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Dokumentenidentifikation DE102007018937A1 23.10.2008
Titel Elektrostatisch geladenes oder aufladbares Filtermaterial und Verfahren zu dessen Herstellung
Anmelder helsa-automotive GmbH & Co. KG, 95482 Gefrees, DE
Erfinder Seitz, Marcus, Dr., 95473 Creußen, DE
Vertreter LOUIS, PÖHLAU, LOHRENTZ, 90409 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 21.04.2007
DE-Aktenzeichen 102007018937
Offenlegungstag 23.10.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.10.2008
IPC-Hauptklasse B01D 39/16(2006.01)A, F, I, 20070421, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B03C 3/28(2006.01)A, L, I, 20070421, B, H, DE   B01J 20/26(2006.01)A, L, I, 20070421, B, H, DE   B01D 53/04(2006.01)A, L, I, 20070421, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermaterial mit einer Trägerschicht und einer Absorptionsfilterschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben, wobei die Adsorptionsfilterschicht von mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden gebildet ist und wobei ferner die Schmelzkleberfäden Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisatoren umfassen und die Schmelzkleberfäden eine Ladung aufweisen und/oder aufladbar sind. Ein bevorzugter Anwendungsbereich für derartige Filtermaterialien ist die Verwendung als Kabinenluftfilter, Umluftfilter, Reinraumfilter, Abluftfilter, Wohnraumfilter und/oder Staubsaugerfilter.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermaterial mit einer Trägerschicht und einer Absorptionsfilterschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben, wobei die Adsorptionsfilterschicht von mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden gebildet ist und wobei ferner die Schmelzkleberfäden Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisatoren umfassen und die Schmelzkleberfäden eine Ladung aufweisen und/oder aufladbar sind. Ein bevorzugter Anwendungsbereich für derartige Filtermaterialien ist die Verwendung als Kabinenluftfilter, Umluftfilter, Reinraumfilter, Abluftfilter, Wohnraumfilter und/oder Staubsaugerfilter.

Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe verschiedener Filter und Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Filter lassen sich in solche unterteilen, bei denen Aktivkohlepartikel auf den Fasern einer Adsorberschicht angeordnet sind (DE 198 45 526 A1). Die Reinigungswirkung kommt bei diesen Filtern überwiegend durch Adsorption zustande. Ferner sind Filter bekannt, bei denen die Fasern einer Filterschicht elektrisch aufgeladen ist (DE 101 09 474 C1). Die Reinigungswirkung kommt bei diesen Filtern überwiegend durch Filtration zustande. Während Aktivkohle-basierte Filter geeignet sind, gasförmige Stoffe durch Adsorption zu binden, eignen sich elektrisch aufgeladene Filter, insbesondere zur Filtration von Feinstaub.

Um Feinstaub auch mit Aktivkohle-basierten Filtern durch Filtration binden können, werden sehr feinmaschige Faserlagen benötigt, die einen hohen Druckabfall an den Filtern hervorrufen. Daher ist eine Verwendung von Aktivkohle-basierten Filtern zu Filtration von Feinstaub nicht bekannt, da zwischen den Adsorberpartikeln ausreichend große Poren notwendig sind, um den Strömungswiderstand niedrig zu halten. Durch derartige offene Strukturen können jedoch keine ausreichenden Partikelfilterwirkungen durch Filtrationseffekte erreicht werden. Um eine gute adsorptive Wirkung zusammen mit einer ausreichenden Filtrationswirkung zu erreichen, werden im Stand der Technik getrennte Schichten aus Adsorbern und Feinstaubfiltern eingesetzt (DE 102 49 998 B3).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten und vereinfachten Filter bereitzustellen, der Feinstaub bei einem geringem Druckabfall bindet und auch gasförmige Schadstoffe adsorbiert.

Diese Aufgabe wird durch ein Filtermaterial gelöst, umfassend eine Trägerschicht und eine Adsorptionsfilterschicht, wobei die Adsorptionsfilterschicht von mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden gebildet ist und wobei ferner die Schmelzkleberfäden Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisatoren umfassen und die Schmelzkleberfäden eine Ladung aufweisen und/oder aufladbar sind.

Überraschenderweise kann von dem erfindungsgemäßen Filterelement Feinstaub äußerst effizient über einen längeren Zeitraum adsorbiert werden, da die Ladung auf den Schmelzkleberfäden stabilisiert ist, ohne dass es zu einem größeren Druckabfall am Filter kommt.

Durch die Ladung in und/oder auf den Schmelzkleberfäden wird Feinstaub von dem Filter angezogen und gebunden, wodurch ein Filtrationseffekt entsteht. Vorzugsweise werden Partikel von kleiner als 3 &mgr;m, weiter bevorzugt in einem Bereich von 100 nm bis 2 &mgr;m, gebunden. Die Adsorberpartikel adsorbieren vorzugsweise gasförmige und/oder flüssige Stoffe.

Überraschenderweise kombiniert ein Filter mit Adsorberpartikeln und Schmelzkleberfäden mit Ladungsträgern und/oder Ladungsstabilisatoren die Reinigungswirkung von Adsorptions- und Filtrationselementen, wodurch ein vereinfachter Filter bereitgestellt werden kann, bei welchem gleichzeitig der Druckabfall geringer ist, als wenn Adsorberpartikel und Schmelzkleberfäden mit Ladungsträgern und/oder Ladungsstabilisatoren in getrennten Filterelementen bereitgestellt werden.

Erstaunlicherweise wird durch die Kombination eines Filters mit Adsorberpartikeln und Schmelzkleberfäden mit Ladungsträgern und/oder Ladungsstabilisatoren auch eine verbesserte Abscheideleistung erzielt.

Unter einer Adsorptionsfilterschicht im Sinne der Erfindung wird eine Schicht verstanden, die sowohl durch Adsorption als auch durch Filtration gasförmige, flüssige und/oder partikuläre Stoffe zurückhält.

Unter Schmelzkleberfäden, die aufladbar sind, ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass in und/oder auf den Schmelzkleberfäden durch Einwirken eines elektrischen Feldes eine ionische und/oder eine Partialladung erzeugt werden kann.

Unter Schmelzkleberfäden, die Ladung aufweisen, ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass die Schmelzkleberfäden eine ionische Ladung und/oder eine Partialladung aufweisen.

Ladungsträger im Sinne der Erfindung sind vorzugsweise Substanzen, die eine Ladung tragen und/oder auf die eine Ladung, z. B. durch Ladungsseparation, aufgebracht werden kann.

Ladungsstabilisatoren im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Substanzen, die bereits in der Adsorptionsfilterschicht vorhandene Ladungen stabilisieren können.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelementes weisen die Schmelzkleberfäden eine Flächenladungsdichte von 10–8 bis 10–6 C/cm2 auf. Vorzugsweise weisen die Schmelzkleberfäden eine Flächenladungsdichte von 10–7 bis 5 × 10–7 C/cm2 auf.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelementes weist die Adsorberfilterschicht eine Dicke in einem Bereich von 50 &mgr;m bis 500 &mgr;m, vorzugsweise 100 &mgr;m bis 250 &mgr;m, auf.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials sind die Adsorberpartikel pulver- und/oder granulatförmig und vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Zeolithen, Silikagelen, Aktivkohle, Aluminiumoxid, Calciumchlorid und Mischungen davon, besteht.

Die Ladungsstabilisatoren und/oder Ladungsträger im Sinne der vorliegenden Erfindung weisen eine Zersetzungstemperatur auf, die über dem Erweichungspunkt der Schmelzkleberfäden liegt.

Bei einer Ausführungsform sind die Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisatoren organische und/oder anorganische Salze und/oder Stoffe, welche verschiebbare Ladungen, z. B ein &Pgr;-Elektronensystem, enthalten. Es können polare Substanzen verwendet werden, die sich im elektrischen Feld ausrichten. Im elektrischen Feld richten sich die polaren Substanzen in den Schmelzkleberfäden aus und erzeugen und/oder stabilisieren hierdurch die Ladung in den Schmelzkleberfäden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials sind die Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisatoren aus der Gruppe, bestehend aus organischen und anorganischen Salzen, salzartige Verbindungen, ionische Polymere, halogenierte, insbesondere fluorierte Kohlenwasserstoffe, metallorganische Komplexverbindungen, insbesondere Metallocene, Halbsandwichkomplexe, Farbstoffe, insbesondere Azofarbstoffe, Verbindungen mit einem konjugierten &Pgr;-Elektronensystem und Mischungen davon, ausgewählt. Vorzugsweise weisen die organischen und anorganischen Salze und/oder salzartigen Verbindungen große Anionen mit einem Molekulargewicht von vorzugsweise über 70 g/mol, weiter bevorzugt über 300, am meisten bevorzugt über 1000 g/mol auf.

Beispielsweise kann als Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisator ein Sulfonsäureester, wie zum Beispiel Toluolsulfonsäureester, verwendet werden.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelementes werden als Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisator Ammoniumsalze mit Kohlenstoffwasserresten, vorzugsweise mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen, weiter bevorzugt mit 10 bis 16 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Tetrakis(decyl)ammoniumbromid und/oder Tetradecyltrimethylammoniumbromid, verwendet.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelementes werden als Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisator Fettsäuresalze, beispielsweise Alkali- und/oder Erdalkalifettsäuresalze eingesetzt, die vorzugsweise linear sind. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Fettsäuren aus Fettsäuren mit einer Kettenlänge von C10 bis C20, vorzugsweise C18 bis C20, ausgewählt sind. Als sehr geeignete Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisator haben sich Natriumoleat und/oder Kaliumstearat erwiesen.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelementes werden als Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisator Azofarbstoffe verwendet. Beispielsweise werden als Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisator Methylrot, Fuchsinrot, Methylorange, Sudanrot und/oder Echtviolett verwendet.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelementes werden als Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisator Salze, wie Bariumtitanat, Natriumcitrat und/oder Mischungen davon, verwendet.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials umfassen die Schmelzkleberfäden als Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisatoren Natriumoleat und/oder Polyacrylsäurenatriumsalz. Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials umfassen die Schmelzkleberfäden als Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisatoren Ferrocen und/oder Zirkonocen.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelementes ist der Schmelzkleber aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyolefin, Polyester, Polyamid und Mischungen davon, ausgewählt und der Ladungsstabilisator umfasst Natriumoleat und/oder Bariumtitanat.

Die Adsorberpartikel haften vorzugsweise fest an den Schmelzkleberfäden.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials haften die Adsorberpartikel geringflächig an den Schmelzkleberfäden. Unter geringflächig im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise zu verstehen, dass höchstens 30%, vorzugsweise höchstens 10%, der äußeren Oberfläche der Adsorberpartikel an den Schmelzkleberfäden haften und/oder mit dem Schmelzkleber bedeckt sind. Hierdurch wird die Adsorptionswirkung der Adsorberpartikel nicht und/oder nur unwesentlich beeinträchtigt. Unter äußerer Oberfläche im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise die Oberfläche zu verstehen, die von außen unmittelbar zugänglich ist.

Unter Schmelzkleberfäden im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Fäden aus bei Raumtemperatur, d. h. bei 25°C, festen, Polymerklebstoffen zu verstehen, die vorzugsweise weniger als 5 Gew.-%, weiter bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, am meisten bevorzugt kein Wasser und/oder Lösungsmittel bezogen auf das Gesamtgewicht des Schmelzklebers, enthalten, die im heißen Zustand, vorzugsweise über 50°C, keine Klebewirkung aufweisen und nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur ihre Klebewirkung entfalten.

Schmelzkleber werden üblicherweise bei erhöhten Temperaturen, d. h. bei über 50°C, auf miteinander zu verklebende Gegenstände aus der Schmelze aufgetragen und härten nach dem Zusammenfügen beim Abkühlen auf Raumtemperatur unter Verfestigung vorzugsweise ohne eine chemische Reaktion.

Die Adsorberpartikel sind vorzugsweise gleichmäßig, insbesondere entlang und um den gesamten Umfang der Schmelzkleberfäden, auf den Schmelzkleberfäden verteilt. Vorzugsweise weisen Schmelzkleberfäden im Sinne der Erfindung im ungeschmolzenen Zustand keine Klebrigkeit untereinander auf und binden die Adsorberpartikel. Vorzugsweise bilden die Schmelzkleberfäden ein dreidimensionales Netz aus. Vorzugsweise sind die Schmelzkleberfäden geeignet im geschmolzenen Zustand Adsorberpartikel zu binden.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials ist der Schmelzkleber aus einem Material auf Polyester-, Polyolefin-, Polycarbonat-, Polyurethan- und/oder Polyamidbasis gebildet, wobei vorzugsweise der Schmelzkleber polymereinheitlich zu der Trägerschicht ist. Besonders bevorzugt besteht der Schmelzkleber aus einem Material auf Polyester- und Polyolefinbasis. Bei einer Ausführungsform beträgt das Flächengewicht an Adsorberpartikeln 100 bis 1500 g/m2, vorzugsweise 400 bis 1200 g/m2.

Durch das feste Haften der Adsorberpartikel an den Schmelzkleberfäden besteht die Adsorptionsfilterschicht aus einem regellosen, dreidimensionalen Netz, von dem sich die Adsorberpartikel nicht lösen. Hierdurch wird gleichzeitig eine hohe Luftdurchlässigkeit bei einer hohen Adsorptionskapazität und hoher Spontanität ermöglicht. Unter Spontanität ist das anfängliche Adsorptionsvermögen, d. h. die Adsorption im Anfangszustand ohne Beladung zu verstehen. Durch die elektrostatische Aufladung des Filters wird der Feinstaub ebenfalls effektiv zurückgehalten, ohne dass ein engmaschiges dreidimensionales Netz eingesetzt werden muss, welches zu einer verringerten Luftdurchlässigkeit führen würde.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials ist die Trägerschicht aus einem Vlies aus Polyester, Polyolefin, Polycarbonat, Polyurethan, Polyamidbasis, aus retikuliertem PUR-Schaum und/oder Mischungen davon gebildet.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials, beispielsweise wenn der Filter einer besonderen starken mechanischen Belastung unterliegt, ist auf der von der Trägerschicht abgewandten Seite der Adsorberschicht eine Deckschicht angeordnet. Diese Deckschicht kann aus einem Vlies, Gelege, Gewirke oder Gestrick bestehen und ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das polymereinheitlich zu dem Material der Trägerschicht und/oder dem Schmelzkleber ist. Vorzugsweise absorbiert die Deckschicht Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von größer als 3 &mgr;m, vorzugsweise von 3 &mgr;m bis 500 &mgr;m. Weiter bevorzugt adsorbiert die Deckschicht Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 3 &mgr;m bis 20 &mgr;m, am meisten bevorzugt adsorbiert die Deckschicht Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 3 &mgr;m bis 10 &mgr;m.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials weisen die Adsorberpartikel einen mittleren Durchmesser in einem Bereich von 50 &mgr;m bis 5 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 50 &mgr;m bis 500 &mgr;m auf.

Die Schmelzkleberfäden umfassen einen Schmelzkleber, der vorzugsweise einen Schmelzpunkt zwischen 75 und 200°C besitzt, insbesondere zwischen 100 und 150°C. Vorzugsweise liegt der Schmelzpunkt des Schmelzklebers mindestens 50°C unter dem Schmelzpunkt des Materials der Trägerschicht.

Bei einer Ausführungsform kann der Schmelzkleber nachträglich noch nachvernetzt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, falls das Filtermaterial in einer Umgebung mit hoher Temperatur eingesetzt werden soll. Vorzugsweise weisen die Schmelzkleberfäden nach dem Vernetzen duroplastische Eigenschaften auf.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials weisen die Schmelzkleberfäden einen Durchmesser auf, der mindestens um den Faktor 10 kleiner ist als der Durchmesser der Adsorberpartikel. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Schmelzkleberfäden nur mit einem geringen Teil der äußeren Oberfläche der Adsorberpartikel in Kontakt stehen. Dies ermöglicht auch einen besonders geringen Anteil an Schmelzkleber. Bei einer Ausführungsform liegt der Anteil der Schmelzkleberfäden bei 2 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtgewicht der Adsorberschicht.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials weisen die Schmelzkleberfäden eine Dicke in einem Bereich von 5 bis 50 &mgr;m, vorzugsweise von 10 bis 20 &mgr;m, auf.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials sind die Ladungsstabilisatoren und/oder Ladungsträger in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Schmelzklebers, im Schmelzkleber verteilt.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials sind die Ladungsstabilisatoren und/oder Ladungsträger kompatibel zu dem Schmelzkleber. Kompatibel im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der Schmelzkleber und der Ladungsträger und/oder der Ladungsstabilisator eine homogene Mischung bilden. Vorzugsweise werden ein polarer Schmelzkleber und ein polarer Ladungsträger und/oder polarer Ladungsstabilisator verwendet oder es werden ein unpolarer Schmelzkleber und ein unpolarer Ladungsträger und/oder unpolarer Ladungsstabilisator verwendet. Beispielsweise können Ammoniumsalze mit langen, unpolaren Alkylsubstituenten, wie beispielsweise C10 bis C20-Alkyl, gut in unpolaren Polyolefin-basierten Schmelzklebstoffen dispergiert werden. Polare Polyacrylsalze können beispielsweise in Kombination mit Polyurethanen eingesetzt werden.

Die vorliegende Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Filters gelöst, wobei Schmelzkleberfäden versponnen werden und mit Adsorberpartikeln beladen werden und auf einer Trägerschicht abgelegt werden, wobei der Schmelzkleber mindestens einen Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisator umfasst und wobei die Schmelzkleberfäden während der Verspinnens und/oder in einem nachfolgenden Schritt elektrisch aufgeladen werden.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schmelzkleberfäden in einem Schmelzspinnverfahren versponnen.

Bei einer Ausführungsform wird der Schmelzkleber aus der Schmelze aus Düsen in Richtung der beabstandet an den Düsen vorbei geführten Trägerschicht versprüht, wobei das Beladen der Schmelzkleberfäden mit Adsorberpartikeln im Bereich zwischen den Düsen und dem Trägervlies erfolgt und anschließend die mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden auf der Trägerschicht abgelegt werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE 198 45526 A1, deren Offenbarung hiermit unter Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben. Alternativ kann der Schmelzkleber auch aus der Lösung unter Ausbildung von Schmelzkleberfäden versprüht werden.

Gleichzeitig mit dem Verspinnen oder direkt anschließend kann die Ladungstrennung an den versponnenen Fäden erfolgen.

Die Ladungstrennung kann auch am fertigen Filter durchgeführt werden. Dabei können die Schmelzkleberfäden vor und/oder während ein elektrisches Feld, von vorzugsweise 0,01–100 kV/m, weiter bevorzugt von 0,5 bis 50 kV/m, angelegt wird, auf eine Temperatur erwärmt werden, die eine Ladungstrennung in den Schmelzkleberfäden, beispielsweise durch Dissoziation von Ladungen, erlaubt, und wird anschließend auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die getrennten Ladungen in den Schmelzkleberfäden stabilisiert wird. Eine Ladungstrennung wird bei Temperaturen über dem Erweichungsbereich, vorzugsweise über dem Erweichungspunkt der Schmelzkleberfäden erlaubt. Eine Stabilisierung der Ladungstrennung in den Schmelzkleberfäden wird bei Temperaturen unter dem Erweichungspunkt der Schmelzkleberfäden erlaubt, da die getrennten Ladungen bei Temperaturen unter dem Erweichungspunkt fixiert werden.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schmelzkleberfäden in einem Elektrospinn-Verfahren versponnen. Hierzu wird ein bahnförmiges Material zwischen zwei Elektroden hindurchgeführt und dabei elektrostatisch aufgeladen, wobei die Absprühelektrode und/oder die Aufnahmeelektrode elektrisch geladen sind. Ein derartiges Elektrospinnverfahren ist beispielsweise in der DE 2328015 A1 beschrieben, welches unter Bezugnahme aufgenommen ist.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden auf dem Trägermaterial zu einem regellos dreidimensionalen Netz abgelegt.

Die Trägerschicht, die Schmelzkleberfäden und/oder die Adsorptionspartikel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden entsprechend den für das Filtermaterial vorstehend angegebenen Definitionen ausgewählt und/oder hergestellt.

Bei einer Ausführungsform werden die Schmelzkleberfäden aus einer Düse versprüht und zwischen der Düse und Trägervlies, auf dem die Schmelzkleberfäden abgelegt werden, mit Adsorberpartikeln beladen. Der Abstand ist so gewählt, dass die Schmelzkleberfäden noch eine gewisse Klebrigkeit aufweisen. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen den Düsen und der Zufuhr der Adsorberpartikel 1 bis 20 cm, vorzugsweise 3 bis 10 cm, weiter bevorzugt 2 bis 5 cm. Vorzugsweise bildet der Sprühstrahl mit der Fläche der Trägerschicht einen spitzen Winkel von vorzugsweise 20 bis 45°. Die Zufuhr der Adsorberpartikel erfolgt bevorzugt über einen Rüttler.

Bei einer Ausführungsform wird zur Verstreckung der Fasern Druckluft eingesetzt. Diese erzeugt einen Luftstrom, sodass einrieselnde Adsorberpartikel entlang der versprühten Schmelzkleberfäden haften bleiben. Anschließend werden die mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden auf die vorbeigeführte Trägerschicht abgelegt, wobei vorzugsweise die Schmelzkleberfäden auf einem durch Luft erzeugten Polster auf der Trägerschicht abgelegt werden. Durch dieses Luftpolster wird verhindert, dass es zu keinem dichten Verbund zwischen Fasern und Adsorbern kommt. Die Adsorberpartikel bleiben vielmehr in einer Art lockerem dreidimensionalen Fasernetz aufgehängt.

Figuren

1 zeigt ein Diagramm der NaCl-Abscheideleistung für Polyesterfiltermaterial mit einem Polyamidüberzug (Colback®, Colbond, Niederlande) mit verschiedenen Ladungsträgern und/oder Ladungsstabilisatoren und verschiedenen Adsorberpartikelgrößen, wobei die Schmelzkleberfäden beim Verspinnen durch Anlegen einer negativen Spannung von –7,5 kV an der Aufsprühelektrode aufgeladen wurden.

2 zeigt ein Diagramm der NaCl-Abscheideleistung für Polyesterfiltermaterial (Colback®, Colbond, Niederlande) mit verschiedenen Ladungsträgern und/oder Ladungsstabilisatoren und verschiedenen Adsorberpartikelgrößen, wobei die Schmelzkleberfäden beim Verspinnen durch Anlegen einer negativen Spannung von –5,0 kV an der Aufsprühelektrode und einer positiven Spannung von + 5,0 kV an den Sprühkopf aufgeladen wurden.

3 zeigt ein Diagramm der NaCl-Abscheideleistung für Polyesterfiltermaterial (Colback®, Colbond, Niederlande) mit verschiedenen Ladungsträgern und/oder Ladungsstabilisatoren und verschiedenen Adsorberpartikelgrößen, wobei die Schmelzkleberfäden durch Anlegen einer negativen Spannung von –5,0 kV an der Aufsprühelektrode und einer positiven Spannung von + 5,0 kV an den Sprühkopf aufgeladen wurden, und wobei die vermessenen Proben vor der Messung bei 60°C über Nacht in einem Trockenschrank aufbewahrt wurden.

Durch das nachfolgenden Beispiel soll die vorliegende Erfindung näher erläutert, aber in keiner Weise beschränkt werden.

Beispiel:

Je 50 g Schmelzkleber auf Polyolefinbasis wurde in einem Becherglas auf einer Heizplatte zum Schmelzen gebracht und unter kräftigem Rühren wurden die unten angegebenen Mengen der jeweiligen Ladungsträgern bzw. Ladungsstabilisatoren zugegeben. Ladungsstabilisator bzw. Ladungsträger Zugabe I [g] Zugabe II [g] Zugabe III [g] Tetrabutylammoniumbromid 2,11 1,06 0,53 Tetradecyltrimethylammoniumbromid 2,21 1,10 0,55 Tetra kis(decyl)ammoniumbromid 4,32 2,16 1,08 Natriumoleat 2,00 1,00 0,50 Bariumtitanat 0,76 0,38 0,19 Polyacrylsäurenatriumsalz 5' 100 (19% Na) (Fluka) 0,50 0,25 0,12

Es wurden für jeden Ladungsträger bzw. Ladungsstabilisator und jede Konzentration je zwei ca. DIN A4 große Sprühmuster auf dem Polyesterträgermedium (Colback®, Colbond, Niederlande) unter Zugabe von Aktivkohlegranulat mit einer Korngrößenverteilung von 30 × 70 mesh erzeugt, indem einmal eine negative Spannung von –7,5 kV an der Aufsprühelektrode angelegt (1) und im zweiten Versuch die Aufsprühelektrode mit –5 kV und der Sprühkopf mit +5 kV (2) geladen wurde. Es wurden Adsorptionsfilterschichten mit einer ungefähren Flächengewichtsauflage von 150 g/m2 erzeugt.

Aus den Sprühmustern wurden je zwei Stanzlinge mit einem Durchmesser von 12 cm entnommen und im Strömungskanal die Natriumchloridabscheideleistung bei einer Mediengeschwindigkeit von 16,6 cm/s mit NaCl-Partikeln im Größenbereich von 0,3 bis 5 &mgr;m gemessen. Als Medium wurde Luft verwendet. Die Messung wurde gemäß DIN 71460-1 durchgeführt.

Je ein Stanzling wurde bei ca. 60°C über Nacht im Trockenschrank aufbewahrt, der andere wurde bei Raumtemperatur gelagert. Die Abscheideleistungsbestimmung wurde am nächsten Tag wiederholt und die Zu- und Abnahme der Filtrationseffizienz der gealterten Proben bestimmt (3).

Ergebnis:

Bei einer negativen Ladung der Aufsprühelektrode mit –7,5 kV wurden insbesondere bei NaCl-Teilchengrößen im Bereich von 1 bis 5 &mgr;m und bei der Verwendung von Natriumoleat 0,5 g als Ladungsstabilisator bzw. Ladungsträger pro 50 g Schmelzkleber eine deutlich verbesserte Filtrationswirkung erhalten. Auf der Y-Achse ist der Fraktionsabscheidegrad angegeben.

FAG
= (Fraktionsabscheidegrad)
CRein(x)
= Partikelkonzentration (Teilchen/m3) im gereinigten Meßgas nach dem Durchströmen des Filters in Abhängigkeit von der Partikelgröße.
CRoh(x)
= Partikelkonzentration (Teilchen/m3) im Meßgas vor dem Durchströmen des Filters in Abhängigkeit von der Partikelgröße.

In einem weiteren Experiment wurde die Aufsprühelektrode mit –5 kV und der Sprühkopf mit + 5 kV geladen. Auch hier wiesen Filtermaterialien mit Natriumoleat enthaltenden Fasern (0,5 g) eine deutlich verbesserte Abscheideleistung auf. Auch nach einer Alterung bei 60°C über Nacht wurden bei Partikelgrößen von 1 bis 5 &mgr;m in Kombination mit Natriumoleat 0,5 g pro 50 g Schmelzkleber deutlich verbesserte Abscheidungswerte für die Filtermaterialien erhalten.

Hinsichtlich des Alterungsverhalten wiesen Filtermaterialien mit Polyacrylsäurenatriumsalz 0,25 g als Ladungsstabilisator bzw. Ladungsträger pro 50 g Schmelzkleber nach der Alterung besonders vorteilhafte Werte auf.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • - DE 19845526 A1 [0002, 0046]
  • - DE 10109474 C1 [0002]
  • - DE 10249998 B3 [0003]
  • - DE 2328015 A1 [0049]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • - DIN 71460-1 [0060]


Anspruch[de]
Filtermaterial, umfassend eine Trägerschicht und eine Adsorptionsfilterschicht, wobei die Adsorptionsfilterschicht von mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden gebildet ist, wobei ferner die Schmelzkleberfäden Ladungsträger und/oder Ladungsstabilisatoren umfassen und die Schmelzkleberfäden eine Ladung aufweisen und/oder aufladbar sind. Filtermaterial nach Anspruch 1, wobei die Adsorberpartikel mit höchstens 30% der äußeren Oberfläche an den Schmelzkleberfäden haften. Filtermaterial, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mit Adsorberpartikeln beladenen Schmelzkleberfäden ein regeloses, dreidimensionales Netz bilden. Filtermaterial, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht aus einem Vlies auf Polyester-, Polyolefin-, Polycarbonat-, Polyurethan-, Polyamidbasis, aus retikuliertem PUR-Schaum und/oder Mischungen davon gebildet ist. Filtermaterial, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmelzkleberfäden aus Materialien der Gruppe, bestehend aus Polyester-, Polyolefin-, Polycarbonat-, Polyurethan-, Polyamidbasis und Mischungen davon, ausgewählt ist. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmelzkleberbestandteile polymereinheitlich zu der Trägerschicht sind. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Adsorberpartikel aus der Gruppe, bestehend aus Zeolithen, Silikagelen, Aktivkohle, Aluminiumoxid, Calciumchlorid und Mischungen davon, ausgewählt sind. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Adsorberpartikel in einer Menge von 100 bis 1500 g/m2 in der Adsorberschicht enthalten sind. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Adsorberpartikel einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 50 &mgr;m bis 5 mm, vorzugsweise von 100 &mgr;m bis 1 mm, aufweisen. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmelzkleberfäden eine Dicke in einem Bereich von 5 &mgr;m bis 50 &mgr;m aufweisen. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser der Schmelzkleberfäden mindestens um den Faktor 10 kleiner ist als der Durchmesser der Adsorberpartikel. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil an Schmelzkleberbestandteilen 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht an Adsorberschicht, beträgt. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladungsstabilisatoren und/oder Ladungsträger aus der Gruppe, bestehend aus organischen und anorganischen Salzen, salzartige Verbindungen, ionische Polymere, halogenierte, insbesondere fluorierte Kohlenwasserstoffe, metallorganische Komplexverbindungen, insbesondere Metallocene, Halbsandwichkomplexe, Farbstoffe, insbesondere Azofarbstoffe, Verbindungen mit einem ausgedehnten H-Elektronensystem und Mischungen davon, ausgewählt sind. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladungsstabilisatoren und/oder Ladungsträger in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schmelzkleberfäden, in den Schmelzkleberfäden verteilt sind. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ladungsstabilisator und/der Ladungsträger zu den Schmelzkleberfäden kompatibel ist. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eine Deckschicht, welche auf der der Trägerschicht abgewandten Seite der Adsorberschicht angeordnet ist, wobei die Deckschicht eine Filterwirkung für Staubpartikel größer als 3 &mgr;m zeigt. Filter, umfassend ein Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials, wobei Schmelzkleberfäden versponnen werden, mit Adsorberpartikel beladen werden und auf einer Trägerschicht abgelegt werden, wobei der Schmelzkleber mindestens einen Ladungsstabilisator und/oder Ladungsträger enthält und wobei die Schmelzkleberfäden während des Verspinnens und/oder in einem nachfolgenden Schritt elektrisch aufgeladen werden. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Schmelzkleberfäden in einem Elektrospinnverfahren versponnen werden, wobei die Absprühelektrode und/oder die Aufnahmeelektrode elektrisch geladen sind. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Schmelzkleberfäden nach dem Ablegen der Schmelzkleberfäden in einem elektrischen Feld aufgeladen werden. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Schmelzkleberfäden, vor und/oder während ein elektrische Feld angelegt wird, auf eine Temperatur erwärmt werden, die eine Ladungstrennung in den Schmelzkleberfäden erlaubt, und anschließend auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der die getrennte Ladung in den Schmelzkleberfäden stabilisiert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 zur Herstellung eines Filtermaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17. Verwendung des Filtermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 17 als Kabinenluftfilter, Umluftfilter, Reinraumfilter, Abluftfilter, Wohnraumfilter und/oder Staubsaugerfilter.






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