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PATENTANSPRÜCHE
1. Flächenhafter und biegsamer Schichtkörper zum Behandein eines mit demselben in Berührung gebrachten flüssigen oder gasförmigen Mediums mit einer für das Medium durch lässigen, faser- oder fadenhaltigen Deckschicht, einer Unterlagsschicht und einer zwischen diesen Schichten angeordneten Partikelschicht aus feinkörnigen oder faserigen Wirkstoffpartikein, wobei die Deckschicht und die Unterlagsschicht für die Partikel undurchlässig sind und die Partikel gegen Verschiebung in Richtung der Ebene und der Schichten durch einzelne oder Büschel von Haltefasern oder -fäden festgelegt sind, die über die gesamte Fläche des Schichtkörpers durch die Partikelschicht hindurchgenadelt sind und die Deckschicht und die Unterlagsschicht untereinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlagsschicht (2, 3) eine Kunststoffolie aufweist, in welcher die aus der Deckschicht (4,
10) stammenden genadelten Haltefasern oder -fäden (6) in Durchdringungen (5, 13) in der Folie elastisch gehalten sind.
2. Schichtkörper nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefasern oder -fäden (6) in den durch das Nadeln in der Kunststoffolie entstandenen Durchdringungen (5) elastisch gehalten sind.
3. Schichtkörper nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkstoffpartikelschicht (1) Adsorptionsstoffe, Absorptionsstoffe, Emissionsstoffe, Ionenaustauschstoffe oder Katalysatoren enthält.
4. Schichtkörper nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er für das Medium für eine Durchströmung in Querrichtung durchlässig ist.
5. Schichtkörper nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder Fäden der Deckschicht (4, 10) sowie die Haltefasern oder -fäden (6) Polyolefinfasern bzw.
-fäden sind.
6. Schichtkörper nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder Fäden der Deckschicht (4, 10) sowie die Haltefasern oder -fäden (6) mindestens zum Teil aus Fasern bzw. Fäden auf Cellulose-Basis bestehen.
7. Schichtkörper nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlagsschicht (2) näpfchenartige, mit Wirkstoffpartikeln und Haltefasern oder -fäden (6) ausgefüllte Ausbuchtungen aufweist.
8. Schichtkörper nach einem der Patentansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkstoffpartikel eine Grösse zwischen 0,01 und 6 mm aufweisen.
Die Erfindung betrifft einen flächenhaften und biegsamen Schichtkörper zum Behandeln eines mit demselben in Berührung gebrachten flüssigen oder gasförmigen Mediums mit einer für das Medium durchlässigen, faser- oder fadenhaltigen Deckschicht, einer Unterlagsschicht und einer zwischen diesen Schichten angeordneten Partikelschicht aus feinkörnigen oder faserigen Wirkstoffpartikeln, wobei die Deckschicht und die Unterlagsschicht für die Partikel undurchlässig sind und die Partikel gegen Verschiebung in Richtung der Ebene der Schichten durch einzelne oder Büschel von Haltefasern oder -fäden festgelegt sind, die über die gesamte Fläche des Schichtkörpers durch die Partikelschicht hindurchgenadelt sind und die Deckschicht und die Unterlagsschicht untereinander verbinden.
Bei bekannten Schichtkörpern der eingangs geschilderten Art (z. B. CH-PS 496 462) bestehen die miteinander vernadelte Deckschicht und Unterlagsschicht aus einem Faservlies.
Es sind deshalb Einlagen an den Innenseiten der Faservliese oder die Fixierung der Faservliese durch Bindemittel erforderlich, um ein Eindringen von den als Kohleteilchen vorliegenden Wirkstoffpartikeln in die Faservliese zu verhindern. Hierdurch sind bei dem bekannten Schichtkörper nicht nur zusätzliche Massnahmen notwendig, sondern er wird auch wegen der Verwendung von Faservliesen für die die Kohleteilchen einschliessenden Schichten in seiner Herstellung aufwendig und kostspielig.
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden (z.B. DE-OS 2 264 258) auf Vliesstoffen für Filter Wirkstoffkörner mittels eines Bindemittels und durch Wärmebehandlung zu agglomerieren. Das Bindemittel deckt jedoch einen Teil der Oberfläche der Wirkstoffkörper ab und vermindert dadurch ihre spezifische Wirksamkeit. Bei Wirkstoffen auf z. B. Kunstharzbasis können auch Schäden durch die Hitzeeinwirkung oder durch unerwünschte Reaktionen oder Wechselwirkungen zwischen dem Wirkstoff und dem Bindemittel, insbesondere mit dem Lösungs- oder Dispersionsmittel desselben auftreten. Die Agglomerate sind starr und zerbröckeln sehr leicht bei mechanischer Beanspruchung.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schichtkörper der eingangs genannten Art so auszubilden, dass nicht nur eine rein mechanische Immobilisierung der Wirkstoffpartikel und gleichzeitig auch gewünschte Biegsamkeit des Schichtkörpers sowie ungehinderter Zutritt des zu behandelnden Mediums an die Wirkstoffe erreicht werden kann, sondern dass er unter Beibehaltung des einfachen Nadelvorganges die Gefahr des Austretens von Wirkstoffpartikeln und auch den Aufwand seiner Herstellung herabsetzen soll.
Zur Lösung der Aufgabe ist der Schichtkörper der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlagsschicht eine Kunststoffolie aufweist, in welche die aus der Deckschicht stammenden genadelten Haltefasern oder -fäden in Durchdringungen in der Folie elastisch gehalten sind.
Durch die Verwendung der Kunststoffolie als Unterlagsschicht wird bereits verhindert, dass die Wirkstoffpartikel durch die Unterlagsschicht nach aussen heraustreten, z. B. herausfallen können. In vorteilhafter Weise ist mit der Kunststofffolie z.B. eine passiv nadelfähige Schicht geschaffen, bei der bereits mit einer Vernadelung von der faserhaltigen Deckschicht her, d. h. mit einem Vernadelungsvorgang von einer Seite her, daher eine ausreichende Verbindung und damit ein Einschliessen der Wirkstoffpartikel erfolgen kann. Hierdurch erübrigt sich z.B. eine Vernadelung von der Gegenseite her, wie z. B. bei Verwendung von zwei faserhaltigen Schichten zur ausreichenden Verbindung derselben.
Durch die in den Durchdringungen elastisch gehaltenen Haltefasern oder -fäden besteht überdies z.B. keine Austrittsmöglichkeit für die eingelagerten Wirkstoffpartikel, so dass mit geringen Aufwand die für die Wirkstoffpartikel undurchlässige Unterlagsschicht geschaffen werden kann. In vorteilhafter Weise können die Haltefasern oder -fäden in den durch das Nadeln in der Kunststofffolie entstandenen Durchdringungen elastisch gehalten sein.
Die feinkörnigen oder faserigen festen Wirkstoffe können daher in Form eines flächenhaften, biegsamen Schichtkörpers immobilisert werden. Unter den an sich bekannten Wirkstoffen werden vorzugsweise solche verwendet, die auf ein flüssiges oder gasförmiges Medium, das z. B. zwischen der unmittelbaren und der weiteren Umgebung der Wirkstoffe zirkuliert, durch Emission, durch Sorption oder durch Katalyse einwirken können. Es können z. B.
Partikel vorliegen, die an vorbei- oder durchströmendes Wasser Düngstoffe oder Schutzstoffe für die Pflanzenzucht abgeben können, oder Granulate von Absorptionsmitteln, wie Torf, Aktivkohle, Vermikulit, Diastomeenerde u.dgl., z.B. zur Geruchsbindung, zum Binden von Öl, oder Io- nenaustauscher in Granulatform, z.B. für die Wasserenthärtung, oder schliesslich Katalysatoren für die verschiedensten Zwecke, z. B. für trockene Gasreinigung, für die katalytische Behandlung von Erdöl, oder dergleichen. Es können auch Wirkstoffe angesetzt werden, die z. B. der Emission von gasförmigen Stoffen an die umgebende Luft dienen können, z.B.
Duftspender, Spender von keimtötenden Stoffen, oder sol
chen. die einen Strahlungsschutz durch Strahlungsabsorption hervorrufen können.
Die Erfindung befasst sich nicht mit der chemischen Natur dieser Stoffe. Sie werden als bekannt vorausgesetzt.
Vorzugsweise liegt der Wirkstoff in Pulver- oder Granulatform vor, wodurch die wirksame Oberfläche für die Wirkstoffe umgekehrt mit der Korngrösse vergrössert werden kann. Eine Schwierigkeit besteht nun in der geeigneten Immobilisierung dieser körnigen Wirkstoffe. Aus verschiedenen Gründen ist eine Konditionierung in Flächenform erwünscht. Da z. B. im Falle der Sorption oder Emission von chemischen Stoffen in erster Linie die an der Oberfläche liegenden Materialpartikel wirksam sind, ist beispielsweise die Aufschüttung in schalenförmigen Behältern u. dgl. unökonomisch. Dies gilt z. B. für Medien, die über die Oberfläche hinwegströmen. Im Falle z.B. von durchströmenden Medien (Flüssigkeiten, Gase) erhöht sich hingegen der Widerstand mit der Schichtdicke.
Bei sehr feinkörnigen Wirkstoffen kann durch den Strömungsdruck und durch Ablagerung von Verunreinigungen eine Verstopfung der Strömungskanäle eintreten. Bei z. B. über die Oberfläche hinwegstreichenden Medien können die lose aufgeschütteten Körner von der Strömung weggetragen werden, insbesondere dann, wenn, wie dies sehr oft der Fall ist, die Wirkstoffkörner z. B. ein sehr geringes spezifisches Gewicht haben.
Ein weiterer Grund zur Verarbeitung von Wirkstoffen in Flächenform ist. z.B. die Möglichkeit, die erhaltenen Flächengebilde in Portionen aufzuteilen. Die Flächengebilde können damit auf billige Weise in Bahnform in einem kontinuierlichen Arbeitsverfahren hergestellt werden. Es können dann auch durch Übereinanderschichten dreidimensionale Behandlungskörper gebildet werden, wobei die Möglichkeit besteht, z. B.
Flächengebilde mit verschiedenen Funktionen zu kombinieren.
Es kann z.B. eine erste Schicht zum Entfernen von Schadstoffen, z. B. von Härtebildnern oder zur Einstellung des pH-Wertes, eine zweite Schicht zur Abgabe von Pflanzenwirkstoffen usw. gebildet werden. Zum z. B. Filtrieren von Flüssigkeiten und Gasen ist die Flächenform besonders vorteilhaft.
Der Schichtkörper gemäss der Erfindung bietet eine einfache und billige Lösung für das eingangs erwähnte Problem an.
Er weist neben den der Flächenform an sich innewohnenden und eingangs erwähnten Vorteilen noch mehrere weitere Vorteile auf. Erstens ist der Schichtkörper ausschliesslich aus biegsamen Elementen aufgebaut. Die Verbindung zwischen der Unterlagsschicht und der Deckschicht mittels Haltefasern und -fäden ist z. B. sehr schmiegsam. Der Schichtkörper ist dadurch z. B. rollbar und deshalb auch leicht transportierbar. Er lässt sich z. B. leicht einer unebenen Unterlage anpassen. Ein weiterer Vorteil besteht z. B. in der Auflockerung der Wirkstoffpartikel-Schicht durch die Haltefasern oder -fäden, die an dicht über die ganze Fläche verteilten Stellen die Partikelschicht durchdringen. Diese Haltefasern oder -fäden verhindern eine seitliche Verschiebung der Wirkstoffpartikel, so dass die ursprüngliche flächenmässige Verteilung der Partikel z.
B. durch ein wiederholtes Auf- und Entrollen oder durch die Formgebung des Schichtkörpers nicht verändert wird. Die Fasern verhindern z. B. auch das Zusammenbacken der Wirkstoffpartikel infolge Benetzung oder Erwärmung durch das durchströmende Medium. Die Haltefasern haben z.B. auch, insbesondere in büschelweiser Anordnung, eine Kapillarwirkung. Diese kann noch durch geeignete Wahl des Fasermaterials in bezug auf das zu behandelnde Medium beeinflusst werden. So können z. B.
für wässerige Flüssigkeiten Fasern mit hydrophilen, für ölige Flüssigkeiten mit hydrophoben Oberflächeneigenschaften verwendet werden. Die Wirksamkeit der Wirkstoffpartikel kann auch noch dadurch erhöht werden, dass annähernd jedes einzelne Partikel vom Medium umströmt wird. Als hydrophiles Fasermaterial ist z. B. solches auf Cellulose-Basis bestens bekannt. Hydrophobe Eigenschaften haben z. B. mehr oder weniger alle Fasern aus polyolefinischen Kunststoffen, z. B. Polypropylen.
Unter feinkörnigen oder faserigen Wirkstoffen im Sinne der Erfindung sollen solche verstanden werden, welche eine solche Verteilung der Partikelgrösse aufweisen, dass z. B. der überwiegende Teil der Partikel eine Grösse zwischen 0,01 und ca. 6 mm aufweist, mit einem Anteil an feineren und z. B. einem Anteil an gröberen Partikeln. Unter faserigen Wirkstoffen sind z. B. auch solche zu verstehen, die z. B. durch Zerkleinern von Naturstoffen, wie Leder, Torf, Baumrinde u.dgl., sowie auch von Kunstschaumstoffen entstanden sind. Unter faseroder fadenhaltige Deckschicht und Haltefasern oder -fäden soll auch nachfolgend verstanden werden, dass diese Bestandteile aus Fasern mit endlicher Stapellänge oder aus Endlosfäden bestehen können. Zur Vereinfachung soll nachfolgend nur noch von faserhalteriger Deckschicht und von Haltefasern die Rede sein, wobei z. B.
Endlosfäden nicht auszuschliessen sind.
Mit der Erfindung hat man es auch in der Hand, durch z. B.
geeignete Wahl der Natur und der Menge des Fasermaterials, der Unterlags- und Trennschichten, der Korngrösse der Wirkstoffpartikel usw. sowie durch Lenkung der Verfahrensbedingungen, wie Anzahl der Nadeleinstiche pro Flächenheit, Eindringtiefe der Nadeln, d.h. durch mehr oder weniger starke Verdichtung des Fasermaterials, durch stärkere oder schwächere Perforierung der Unterlagsschichten usw., die Geschwindigkeit der Emissions-, Sorptions-, Desorptions-, Austausch- u. dgl. Vorgänge in weiten Grenzen zu steuern.
Die Erfindung sei an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen nach dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellten Schichtkörper in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen Schnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Schichtkörper in einem Zwischenstadium des Herstellungsverfahrens,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Schichtkörpers gemäss der Erfindung in einem Zwischenstadium des Herstellungsverfahrens.
Die Wirkstoffkörner oder -partikel 1 sind gemäss Fig. 1 zwischen einer passiv nadelfähigen, für die Wirkstoffkörner im wesentlichen undurchlässigen Unterlagsschicht 2, 3 und einer faserhaltigen Deckschicht 4 eingeschlossen. Die Unterlagsschicht 2, 3 ist mittels die Partikelschicht 1 an dicht über die ganze Fläche verteilten Stellen 5 durchdringende Haltefasern 6 zusammengehalten. Die Wirkstoffkörner 1 weisen voraussetzungsgemäss eine Korngrösse auf, die überwiegend im Bereich zwischen 0,01 und 6 mm liegt. Die einzelnen, im obigen Abschnitt verwendeten Begriffe werden nachstehend an Hand der nachfolgenden Schilderung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäss der Erfindung näher erläutert. Die Erfindung lässt jedoch mehrere Abwandlungen des Verfahrens zu.
Fig. 2 zeigt die Schichtung der einzelnen Komponenten vor der mechanischen Verarbeitung des Materials zu dem in Fig. 1 im Schnitt gezeigten Schichtkörper.
Die Wirkstoffkörper 1 werden in der gewünschten Flächenverteilung auf eine bahnförmige Unterlagsschicht 2, 3 abgelegt. Im gezeichneten Beispiel besteht die Unterlagsschicht aus einer Kunststoffolie 2 und einem vorzugsweise durchlässigen Faserverbundstoff 3. Ja nach der Natur der Wirkstoffkörner 1 oder nach der Art des Einsatzes des Erzeugnisses kann eine der beiden Komponenten 2 oder 3 der Unterlagsschicht in der Reihenfolge vertauscht werden.
An die Unterlagsschicht 2, 3 sind grundsätzlich die nachfolgend aufgeführten Bedingungen geknüpft: Sie soll im fertigen Erzeugnis im wesentlichen für die Wirkstoffkörner 1 un durchlässig sein. Die Durchlässigkeit gegenüber dem zu behandelnden Medium hängt von der Art des Einsatzes ab, insbesondere vom Umstand, ob das Fluidum durch das Flächengebilde hindurchströmt, d.h. bei der Deckschicht 4 eintritt und bei der Unterlagsschicht 2, 3 austritt, oder ob es streifend an der Deckschicht 4 vorbeiströmt. Eine weitere Bedingung ist die passive Nadelfähigkeit. Es soll darunter lediglich verstanden werden, dass die Unterlagsschicht von Nadeln, wie sie zum Verfestigen von textilen Flächengebilden in der Nadelfilztechnik verwendet werden, ohne grossen Widerstand und ohne wesentliche Zerstörung der Unterlagsschicht sowie auch ohne übermässige Abnützung der Nadeln durchstossen werden kann.
Zusätzlich soll die Unterlagsschicht die einzeln oder bü schelweise die Unterlagsschicht durchdringenden Haltefasern 6 elastisch festhalten.
Auf die Schicht der Wirkstoffkörner 1 wird eine Schicht 4 nadelfähiger Fasern bzw. Fäden abgelegt. Es sind dies Fasern bzw. Fäden, die beim Einstechen von z.B. für die Nadelfilzherstellung gebräuchlichen Hakennadeln 7 von den seitlich am Schaft 8 der Nadeln angebrachten, nach unten gerichteten Wiederhaken 9 erfasst und in eine Richtung senkrecht zur Flächenebene ausgelenkt werden können. Dies bedingt eine bestimmte Festigkeit und Geschmeidigkeit der Fasern sowie bei Fasern eine ausreichende Stapellänge, bei Endlos-Fäden eine Ablage in lockeren Schleifen, so dass solche Schleifen von den Haken 9 der Nadeln nach unten gezogen werden können, ohne dass die Fäden zerrissen werden. Als Beispiel wird ein Krempel-Faservlies von 150 g/m2 gekräuselten Polypropylen-Fasern von 80 mm Stapellänge und 15 dtex Fasertiter abgelegt.
Wie aus der Nadelfilztechnik bekannt ist, stechen eine Vielzahl von Nadeln 7 auf einmal sowie in mehreren aufeinanderfolgenden Hüben, so dass z.B. eine Stichdichte von 60 Einstichen pro cm2 resultiert, von der Deckschichtseite 4 her in die Materialbahn ein, wobei die Widerhaken 9 beim Durchgang durch die Deckschicht 4 einzelne Fasern bzw. ganze Büschel von Haltefasern 6 mitreissen und teilweise bis über die Unterlagsschicht 2, 3 hinaus orientieren. Beim Rückzug der Nadeln 7 werden die Haltefasern 6 von den Haken 9 abgestreift. Die Haltefasern 6 bleiben dabei grösstenteils mit einer Teillänge in der Deckschicht 4 verankert, während eine andere Teillänge derselben Fasern von der Unterlagsschicht 2, 3 festgehalten wird. Infolge der Vielzahl der Nadeleinstiche werden an zahlreich über die ganze Fläche verteilten Stellen 5 solche Haltefasern 6 eingezogen.
Dadurch werden einerseits die Unterlags- und die Deckschicht 2, 3 bzw. 4 zusammengehalten.
Anderseits ist die Wirkstoffkörnerschicht 1 von zahlreichen Fasern 6 durchzogen, so dass die Körner an einer seitlichen Verschiebung in der Flächenebene gehindert werden. Die Kör- ner befinden sich in einer aufgelockerten Form zwischen den Haltefasern eingebettet. Diese erfüllen somit eine Doppelfunktion: Zusammenhalten der Schichten des Schichtkörpers und Auflockerung der Wirkstoffpartikel-Schicht. Durch das Nadelverfahren wird auch noch eine allfällige ursprünglich nicht vorhandene Durchlässigkeit der Unterlagsschicht 2, 3 geschaffen.
Die Kunststoffolie 2 kann im Ausgangszustand vollflächig, d.h. unperforiert sein, auch wenn das Erzeugnis später von einem Fluidum durchströmt werden soll. Die-Folie wird ja, wie erwähnt, durch die Nadeleinstiche perforiert. Da gleichzeitig Fasern bzw. Fäden durch die Perforationen hindurchgezogen werden, können die Wirkstoffkörner 1 diese Perforationen nicht passieren. Es kann auch mit verschieden dicken Nadeln operiert werden, wobei die feineren, z. B. glatten Nadeln die Funktion haben, die Folie wasserdurchlässig zu perforieren, während die dickeren Nadeln Faserbüschel in die Unterlagsschicht 2, 3 hineinstossen.
Bei entsprechend dichter Faserschicht 3 kann an Stelle der vollflächigen Kunststoffolie 2 eine Gitterfolie oder ein Netz verwendet werden. Es ergibt sich eine grössere Durchlässigkeit und, bei entsprechender Materialauswahl, eine erhöhte Festig- keit. Es kann auch so vorgegangen werden, dass zuerst eine Faserschicht 3 auf eine vorperforierte Kunststoffolie 2, 3, z. B.
Gitterfolie oder Netz, nach dem obengeschilderten Prinzip der Nadelfilztechnik aufgenadelt wird. Die entstandene Unterlagsschicht 2, 3 wird hierauf mit den herausragenden Enden der Faserbüschel nach oben gewendet und mit einer Schicht Wirkstoffpartikel 1 bedeckt. Diese werden durch die Faserbüschel am seitlichen Wegrieseln gehindert. Über die Partikelschicht 1 wird wie vor eine faserhaltige Deckschicht 4 abgelegt und anschliessend mit der Unterlagsschicht vernadelt.
Eine für viele Anwendungen geeignete Vereinfachung des Verfahrens besteht darin, die Schichten in der in Fig. 3 gezeigten Reihenfolge anzuordnen wie folgt: Es wird erst eine faserhaltige Deckschicht 10 abgelegt, hierauf auf diese eine Schicht Wirkstoffpartikel 11 aufgelegt. Darüber wird eine Gitterfolie 12, deren Durchlassöffnungen 13 ggf. grösser als die Korngrösse der Wirkstoffpartikel sein können, abgelegt. Das Schichtmaterial wird dann auf einer Nadelvorrichtung von der in der Nadelfilztechnik ebenfalls bekannten Art mit Einstich von unten, wie in Fig 3 angedeutet, genadelt.
Die ursprünglich für die Wirkstoffpartikel 11 durchlässigen Öffnungen 13 werden durch die beim Nadeln eingezogenen Faserbüschel weitgehend ausgefüllt, derart, dass nach Wendung des erhaltenen Erzeugnisses die Wirkstoffpartikel 11 nicht durch die Perforationen der Gitterfolie hindurchfallen können, während der Durchfluss des zu behandelnden Fluidums gewährleistet ist.
In einer weiteren Abwandlung der Ausführunsform von Fig. 2 kann die Unterlagsschicht entweder aus der Kunststoffo- lie 2 allein oder in einer Kombination mit einem Faserverbund- stoff 3 näpfchenförmige, nach unten gerichtete Ausbuchtungen aufweisen. Diese Ausbuchtungen werden mit Wirkstoffpartikeln ausgefüllt. Die Näpfchen werden wie vor beschrieben mit der Deckschicht 4 zugedeckt und das Ganze von oben genadelt.
An Stelle der Nadelfilztechnik können auch andere Methoden zum Zusammenhalten der verschiedenen Schichten angewendet werden, wie z. B. die Nähtechnik, Nähwirktechnik usw., sofern dabei Fäden an genügend zahlreichen Stellen durch das Flächengebilde gezogen werden, um die Wirkstoffpartikel 1 ausreichend zu immobilisieren.
Zum Binden von Öl auf Wasser ist Ölbinde-Torf als geeigneter Wirkstoff bekannt. Trockener Torf der Abbaustufen H1 bis H4 nach von Post ist auf Grund seiner faserigen Struktur hervorragend als Hauptbestandteil neben Holzkohle, Perlit u.dgl. für Ölbindestoffe bekannt. Auch in diesem Zusammenhang bietet das Verfahren gemäss der Erfindung eine Möglichkeit, diese Wirkstoffpartikel, die für sich allein auf einer ölverschmutzten Wasseroberfläche vom Wind abgetrieben werden, in Form eines flächenhaften, biegsamen Schichtkörpers zu immobilisieren. In Kombination mit den an sich hydrophoben Polypropylenfasern oder mit eigens hydrophobiertem Fasermaterial ergibt sich ein Schichtkörper, der auch noch nach Absorption von Öl voll schwimmfähig ist.
Die hydrophoben Fasern leiten durch Kapillarwirkung das Öl zu den Wirkstoffpartikeln, während sie gleichzeitig als Wassersperre wirken. Der mattenförmige Schichtkörper lässt sich auch im Durchflussverfahren zur Abscheidung von Öl aus Wasser verwenden. Überraschenderweise zeigt es sich, dass die gegenseitige Durchdringung von Wirkstoffpartikeln (blbindenmaterial) und Fasermaterial einen synergetischen Effekt hat: Der Schichtkörper gemäss der Erfindung absorbiert, bezogen auf das Gesamtgewicht, verhältnismässig mehr Fremdstoffe als die gleiche Gewichtsmenge Wirkstoffpartikel allein. Die zwischen den Haltefasern eingestreuten Wirkstoffpartikel verhindern auch das Verschliessen der Kapillarkanäle infolge Parallellage der Fasern in einem Büschel.
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PATENT CLAIMS
1. Flat and flexible laminate for treating a liquid or gaseous medium which has been brought into contact therewith with a cover layer which is permeable to the medium by means of fibers or filaments, an underlay layer and a particle layer of fine-grained or fibrous active substance particles arranged between these layers, the cover layer and the backing layer is impermeable to the particles and the particles are fixed against displacement in the direction of the plane and the layers by individual or tufts of holding fibers or threads, which are needled over the entire surface of the layer body through the particle layer and the top layer and the underlay layer connect to each other, characterized in that the underlayer (2, 3) has a plastic film in which the cover layer (4,
10) originating needled holding fibers or threads (6) are held elastically in penetrations (5, 13) in the film.
2. Laminated body according to claim 1, characterized in that the holding fibers or threads (6) are held elastically in the penetrations (5) formed by the needling in the plastic film.
3. Laminated body according to claim 1, characterized in that the active substance particle layer (1) contains adsorbents, absorption substances, emission substances, ion exchange substances or catalysts.
4. Laminated body according to claim 1, characterized in that it is permeable to the medium for a flow in the transverse direction.
5. Laminated body according to claim 1, characterized in that the fibers or threads of the cover layer (4, 10) and the holding fibers or threads (6) polyolefin fibers or
- are threads.
6. Laminated body according to claim 1, characterized in that the fibers or threads of the cover layer (4, 10) and the holding fibers or threads (6) consist at least in part of fibers or threads based on cellulose.
7. Laminated body according to claim 1, characterized in that the base layer (2) has cup-like bulges filled with active substance particles and holding fibers or threads (6).
8. Laminated body according to one of claims 1-7, characterized in that the active substance particles have a size between 0.01 and 6 mm.
The invention relates to a planar and flexible laminate for treating a liquid or gaseous medium which has been brought into contact therewith with a cover layer which is permeable to the medium and contains fibers or filaments, an underlayer and a particle layer made of fine-grained or fibrous active substance particles arranged between these layers The top layer and the backing layer are impermeable to the particles and the particles are fixed against displacement in the direction of the plane of the layers by individual or tufts of holding fibers or threads which are needled over the entire surface of the layer body through the particle layer and the top layer and the backing layer connect with each other.
In the case of known laminated bodies of the type described at the outset (e.g. CH-PS 496 462), the top layer and underlayer needled together are made of a nonwoven fabric.
Inlays on the inside of the nonwovens or the fixation of the nonwovens by binders are therefore necessary in order to prevent the active substance particles present as carbon particles from penetrating into the nonwovens. As a result, not only are additional measures necessary in the known laminated body, but it is also complex and costly to produce because of the use of non-woven fabrics for the layers enclosing the carbon particles.
Although it has already been proposed (e.g. DE-OS 2 264 258) to agglomerate nonwovens for filters, active substance granules by means of a binder and by heat treatment. However, the binder covers part of the surface of the active substance body, thereby reducing its specific effectiveness. For active ingredients on z. B. synthetic resin base, damage due to the action of heat or unwanted reactions or interactions between the active ingredient and the binder, in particular with the solvent or dispersant, can occur. The agglomerates are rigid and crumble very easily under mechanical stress.
It is the object of the present invention to design a laminated body of the type mentioned at the outset in such a way that not only a purely mechanical immobilization of the active ingredient particles and at the same time also desired flexibility of the laminated body and unimpeded access of the medium to be treated to the active ingredients can be achieved, but that it can be achieved while keeping the simple needle operation to reduce the risk of leakage of drug particles and the effort of its production.
To achieve the object, the laminated body of the type mentioned at the outset is characterized according to the invention in that the underlayer has a plastic film in which the needled holding fibers or threads originating from the top layer are held elastically in penetrations in the film.
The use of the plastic film as an underlayer already prevents the active ingredient particles from escaping through the underlayer, e.g. B. can fall out. Advantageously, the plastic film e.g. created a passively needlable layer, in which needling from the fiber-containing cover layer, i. H. with a needling process from one side, therefore an adequate connection and thus an inclusion of the active substance particles can take place. This eliminates the need for e.g. needling from the opposite side, e.g. B. when using two fibrous layers to adequately connect the same.
Due to the holding fibers or threads held elastically in the penetrations, there is also e.g. no exit possibility for the embedded active substance particles, so that the underlayer impermeable to the active substance particles can be created with little effort. Advantageously, the holding fibers or threads can be held elastically in the penetrations caused by the needling in the plastic film.
The fine-grained or fibrous solid active ingredients can therefore be immobilized in the form of a flat, flexible laminate. Among the active ingredients known per se, preference is given to those which are based on a liquid or gaseous medium which, for. B. circulated between the immediate and further surroundings of the active substances, can act by emission, by sorption or by catalysis. It can e.g. B.
Particles are present which can give off fertilizers or protective substances for plant breeding to water flowing through or flowing through, or granules of absorbents such as peat, activated carbon, vermiculite, diastome earth and the like, e.g. for odor control, for binding oil, or ion exchangers in granular form, e.g. for water softening, or finally catalysts for a variety of purposes, e.g. B. for dry gas cleaning, for the catalytic treatment of petroleum, or the like. Active ingredients can also be used, e.g. B. can serve the emission of gaseous substances into the surrounding air, e.g.
Fragrance dispenser, dispenser of germicidal substances, or sol
chen. which can cause radiation protection through radiation absorption.
The invention is not concerned with the chemical nature of these substances. They are assumed to be known.
The active ingredient is preferably in powder or granule form, as a result of which the effective surface area for the active ingredients can be increased inversely with the grain size. A difficulty now lies in the appropriate immobilization of these granular active ingredients. Surface conditioning is desired for various reasons. Because e.g. B. in the case of sorption or emission of chemical substances primarily the material particles lying on the surface are effective, for example, the filling in bowl-shaped containers u. The like. uneconomical. This applies e.g. B. for media that flow across the surface. In the case of e.g. however, the flow of media (liquids, gases) increases the resistance with the layer thickness.
In the case of very fine-grained active ingredients, the flow channels and the build-up of contaminants can cause the flow channels to become blocked. At z. B. media sweeping over the surface, the loosely heaped grains can be carried away by the flow, especially when, as is very often the case, the active ingredient grains z. B. have a very low specific weight.
Another reason for the processing of active substances in sheet form is. e.g. the possibility of dividing the flat structures obtained into portions. The fabrics can thus be cheaply produced in web form in a continuous process. Three-dimensional treatment bodies can then also be formed by layering one on top of the other. B.
Combine fabrics with different functions.
For example, a first layer for removing pollutants, e.g. B. hardness or to adjust the pH, a second layer for the release of plant substances, etc. are formed. For z. B. Filtration of liquids and gases, the surface shape is particularly advantageous.
The laminate according to the invention offers a simple and inexpensive solution to the problem mentioned at the beginning.
In addition to the inherent advantages of the surface shape and mentioned at the beginning, it also has several other advantages. First, the laminate is made up exclusively of flexible elements. The connection between the underlayer and the top layer by means of holding fibers and threads is e.g. B. very pliable. The laminate is thereby z. B. rollable and therefore easy to transport. He can be z. B. slightly adjust an uneven surface. Another advantage is e.g. B. in the loosening of the active substance particle layer by the holding fibers or threads which penetrate the particle layer at points distributed over the entire surface. These holding fibers or threads prevent a lateral displacement of the active substance particles, so that the original surface distribution of the particles z.
B. is not changed by repeated rolling up and down or by the shape of the laminated body. The fibers prevent e.g. B. also the caking of the active ingredient particles due to wetting or heating by the medium flowing through. The holding fibers have e.g. also, especially in a cluster arrangement, a capillary action. This can also be influenced by a suitable choice of the fiber material in relation to the medium to be treated. So z. B.
fibers with hydrophilic surface properties are used for aqueous liquids, and those with oily liquids have hydrophobic surface properties. The effectiveness of the active ingredient particles can also be increased by the fact that the medium flows around almost every individual particle. As a hydrophilic fiber material z. B. well-known cellulose-based. Hydrophobic properties have e.g. B. more or less all fibers made of polyolefinic plastics, for. B. polypropylene.
Fine-grained or fibrous active substances in the sense of the invention are to be understood as those which have such a particle size distribution that, for. B. the majority of the particles have a size between 0.01 and about 6 mm, with a proportion of finer and z. B. a proportion of coarser particles. Among fibrous active ingredients such. B. also to understand those who, for. B. by crushing natural materials such as leather, peat, tree bark, etc., and also of synthetic foams. The fiber or thread-containing cover layer and holding fibers or threads should also be understood below to mean that these constituents can consist of fibers with a finite stack length or of continuous threads. For the sake of simplicity, only fiber-containing cover layers and retaining fibers will be discussed below. B.
Continuous threads cannot be ruled out.
With the invention you have it in your hand, by z. B.
suitable choice of the nature and the amount of the fiber material, the underlay and separating layers, the grain size of the active substance particles etc. as well as by controlling the process conditions, such as number of needle punctures per area, depth of penetration of the needles, i.e. by more or less strong compression of the fiber material, by stronger or weaker perforation of the underlay layers etc., the speed of the emission, sorption, desorption, exchange and. To control operations within wide limits.
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing.
Show it:
1 shows a section through a laminated body produced by the method according to the invention in a first embodiment,
2 shows a section through the laminated body shown in FIG. 1 in an intermediate stage of the production process,
Fig. 3 shows a section through a further embodiment of the laminated body according to the invention in an intermediate stage of the manufacturing process.
According to FIG. 1, the active ingredient grains or particles 1 are enclosed between a passively needable underlay layer 2, 3 which is essentially impermeable to the active ingredient grains and a fiber-containing cover layer 4. The underlayer 2, 3 is held together by means of the particle layer 1 at points 5 penetrating holding fibers 6 which are distributed over the entire surface. The active ingredient grains 1 have a grain size which is predominantly in the range between 0.01 and 6 mm. The individual terms used in the above section are explained in more detail below on the basis of the following description of an exemplary embodiment of the method according to the invention. However, the invention permits several modifications of the method.
FIG. 2 shows the layering of the individual components before the mechanical processing of the material to form the laminate shown in FIG. 1 in section.
The active substance bodies 1 are deposited in the desired area distribution on a web-shaped underlayer 2, 3. In the example shown, the base layer consists of a plastic film 2 and a preferably permeable fiber composite 3. Depending on the nature of the active ingredient granules 1 or on the type of use of the product, one of the two components 2 or 3 of the base layer can be interchanged in the order.
The underlaying layers 2, 3 are basically linked to the conditions listed below: In the finished product, it should be essentially impermeable to the active ingredient granules 1. The permeability to the medium to be treated depends on the type of use, in particular on the fact whether the fluid flows through the sheet, i.e. occurs at the top layer 4 and exits at the base layer 2, 3, or whether it flows past the top layer 4 in a grazing manner. Another requirement is passive needle capability. It should only be understood to mean that the underlay of needles, such as those used to consolidate textile fabrics in needle felting technology, can be pierced without great resistance and without substantial destruction of the underlay, and also without excessive wear on the needles.
In addition, the backing layer should hold the holding fibers 6, which penetrate the underlay layer individually or in tufts, elastically.
A layer 4 of needlable fibers or threads is deposited on the layer of active ingredient granules 1. These are fibers or threads that are used when piercing e.g. Hook needles 7 customary for needle felt production can be gripped by the downward hooks 9 attached to the side of the shaft 8 of the needles and deflected in a direction perpendicular to the plane of the surface. This requires a certain strength and suppleness of the fibers, as well as a sufficient stack length in the case of fibers, and storage in loose loops in the case of continuous threads, so that such loops can be pulled down by the hooks 9 of the needles without the threads being torn. As an example, a carded fiber fleece of 150 g / m2 crimped polypropylene fibers of 80 mm stack length and 15 dtex fiber titer is deposited.
As is known from needle felting technology, a large number of needles 7 prick at once and in several successive strokes, so that e.g. a stitch density of 60 punctures per cm 2 results from the top layer side 4 into the material web, the barbs 9 entraining individual fibers or entire tufts of holding fibers 6 as they pass through the top layer 4 and partially orienting them beyond the base layer 2, 3 . When the needles 7 are withdrawn, the holding fibers 6 are stripped off the hooks 9. The holding fibers 6 remain largely anchored with a partial length in the cover layer 4, while another partial length of the same fibers is held in place by the backing layer 2, 3. As a result of the large number of needle punctures, 5 such retaining fibers 6 are drawn in at numerous locations distributed over the entire surface.
On the one hand, this means that the underlay and cover layers 2, 3 and 4 are held together.
On the other hand, the active substance granule layer 1 is traversed by numerous fibers 6, so that the granules are prevented from shifting laterally in the plane of the surface. The grains are embedded in a loosened shape between the holding fibers. These therefore fulfill a double function: holding the layers of the laminated body together and loosening the active substance particle layer. The needle method also creates a possible non-existing permeability of the underlay 2, 3.
In the initial state, the plastic film 2 can cover the entire surface, i.e. be imperforate, even if a fluid is to flow through the product later. As mentioned, the film is perforated by the needle punctures. Since fibers or threads are pulled through the perforations at the same time, the active ingredient granules 1 cannot pass through these perforations. It can also be operated with needles of different thicknesses, the finer ones, e.g. B. smooth needles have the function of perforating the film in a water-permeable manner, while the thicker needles push tufts of fibers into the underlay layer 2, 3.
With a correspondingly dense fiber layer 3, a lattice film or a mesh can be used instead of the full-surface plastic film 2. The result is greater permeability and, with the appropriate choice of material, increased strength. It can also be done that first a fiber layer 3 on a pre-perforated plastic film 2, 3, z. B.
Mesh film or net, is needled according to the principle of needle felting technique described above. The resulting underlayer 2, 3 is then turned up with the protruding ends of the tufts of fibers and covered with a layer of active ingredient particles 1. These are prevented by the fiber tufts from trickling away to the side. As before, a fiber-containing cover layer 4 is deposited over the particle layer 1 and then needled to the base layer.
A simplification of the method suitable for many applications consists in arranging the layers in the order shown in FIG. 3 as follows: First, a fiber-containing cover layer 10 is deposited, on which a layer of active substance particles 11 is placed. A grid film 12, the passage openings 13 of which may be larger than the grain size of the active substance particles, is placed over this. The layer material is then needled on a needle device of the type also known in needle felting technology with a puncture from below, as indicated in FIG. 3.
The openings 13, which were originally permeable to the active substance particles 11, are largely filled by the tufts of fibers drawn in when needling, such that after the product obtained has been turned over, the active substance particles 11 cannot fall through the perforations in the grid film, while the flow of the fluid to be treated is ensured.
In a further modification of the embodiment of FIG. 2, the underlayer can either have cup-shaped, downwardly directed bulges made of the plastic film 2 alone or in combination with a fiber composite. These bulges are filled with active ingredient particles. The wells are covered with the cover layer 4 as described above and the whole is needled from above.
Instead of the needle felting technique, other methods for holding the different layers together can also be used, such as e.g. B. the sewing technology, sewing technology, etc., provided that threads are pulled through the fabric at a sufficient number of locations in order to immobilize the drug particles 1 sufficiently.
Oil-binding peat is known as a suitable active substance for binding oil on water. Dry peat from H1 to H4 according to von Post is excellent because of its fibrous structure as a main component in addition to charcoal, pearlite and the like. known for oil binding agents. In this context too, the method according to the invention offers the possibility of immobilizing these active substance particles, which are driven off by the wind on an oil-contaminated water surface by themselves, in the form of a flat, flexible laminate. In combination with the inherently hydrophobic polypropylene fibers or with specially hydrophobicized fiber material, the result is a laminated body that is still fully floatable even after oil has been absorbed.
The hydrophobic fibers conduct the oil to the active ingredient particles through capillary action, while at the same time acting as a water barrier. The mat-shaped laminate can also be used in the flow-through process for separating oil from water. Surprisingly, it has been shown that the mutual penetration of active substance particles (blinding material) and fiber material has a synergetic effect: based on the total weight, the laminate according to the invention absorbs relatively more foreign substances than the same weight quantity of active substance particles alone. The active substance particles interspersed between the holding fibers also prevent the capillary channels from closing due to the parallel position of the fibers in a tuft.