CN102421502A - 用于净化空气或气体的过滤材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于净化空气和气体的过滤材料，其包括由纸浆纤维构成的纤维层(2)，将所述纸浆纤维局部地在压制区域(4)通过压制在使纸浆纤维压缩的情况下彼此连接。

Description

用于净化空气或气体的过滤材料

本发明涉及用于净化空气或气体的过滤材料，用于净化空气或气体的过滤器，以及过滤材料在香烟过滤器中和在除尘设备及气体净化设备中的应用。

用于净化空气和气体的过滤材料，简称“气体过滤器”，用以从空气或气体中过滤掉不期望的悬浮物，如病原体、花粉、灰尘或外来气体。主要的应用领域是在排放粉尘的行业中，如造纸业和水泥业；在通风装置中，用以阻止生活和工作场所的有害物质；在吸尘器中，用以净化排出的空气。

另一个应用领域是用作烟草制品中的过滤器，例如在香烟中。所述的香烟过滤器应该减少损害健康的物质的比例，如香烟烟雾中的浓缩物和气体。此外，通过过滤器，烟雾在某种程度上变得更温和，所以有的吸烟者为了更强烈的味道而将其去除或缩短。在传统的过滤嘴香烟中，过滤器被软木色的烟嘴包裹，以便使过滤器的棕褐色不可见。大多数工业生产的香烟配备了过滤器，卷烟自制者可以在烟草商处购得。

由现有技术已知的香烟过滤器的制备原料是醋酸纤维素。所述的醋酸纤维素以丝线的形式存在，其直径介于30至50μm之间。这些丝线集结/束缚在一起成无端带，逐点地与三醋酸甘油酯粘结。这类香烟过滤器可截留小于直至0.2μm直径的颗粒。

在香烟过滤器中使用的醋酸纤维素通过纤维素的化学改性获得。它是一种物美价廉的原料，而且还可以良好地加工。通过纤维素化学改性成醋酸纤维素，该纤维不再能用作微生物的营养基础，即是说，其耐受霉菌、真菌或细菌侵害，但是因此也同时很难生物降解。所述的化学稳定性在香烟过滤器中是不利的，因为它们仅非常缓慢地降解或分解。在自然界，以垃圾处理的，即丢弃的烟蒂保持长时间不变，并作为垃圾可见。

由欧洲专利EP 1 032 283已知一种具有可生物降解的过滤器的过滤嘴香烟。这种过滤嘴香烟中含有的过滤器包含根据气流成网(Airlaid)法制备的具有通常的截留性能的、非绉缩的纤维素无纺布和周向延展的过滤器通风区域。这种香烟应该提供典型的醋酸酯味道印象以及还有典型的醋酸酯视觉效果。为了实现这些目标，所述香烟必须具有特殊的，EP 1 032 283中描述的结构。

但是过滤材料不仅只对烟草制品有重要意义。在工业和家庭中持续存在着对新型且物美价廉的过滤材料的需求，应该利用其从废气中去除掉不期望的悬浮物，如病原体、花粉、灰尘或气体，或者如在住宅和交易室内的通风装置时，以阻止有害物质进入空间。

本发明的目的在于，提供一种过滤材料，其将良好过滤效果的优点与生物可降解性的优点相结合。

为了实现这个目的，建议一种过滤材料，其包括由纸浆纤维(Zellstofffasern)构成的纤维层，其局部地在压制区域通过压制，在压缩纸浆纤维的情况下彼此连接。通过局部地压制纸浆纤维，纤维素(Cellulose)/纸浆(Zellstoff)获得一定的强度，而不降低在非压制区域对气态物质的穿透性。确认了改善的过滤效果。所述的用来制备过滤材料的纤维素或纤维素纤维，是物美价廉的并且商购可得的材料。此外，其加工方便。

根据本发明的过滤材料含有主要以不规则排列的纤维形式存在的天然材料，纤维素或纸浆，作为主要成分。优选使用纤维素纤维，其以非织造物的形式，特别是作为气流成网无纺布存在。非织造物或无纺布属于纺织复合材料，其是弹性的、多孔的平面状构成物

通过纤维的交织和/或内聚和/或粘附连接制备而成。所述的无纺布是由纤维构成的松散材料，其粘结通常由纤维固有的粘附性提供。无纺布可以在需要时加固，其中对于在本发明中的使用，优选无胶合料地机械加固。

在本发明的范围内，“生物可降解的”意味着，单个成分在氧气存在时通过微生物在形成新的生物质的情况下分解成二氧化碳、水和其他存在的元素的盐(矿化作用)，或者在缺氧时分解成二氧化碳、甲烷、矿物盐和新的生物质，此处所述的材料应该满足欧洲标准EN13432“对通过堆肥和生物降解的包装的利用要求”。根据这个标准允许在堆肥最多12周的时间后，在＞2mm的筛分级份中发现测试材料，即，原材料的原始干重的最多10％。

在一个可能的实施方案中，所述的过滤材料除了在至少一个平面侧具有由压缩的纸浆纤维构成的纤维层，还有一个附加层。还可能的是，过滤材料在平面的两侧都具有附加层，其中该附加层可以是相同的或彼此不相同的材料。所述的可以用于这种附加层的材料，可以是例如棉纸，纺织的、非织造物类的和/或薄膜状的材料。优选用于一个或多个附加层的材料同样由纤维素或生物可良好降解的塑料材料构成。所述一个或多个附加层增加了过滤材料的强度并从而有利于在高速机械里的可加工性。

本发明的一个实施方案中建议，纸浆纤维和可选存在的一个或多个附加层在压制区域在热冲击下压制。

在一个可能的实施方案中，纤维层与附加层同样通过仅局部压制借助热冲击相互连接。这些相互连接的纸浆纤维和纤维层或纤维幅料的制备在德国专利申请DE19824825、DE19803837、DE19750890和欧洲专利EP1032342中举例描述。

已确定，通过使用仅局部压制的纸浆纤维作为过滤材料可以达到非常良好的过滤效果，即是说，对于待去除的悬浮物和气体的截留效果。据推测，这种效果由如下达到，单个压制的区域使待净化的气体或空气的表面或流量如此改变，使得悬浮物被截留。另一个原因可能在于，通过压制在过滤材料平面上获得了另一个特别有利的表面结构。

在本发明的一个可能的实施方案中，过滤材料的表面结构可以改变，即是说，平面状的外壳可以这样折叠，铺置和/或卷曲，使得其获得卷曲的或波浪状的外观，即是说，在折叠/铺置/卷曲的方向缩短了平面状构成物的伸展。这种卷曲或折叠可以是规则或不规则的。这种结构改变的类型在某些情况下也称作绉拈或绉缩。

根据本发明的过滤材料通常作为类似二维的层存在，其过滤效果可以以各种方式利用。

对于作为空气或气体过滤器的应用已经证实特别适合的是，由纤维层和可选存在的附加层构成的二维平面状构成物以纤维幅料的形式存在，其可以是任选绉缩的，并且在待净化的空气流/气体流的纵向方向形成延伸通道的情况下缠绕及交替铺置。在这类实施方案中，一方面，待净化的空气或待净化的气体可以进入过滤材料，并例如流过所形成的通道以及未压制的纤维层区域。根据过滤材料的折叠或铺置，可以调节由此形成的通道的大小(直径)。由过滤材料构成的层越薄，则这些通道大小的调节越简单。另一方面，仅仅部分压制的纸浆纤维的厚度不能过低，因为否则过滤材料的强度是不够用来加工成过滤器的。过滤材料的层厚优选从0.3至1.8mm。

从发明者方面推测，良好的过滤效果是由待净化的空气流或气体流流经各种过滤空间产生的。对过滤效果的另一种影响似乎体现在冲压区域，因为此区域内纤维层的表面结构发生了改变。根据本发明的过滤材料相应地不仅适合应用于除尘设备和气体净化设备中，同样适合在烟草制品中作为过滤材料。

根据本发明使用的过滤材料通常的单位面积重量介于15g/m²和600g/m²之间，优选介于20g/m²和200g/m²之间。

根据本发明的过滤器的过滤性能可以通过添加剂来提高。这些添加剂可以是例如吸收剂或还可以是调味剂、芳香剂或其他的助剂。所述的吸收剂可以例如选自活性炭、沸石、硅酸盐和/或SiO₂。该吸收剂的突出特点是高表面积和高吸收性能。作为具有有害物质截留作用的其他添加剂，可以使用有机酸及其盐类、金属和金属氧化物、含氮组分、离子交换系统、醇类、多酚类和卟啉衍生物。

根据不同的应用领域，除了包含吸收剂还可以包含香料、调味剂和芳香剂以及其他改善香烟味道和耐受性的助剂，如薄荷脑、丁香油、可可、香草和类似的物质。

添加剂的加入可以通过在压制之前或之后，分散或喷涂在过滤材料上，例如在纤维上，或者通过直接注射入过滤束本身来进行。

本发明的另一个主题是用于净化气体和/或空气的过滤器，其包括上述的过滤材料。

本发明的另一个主题是用于香烟的过滤器，其包括前述的过滤材料。

对于在香烟过滤器中的使用，使通常作为平面状构成物存在的过滤材料以本身已知的方式成为优选的圆柱形。在一个可能的实施方案中，所述的过滤材料被保护层包裹。这个保护层可以起到维持过滤材料形状的作用，但它也可以是传统的卷烟纸。

在所述实施方案中，过滤材料可以作为香烟过滤器直接连接在香烟的烟草区域。在一个可能的实施方案中过滤器可以在烟雾由烟草侧的进入端，具有其他的过滤材料。这种其他的过滤材料可以是在过滤嘴香烟中使用的传统材料，例如活性炭、醋酸纤维素或其他现有技术已知的过滤材料。

在另一个可能的实施方案中，香烟过滤器除了包含根据本发明的过滤材料还含有补充材料，其置于烟雾的逸出端，即在口侧那端。它可以例如是其他的过滤材料或应该在香烟的过滤器侧那端影响过滤器外观印象的材料。

在一个可能的实施方案中，保护层包含通风孔。通风孔的制备是专业人士已知的。

本发明以附图借助实施例进行更详细的说明。其显示了

图1具有两层的过滤材料的透视图，

图2通过绉缩状态的过滤材料的截面，

图3在部分省略了保护层的情况下，过滤器的透视图，

图4通过沿着图3中的直线A-A的过滤器的截面。

图1以放大了的标尺透视展示了根据本发明的过滤材料。厚度是被夸大显示的。此处所示的实施方案中，过滤材料1包括两层：纤维层2和附加层3。

在下面的、明显更厚的层是纸浆纤维构成的纤维层2，可选地具有添加剂。所述的纤维层2优选以气流成网法由纤维素材料制备。这类纤维素材料可以物美价廉的散装材料供使用。在连续的气流成网法制备时，纤维材料幅料由在气流中成层的由纸浆(绒毛浆(FluffPulp))构成的纸浆纤维堆料和任选地散布的吸收剂材料制备。对于标准化制品的生产可以利用商购可得的、再生性的木材原料。

纸浆堆料在空气流中作为用于纤维层1的最初产品的方法使得纸浆纤维的干加工并因此在随后与其他层相连接时，纸浆纤维在单个的，即离散的冲压区域4内的良好压缩成为可能。在这些冲压区域4以外，所述的纤维相互松散地存在，这在这些区域内改善了层1的吸收能力/过滤效果及弹性。

所述的附加层3远远薄于纤维层2。层3可以例如由纺织的、非织造物类的或薄膜状的材料构成的幅料形成。

两个层2和3的连接例如以冲压法进行。同时，在压缩纤维层2的纸浆纤维的情况下使得局部得到压制。

所述的压制不是大面积且均匀的，而是主要在冲压区域4进行压制，其中凹陷5在纤维层2中形成。所述的凹陷5在冲压区域4中可以是圆形的或多角形的。此处显示的实施方案中，其具有截顶方棱锥或截锥体的形状。

由于附加层3的薄壁性，在压制时产生的冲压图案在层3的外侧也可见。

所述的冲压借助于两个轧辊进行，其中一个设有形成凹陷5的结构。以这种方式，在离散的冲压区域4实现纸浆纤维的压缩。在冲压区域4以外，所述的纤维彼此松散地存在，这改善了材料的吸收能力和弹性。在制备此实施例的过滤材料时，既不需要粘合剂也不需要其他的胶合料，例如乳胶。相反的，连接是单纯的热机械进行的。通过针对性的布置，如冲压区域的数目和大小，可以控制气体的流量并因此也部分控制了过滤效果。

纤维层2的单位面积重量可以介于15g/m²和600g/m²之间。优选单位面积重量介于20g/m²和200g/m²之间。另外的幅料3的单位面积重量通常略小于纤维层2的单位面积重量，并且优选介于15和30g/m²之间。

图2显示了通过绉缩状态的材料幅料1的截面。单个的层在这里没有显示出来。在此处显示的实施方案中，所述的材料不规则地以折叠方式铺置。得到一种过滤材料，其除了冲压区域4还具有具有凸起6及另外的凹陷7的表面结构。通过这些凸起和凹陷实现表面积的增大。

在图3中显示了根据本发明的过滤器8，其由在图1中所示作为平面状构成物存在的过滤材料和在图示中部分省略了的保护层9构成。所述的过滤材料1在此所示的实施方案中是交替铺置或折叠的，其中形成在过滤器的纵向方向延伸的通道11。所述交替铺置可以是均匀的或不规则的。待净化的气体可以穿过通道11和过滤材料1的纤维层。待净化的气体还优选沿着折叠的层2，3流过并且不横穿它们以及，如果有的话，仅在小范围内通过所述的层。因此，压力损失较低。

此处所示的实施方案中，所述的过滤器由保护层9包裹。

在使用过滤器8作为香烟过滤器的情况下，所述的保护层9可以是简单的包装纸，其整体地不仅可以包裹香烟的烟草束(此处未示)而且还可以包裹香烟过滤器。也可能的是，保护层9仅包裹过滤器8。

所述的过滤材料1的表面10形成通道11的内表面。通过凹陷5和通过过滤材料1可选的绉缩形成通道11不平整的表面结构，其对根据本发明的过滤器的过滤效果起到积极作用。

图4显示了通过沿着直线A-A的根据本发明的过滤器的截面。所述的过滤材料1，如此处所示，相互交替铺置，使得其在过滤器的纵向方向形成通道11。所述交替铺置的过滤材料1可以在过滤器8内部对称或非对称排布。此处所示的实施方案中，交替铺置的过滤材料层1形成单个的弓形。由过滤材料构成的层的排布也可以是不规则的。

根据本发明的过滤材料还可以在用于净化空气和气体的设备中使使。过滤材料1的铺置还可以，如在图3和4中所示，以圆柱体的形式进行，此外，在设备中所使用的过滤器的形状可以是任意的，例如以箱形或其他可设想的形状。

附图标记表：

1  过滤材料

2  纤维层

3  附加层

4  冲压区域

5  凹陷

6  凸起

7  另外的凹陷

8  过滤器

9  保护层

10 过滤材料1的表面

11 通道

Claims (19)

1.一种用于净化空气和气体的过滤材料，其包括由纸浆纤维构成的纤维层(2)，其局部地通过压制，在纸浆纤维的压缩下在压制区域(4)彼此连接。

2.根据权利要求1的过滤材料，其特征在于，所述纸浆纤维在压制区域(4)在热冲击下压制。

3.根据权利要求1或2的过滤材料，其特征在于，在过滤材料的制备时既不使用粘合剂，也不使用其他的胶合料。

4.根据权利要求1至3之一的过滤材料，其特征在于，所述的纤维层(2)在一个平面侧具有附加层(3)。

5.根据权利要求4的过滤材料，其特征在于，所述的纤维层在两个平面侧都具有附加层(3)，其中附加层可以是由相同的或彼此不同的材料构成的。

6.根据权利要求4或5之一的过滤材料，其特征在于，所述的附加层(3)彼此独立地选自棉纸，纺织的、非织造物类的或薄膜状的材料。

7.根据权利要求1至6之一的过滤材料，其特征在于，其具有的单位面积重量介于15g/m²和600g/m²之间，优选介于20g/m²和200g/m²之间。

8.根据权利要求1至7之一的过滤材料，其特征在于，其含有一种或多种选自吸收剂和/或调味剂及其他助剂的添加剂。

9.根据权利要求8的过滤材料，其特征在于，所述的吸收剂选自活性炭、沸石、硅酸盐和/或SiO₂。

10.根据权利要求1至9之一的过滤材料，其特征在于，所述的纤维层(2)和可选存在的附加层(3)以纤维幅料的形式存在，其以形成在待净化气流的纵向方向延伸的通道的方式进行铺置。

11.根据权利要求1至10之一的过滤器在除尘设备和气体净化设备中的应用。

12.根据权利要求1至10之一的过滤器在烟草制品中的应用。

13.用于净化气体和/或空气的过滤器，其包括根据权利要求1至10之一的过滤材料(1)。

14.香烟过滤器，包括根据权利要求1至10之一的过滤材料(1)。

15.根据权利要求14的香烟过滤器，其特征在于，所述的过滤材料由防护层(9)包裹。

16.根据权利要求14或15之一的香烟过滤器，其特征在于，所述的过滤材料在烟雾进入端，具有其他过滤材料。

17.根据权利要求14至16之一的香烟过滤器，其特征在于，所述的其他过滤材料选自活性炭、醋酸纤维素、纸或其他现有技术已知的过滤材料。

18.根据权利要求14至17之一的香烟过滤器，其特征在于，在烟雾逸出端，将另一种材料作为外观上的终端连接于过滤材料。

19.根据权利要求14至18之一的香烟过滤器，其特征在于，最多12周的堆肥时间后，在＞2mm的筛分级份中获得原材料的原始干重的最多10％。

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