slurry of metal-containing pastes, a cream, an oil, a silicone oil, a fat, etc. The hydrodynamic interface instabilities (waves) that occur when flowing past rise as they flow past and form a regular pattern of the drops of the one fluid enclosed in the other fluid. Due to the characteristic modes of the hydrodynamic system, this leads to a very narrow, for example monomodal or bimodal, size distribution of the radii of the drop-like deposits of one fluid in the other fluid. A prerequisite for the formation of the characteristic modes is a sufficient distance along which the two fluids flow past one another in a narrow education area.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines anderen Mikroreaktors 500 zur Herstellung eines monokristallinen Schaums aus zwei nicht mischbaren flüssigen Fluiden Fli, Fl2. Der andere Mikroreaktor 500 ist im Querschnitt gezeigt. Für gleiche Merkmale werden wiederum dieselben Bezugszeichen wie in den Figuren 1A und 1B verwendet. In einem vorzugsweise rohrförmigen Hohlkörper 2, ist eine Zuführeinrichtung 3, die ihrerseits ein rohrförmiger Hohlkörper ist, zumindest teilweise angeordnet. Zum Erzeugen des Schaums wird ein Fluid Fli durch einen in der Zuführeinrichtung 3 gebildeten Zuführraum 4 eingeführt. Hierbei durchströmt das Fluid Fli den Zuführraum 4 und tritt über eine Öffnung 5 an einem Ende 6 der Zuführeinrichtung 3 aus dem Zuführraum 4 in einen mittels eines anderen Fluids Fl2 abgegrenzten „virtuellen" Bildungsraum 70 ein, der in dem Hohlkörper 2 im Bereich der Öff- nung 5 beginnt und sich in dem Hohlkörper 2 stromabwärts von der Öffnung 5 weg fortsetzt. Über einen weiteren Zuführraum 504 wird das flüssige andere Fluid Fl2 in dem Hohlkörper 2 eingeführt.FIG. 5 shows a schematic illustration of another microreactor 500 for producing a monocrystalline foam from two immiscible liquid fluids Fli, Fl 2 . The other microreactor 500 is shown in cross section. For the same features, the same reference numerals are used as in Figures 1A and 1B. A feed device 3, which in turn is a tubular hollow body, is at least partially arranged in a preferably tubular hollow body 2. To generate the foam, a fluid Fli is introduced through a feed space 4 formed in the feed device 3. In this case, the fluid Fli flows through the feed chamber 4 and enters via an opening 5 at one end 6 of the feed device 3 from the feed chamber 4 into a "virtual" education chamber 70 delimited by another fluid Fl 2 , which is located in the hollow body 2 in the region of the opening - 5 begins and continues in the hollow body 2 downstream of the opening 5 away. The liquid other fluid Fl 2 is inserted into the hollow body 2 via a further supply space 504th
Das Fluid und das andere Fluid Fl2 durchströmen den Mikroreaktor 500 in der selben Richtung, wobei die jeweiligen Strömungsgeschwindigkeiten derart aufeinander abgestimmt sind, daß sich an einer Grenzfläche 516 der Fluide Fli, Fl hydrodynamische Grenzflächeninstabilitäten definierter Moden ausbilden. Eine Wellenlänge 514 der sich ausbildenden Grenzflächeninstabilitäten 516 liegt hierbei in der Größenordnung eines Durchmessers 511 eines virtuellen Bildungsraums 505. Der (reale) Bildungsraum 7 hat vorzugsweise einen Durclimes- ser 513, der nur unwesentlich größer ist als der Durchmesser 511 des virtuellen Bildungsraums 505. Es handelt sich hierbei um Strömungsgeschwindigkeiten, die eine langsame Strömung ergeben. Abhängig von Durchmessern 513, 512, 511, die in Abhängigkeit von den Fluide Fli, Fl2 und der Strömungsgeschwindigkeiten gewählt werden, und von den Strömungsgeschwindigkeiten der Fluide Fli, Fl bilden sich definierte Moden aus, und es entste- hen Blasen/Tropfen mit entsprechend definiertem, im wesentlichen einheitlichen Durchmesser. Der Durchmesser 511 des virtuellen Bildungsraumes 505 kann vom Durchmesser 512 des Zuführraumes 4 verschieden sein. Die Blasen 12 haben dann einen Durchmesser, der dem Durchmesser 511 des virtuellen Bildungsraumes 505/der Wellenlänge 514 der Grenzflächeninstabilität 516 entspricht. Die Strömungsgeschwindigkeiten der zu vermengenden Fluide Fli, Fl2 werden mittels Regelungseinrichtungen geregelt (in Figur 5 nicht dargestellt).The fluid and the other fluid Fl 2 flow through the microreactor 500 in the same direction, the respective flow rates being coordinated with one another in such a way that hydrodynamic interface instabilities of defined modes form at an interface 516 of the fluids Fli, Fl. A wavelength 514 of the developing interface instabilities 516 is in the order of a diameter 511 of a virtual education room 505. The (real) education room 7 preferably has a durometer 513, which is only slightly larger than the diameter 511 of the virtual education room 505. It these are flow velocities that result in a slow flow. Depending on the diameters 513, 512, 511, which are selected as a function of the fluids Fli, Fl 2 and the flow velocities, and on the flow velocities of the fluids Fli, Fl, defined modes are formed, and bubbles / drops are formed accordingly defined, essentially uniform diameter. The diameter 511 of the virtual education space 505 can differ from the diameter 512 of the feed space 4. The bubbles 12 then have a diameter which corresponds to the diameter 511 of the virtual education space 505 / the wavelength 514 of the interface instability 516. The flow velocities of the fluids Fli, Fl 2 to be mixed are regulated by means of regulating devices (not shown in FIG. 5).
Bei dem unter Bezugnahme auf Figur 5 beschriebenen Verfahren handelt es sich um die Herstellung eines Schaums, insbesondere eines monoporösen Schaums, bei dem die Einlagerungen infolge von hydrodynamische Instabilitäten an Grenzfläche zwischen zwei in einer engen Bildungskammer aneinander vorbei strömenden Fluiden Fli, Fl2 erzeugt werden.The method described with reference to FIG. 5 is the production of a foam, in particular a monoporous foam, in which the deposits are generated as a result of hydrodynamic instabilities at the interface between two fluids Fli, Fl 2 flowing past one another in a narrow formation chamber.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein. The features of the invention disclosed in the above description, the claims and the drawing can be of importance both individually and in any combination for realizing the invention in its various embodiments.
Claims
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