DE102007050047A1 - Automotive cabin air filter is a porous polymer fleece, fibre layup or woven fibre incorporating a Beta-crystalline structure - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polypropylen-Fasermaterial, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fasermaterial, insbesondere Fasergelege, Vlies, Fasergewirk und/oder Fasergewebe, aus Polypropylen-Fasern, welche eine Beta-Kristallitstruktur und eine poröse Oberflächenstruktur aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Fasermaterials. Dieses Fasermaterial kann als Filtermaterial, insbesondere als Kabinenluftfilter, Umluftfilter, Reinraumfilter, Abluftfilter, Wohnraumfilter und/oder Staubsaugerfilter, verwendet werden.The The present invention relates to a polypropylene fiber material, as well a method for producing the same. The present invention relates to a fiber material, in particular fiber fabric, nonwoven, Fasergewirk and / or Fiber fabric, made of polypropylene fibers, which has a beta-crystallite structure and has a porous surface structure, and a method for producing such a fiber material. This fiber material can be used as a filter material, in particular as a cabin air filter, Recirculation filter, clean room filter, exhaust filter, housing filter and / or Vacuum cleaner filter, to be used.
Ein Problem bei der Verarbeitung von Fasermaterialien, insbesondere aus Polypropylen-Fasern, ist deren Neigung zum Zerreißen. Gerade bei isotaktischen Polypropylenen mit hoher Kristallinität ist diese Neigung sehr ausgeprägt. Ein derartiger spröder Faserabriss kann in der Produktion von Fasergelegen zu Produktionsausfällen bzw. verlängerten Rüstzeiten führen. Bei der Fertigung von Filtern aus Vliesen führt das spröde Reißen von Fasern zum Einreißen der gesamten Vliesstruktur, insbesondere während des Plissiervorgangs. An den eingerissenen Stellen kommt es dann während des Filterprozesses zum Staubdurchtritt. Es ist daher wünschenswert, den Faserabriss und/oder einen Bandabriss der Vliesstruktur zu vermeiden.One Problem in the processing of fiber materials, in particular made of polypropylene fibers, is their tendency to rupture. Especially with isotactic polypropylenes with high crystallinity this tendency is very pronounced. Such a brittle one Fiber breakage can result in loss of production in the production of fiber webs or prolonged set-up times. In the production of filters made of nonwovens this leads to brittle Tearing fibers to rupture the entire nonwoven structure, especially during the pleating process. At the torn Digits then occur during the filtering process to the dust. It is therefore desirable to have the fiber tear and / or a To avoid banding of the nonwoven structure.
Aus
dem Stand der Technik sind eine Reihe verschiedener Verfahren zur
Zäh-Modifizierung von Bauteilen, z. B. Kunststoffblenden
oder Polypropylen-Folien, bekannt. Im Fall von Polystyrol-Bauteilen
werden hierzu z. B. Elastomerpartikel im Mikrometerbereich eingesetzt,
um sog. High-Impact-Polystyrol (HIPS) zu erzeugen. Bei schlagartiger
Beanspruchung dieser Bauteile kommt es durch die Elastomerpartikel
zu einer Unterbindung der Rissausbreitung, indem sich aus einzelnen
Rissen viele kleine Risse bilden, welche aber nicht zum Bauteilversagen
führen. Im Fall von Polypropylen können ähnliche
Strategien angewandt werden. Hierbei werden beispielsweise anorganische
Füllstoffe in Verbindung mit einem Phasenvermittler eingesetzt
(
Ein
relativ neuer Ansatz bei Polypropylen ist die Zähmodifizierung
durch Verwendung von Beta-Nukleierungsmitteln (
Der
Effekt der Zähmodifizierung von Polypropylen bzw. der Bildung
von Mikroporen durch Beta-Nukleierung wurde bei Folien (
In Bezug auf die Modifizierung von Fasergelegen und/oder Vliesen ist bisher nur der positive Effekt von Nukleierungsmitteln ohne Beta-Modifizierung beschrieben worden. Hierbei werden als Nukleierungsmittel Sorbitol-Derivate, Natriumbenzoat oder verschiedene Phosphate eingesetzt, die jedoch keine Beta-Nukleierung hervorrufen. Die verbesserten mechanischen Eigenschaften kommen dabei durch eine engere Kristallitgrößenverteilung, welche durch die Nukleierungsmittel bewirkt wird, zustande. Die Kristallmodifikation besteht jedoch bei den oben genannten Nukleierungsmitteln aus Polypropylen-Fasern in der Alpha-Kristallmodifikation. Die Alpha-Modifikation ist nachteilig, weil diese bei einer mechanischen Beanspruchung keine Mikroporen bildet, sondern zu einem spröden Bruch (trennender Bruch) führt.In Regarding the modification of fiber webs and / or nonwovens so far only the positive effect of nucleating agents without beta modification been described. Here are used as nucleating sorbitol derivatives, Sodium benzoate or various phosphates used, however do not cause beta-nucleation. The improved mechanical Properties come from a narrower crystallite size distribution, which is caused by the nucleating agent. The However, crystal modification exists in the above nucleating agents made of polypropylene fibers in the alpha crystal modification. The alpha modification is disadvantageous because this under a mechanical stress does not form micropores, but a brittle fracture (breaking fraction) leads.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fasermaterial, insbesondere Fasergelege, Vlies, Fasergewirk und/oder Fasergewebe, mit höheren Dehnbarkeiten bereitzustellen, wodurch eine höhere Schadenstoleranz bei Schlag- und/oder Zugbeanspruchung bereitgestellt wird. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fasermaterial, insbesondere Fasergelege, Vlies, Fasergewirk und/oder Fasergewebe, vorzugsweise mit einem verringerten spröden Bruchverhalten, bereit zu stellen.task The present invention is a fiber material, in particular Fiber fabric, nonwoven, Fasergewirk and / or fiber fabric, with higher Provide extensibilities, resulting in a higher damage tolerance is provided with impact and / or tensile stress. Further It is an object of the present invention, a fiber material, in particular Fiber fabric, nonwoven, Fasergewirk and / or fiber fabric, preferably with a reduced brittle fracture behavior, ready for put.
Auch ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fasermaterial, insbesondere Fasergelege, Vlies, Fasergewirk und/oder Fasergewebe, vorzugsweise mit einer höheren Abscheideleistung, Staubbindekapazität und Standzeiten (Beladungszeit), bereit zu stellen.Also it is an object of the present invention to provide a fibrous material in particular fiber fabric, fleece, Fasergewirk and / or fiber fabric, preferably with a higher separation efficiency, dust binding capacity and service life (loading time), to provide.
Die Aufgabe wird durch die Bereitstellung eines Fasermaterials, insbesondere Fasergelege, Vlies, Fasergewirk und/oder Fasergewebe, welches poröse Polypropylen-Fasern mit Beta-Kristallstruktur umfasst, gelöst.The The object is achieved by the provision of a fiber material, in particular Fiber fabric, nonwoven, Fasergewirk and / or fiber fabric, which porous Polypropylene fibers with beta crystal structure comprises dissolved.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials liegt der mittlere Porendurchmesser der Poren der Polypropylen-Fasern in einem Bereich von 0,05–1 μm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 μm. Bei einer Ausführungsform befinden sich die Poren an der Oberfläche der Fasern. Bei einer anderen Ausführungsform befinden sich die Poren in den Fasern und an der Oberfläche der Fasern. Bei den Poren kann es sich um unregelmäßig geformte und unterschiedlich große Poren handeln. Vorzugsweise handelt sich bei den Poren an der Oberfläche der Fasern um offene Poren, die vorzugsweise nicht untereinander verbunden sind. Unter mittlerer Porendurchmesser ist vorzugsweise der arithmetisch gemittelte Porendurchmesser aller Poren in den Fasern zu verstehen.at an embodiment of the invention Fiber material is the average pore diameter of the pores of Polypropylene fibers in a range of 0.05-1 μm, preferably 0.2 to 0.5 microns. In one embodiment the pores are on the surface of the fibers. at In another embodiment, the pores are in the fibers and the surface of the fibers. At the pores It can be irregular shaped and different big pores act. Preferably, the Pores on the surface of the fibers around open pores, the preferably not interconnected. Below middle Pore diameter is preferably the arithmetic average pore diameter to understand all the pores in the fibers.
Unter „Poren der Polypropylen-Fasern" sind vorzugsweise die Poren in und/oder auf den Polypropylen-Fasern, nicht aber die Zwischenräume des erfindungsgemäßen Fasermaterials selbst zu verstehen.Under "pores the polypropylene fibers "are preferably the pores in and / or on the polypropylene fibers, but not the gaps the fiber material according to the invention itself understand.
Vorzugsweise
weisen die Polypropylen-Fasern des erfindungsgemäßen
Fasermaterials einen MFI (Melt Flow Rate, Schmelzflußrate)
von 20 bis 800 g/10 min, weiter bevorzugt von 100 bis 400 g/10 min
auf. Der MFI wird nach
Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass das erfindungsgemäße Fasermaterial bei Verwendung als Filtermaterial höhere Staubbindekapazitäten, verbesserte Abscheideleistungen, verbesserte Standzeiten aufweist und/oder sich die Beladungszeiten (Standzeiten) gegenüber herkömmlichen Filtermaterialien verlängern. Das erfindungsgemäße Filtermaterial setzt sich also langsamer zu. Dies beruht auf der porösen Struktur der Polypropylenfasern, in und/oder auf welchen sich der Staub bevorzugt einlagert und/oder ablagert. Die durch die Poren vergrößerte Oberfläche ermöglicht eine verbesserte Staubabscheidung.It was surprisingly found that the inventive Fiber material higher when used as filter material Dust-binding capacities, improved separation performance, has improved service life and / or the loading times Extend (lifetime) compared to conventional filter materials. The filter material according to the invention settles slower too. This is due to the porous structure the polypropylene fibers in and / or on which the dust prefers stores and / or deposits. The enlarged by the pores Surface allows improved dust separation.
Ferner wurde festgestellt, dass das erfindungsgemäße Fasermaterial kein sprödes Bruchverhalten, sondern ein zähes Bruchverhalten aufweist. Das zähe Bruchverhalten des Fasermaterials erfolgt lediglich unter einer irreversiblen Deformation der Fasern. Das Fasermaterial ist stabiler und kann besser zu Filtern verarbeitet werden, ohne zu reißen.Further it was found that the inventive Fiber material no brittle fracture behavior, but a has tough fracture behavior. The tough fracture behavior The fiber material is only under an irreversible deformation the fibers. The fiber material is more stable and can filter better be processed without tearing.
Das erfindungsgemäße Fasermaterial zeigt vorzugsweise eine verbesserte Verarbeitbarkeit durch eine deutlich geringere Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen, wie Zug-, Dehn und/oder Schlagbeanspruchungen. Da mechanische Beanspruchungen, wie etwa Zugspannungen, bei der Herstellung von Filtern aus Fasermaterialien nicht vermieden werden können, sind die im Sinne der Erfindung bereitgestellten Fasermaterialien von großem Vorteil.The Fiber material according to the invention preferably shows an improved processability by a much lower Sensitivity to mechanical stresses, such as tensile, tensile and / or impact loads. Since mechanical stresses, such as tensile stresses, in the manufacture of fiber material filters can not be avoided, are within the meaning of the invention provided fiber materials of great advantage.
Das erfindungsgemäßen Fasermaterial weist vorzugsweise eine deutlich höhere Höchstzugkraft und/oder Höchstzugdehnung gegenüber Polypropylen-Fasermaterialien auf, die keine β-Kristallitstruktur aufweisen.The Fiber material according to the invention preferably has a significantly higher maximum tensile strength and / or maximum tensile strain to polypropylene fiber materials that do not have a β-crystallite structure exhibit.
Die
Höchstzugkraft und/oder die Höchstzugdehnung kann
beispielsweise nach
Bei einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Fasermaterial zähmodifizierte Polypropylen-Fasern bei Raumtemperatur (20–25°C) besonders hohe Dehnbarkeiten von vorzugsweise bis zu 1000%, weiter bevorzugt von 100 bis 1000% auf, ohne zu zerreißen. Die %-Angabe bezieht sich vorzugsweise auf die Länge der Faser nach der Verstreckung bezogen auf die Gesamtlänge der Faser vor der Verstreckung.at an embodiment, the inventive Fiber material toughened polypropylene fibers at room temperature (20-25 ° C) particularly high elongations of preferably up to 1000%, more preferably from 100 to 1000%, without tearing. The% specification preferably refers to the length of the Fiber after drawing based on the total length the fiber before drawing.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials weisen von 1 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise von 20 bis 65 Gew.-%, der kristallinen Anteile des Polypropylens, eine Beta-Kristallitstruktur auf. Vorzugsweise weisen 30 bis 80 Gew.-%, weiter bevorzugt 40 bis 60 Gew.-%, des Polypropylens in dem erfindungsgemäßen Fasermaterial, kristallines Polypropylen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polypropylens, auf.at an embodiment of the invention Fiber materials have from 1 to 95 wt .-%, preferably from 20 to 65 wt .-%, of the crystalline portions of the polypropylene, a beta-crystallite structure on. Preferably, 30 to 80 wt .-%, more preferably 40 to have 60 wt .-%, of the polypropylene in the inventive Fiber material, crystalline polypropylene, based on the total weight of polypropylene, on.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials umfasst dieses Polypropylen-Fasern, die aus Polypropylen mit oder in der Beta-Kristallitstruktur bestehen.In one embodiment of the fiber material according to the invention comprises this polypropylene Fa which consist of polypropylene with or in the beta-crystallite structure.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials umfassen die Polypropylen-Fasern mindestens ein Beta-Nukleierungsmittel.at an embodiment of the invention Fiber material, the polypropylene fibers comprise at least one beta-nucleating agent.
Vorzugsweise ist das Beta-Nukleierungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Bisamiden, Dicarbonsäuren, Farbpigmenten sowie Salzen und Mischungen davon, ausgewählt.Preferably is the beta-nucleating agent from the group consisting of bisamides, Dicarboxylic acids, color pigments and salts and mixtures thereof, selected.
Insbesondere können Calciumsalze der Dicarbonsäuren eingesetzt werden.Especially Calcium salts of dicarboxylic acids can be used become.
Dicarbonsäuren und/oder deren Salze können aus der Gruppe, bestehend aus Pimelinsäure, Calciumpimelat, Calciumphthalat, Calciumterephthalat, Calciumsuberat, Calciumstearat, und/oder Mischungen davon, ausgewählt werden.dicarboxylic acids and / or salts thereof may be selected from the group consisting of Pimelic acid, calcium pimelate, calcium phthalate, calcium terephthalate, Calcium suberate, calcium stearate, and / or mixtures thereof become.
Bei den Farbpigmenten kann es sich im anorganische und/oder organische Farbpigmente handeln. Die organischen Farbpigmente können beispielsweise Gamma-Chinacridon, beispielsweise E3B® (Hostaperm-Rot E3B von Clariant (ehemals Hoechst)), umfassen.The color pigments may be inorganic and / or organic color pigments. The organic color pigments (E3B from Clariant (formerly Hoechst) Hostaperm Red) include, for example, gamma quinacridone, for example, E3B ®.
Bei dem Bisamid können Bisamide eingesetzt werden, welche über coplanare Phenylringe verfügen. Es kann N,N-Dicyclohexylnaphthalin-2,6-dicarboxamid, welches beispielsweise unter dem Handelsnamen NU100® (New Japan Chemicals Company, Tokio) erhältlich ist, eingesetzt werden.Bisamides containing coplanar phenyl rings can be used in the bisamide. It may be N, N-Dicyclohexylnaphthalin-2,6-dicarboxamide, which (New Japan Chemical Company, Tokyo) is available, for example under the trade name NU100 ® can be used.
Vorzugsweise umfassen die Polypropylen-Fasern ein Beta-Nukleierungsmittel in einer Konzentration von mindestens 10 ppm, weiter bevorzugt 50 ppm bis 100.000 ppm, weiter bevorzugt 100 ppm bis 10.000 ppm, noch weiter bevorzugt 200 bis 1000 ppm, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polypropylen-Fasern.Preferably For example, the polypropylene fibers include a beta-nucleating agent in a concentration of at least 10 ppm, more preferably 50 ppm to 100,000 ppm, more preferably 100 ppm to 10,000 ppm, even further preferably 200 to 1000 ppm, based on the total weight of the polypropylene fibers.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials wird als Beta-Nukleierungsmittel γ-Chinacridon in Konzentrationen von 10 bis 10000 ppm, vorzugsweise zwischen 50 und 1000 ppm, eingesetzt.at a preferred embodiment of the invention Fiber material is called beta-nucleating agent γ-quinacridone in concentrations of 10 to 10,000 ppm, preferably between 50 and 1000 ppm used.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials wird als Beta-Nukleierungsmittel Calciumpimelat, Calciumphthalat, Calciumterephthalat, Calciumsuberat oder Calciumstearat, in Konzentrationen von 10 bis 100000 ppm, vorzugsweise zwischen 100 und 10000 ppm, eingesetzt.at a further preferred embodiment of the invention Fiber material is used as beta-nucleating agent calcium pimelate, Calcium phthalate, calcium terephthalate, calcium suberate or calcium stearate, in concentrations of 10 to 100,000 ppm, preferably between 100 and 10000 ppm used.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials wird als Beta-Nukleierungsmittel N,N-Dicyclohexylnaphthalin-2,6-dicarboxamid in Konzentrationen von 10 bis 100000 ppm, vorzugsweise zwischen 100 und 10000 ppm, als eingesetzt.at a further preferred embodiment of the invention As a beta-nucleating agent, fiber material is N, N-dicyclohexylnaphthalene-2,6-dicarboxamide in concentrations of 10 to 100,000 ppm, preferably between 100 and 10,000 ppm when used.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials umfasst dieses Polypropylenfasern mit oder in der Beta-Kristallitstruktur, die isotaktisches Polypropylen enthält.at an embodiment of the invention Fiber material comprises this polypropylene fibers with or in the Beta-crystallite structure containing isotactic polypropylene.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials weisen die Polypropylen-Fasern einen mittleren Faserdurchmesser von 1 μm bis 500 μm, vorzugsweise von 5 μm bis 50 μm und/oder eine mittlere Faserlänge von 1 cm bis 1 m, vorzugsweise von 5 cm bis 50 cm, auf.at an embodiment of the invention Fiber material, the polypropylene fibers have a mean fiber diameter from 1 μm to 500 μm, preferably 5 μm to 50 microns and / or an average fiber length of 1 cm to 1 m, preferably from 5 cm to 50 cm, on.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials weisen die Polypropylen-Fasern durch uniaxiale Verstreckung eine poröse Oberfläche auf. Vorzugsweise werden die Polypropylenfasern auf das 2 bis 10fache, weiter bevorzugt auf das 2 bis 4-fache, verstreckt.at an embodiment of the invention Fiber materials have the polypropylene fibers by uniaxial stretching a porous surface on. Preferably the polypropylene fibers to 2 to 10 times, more preferably on 2 to 4 times, stretched.
Vorzugsweise weisen die Polypropylen-Fasern in dem erfindungsgemäßen Fasermaterial im wesentlichen keine, vorzugsweise keine, punktuellen Verschweißungen auf. Es hat sich herausgestellt, dass sich aufgrund der rauhen Oberflächenstruktur die Polypropylen-Fasern verhaken. Daher ist keine Verschweißung der Fasern notwendig. Dies ist ein großer Vorteil, weil das Herstellungsverfahren erheblich vereinfacht wird. Ferner wird der Strömungswiderstand des Filters vorzugsweise geringer, da die Verschweißungspunke bei herkömmlichen Filtern in Bezug auf die Filterwirkung nicht wirksam sind.Preferably have the polypropylene fibers in the inventive Fiber material essentially no, preferably none, punctual Welds on. It turned out that due to the rough surface structure the polypropylene fibers snag. Therefore, no welding of the fibers is necessary. This is a big advantage because of the manufacturing process considerably simplified. Furthermore, the flow resistance the filter is preferably lower, since the Verschwungsungspunke in conventional filters in terms of filtering effect are not effective.
Bei einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Fasermaterial ein Flächengewicht von 50 bis 500 g/m2, vorzugsweise von 100 bis 150 g/m2, auf.In one embodiment, the fiber material according to the invention has a weight per unit area of 50 to 500 g / m 2 , preferably of 100 to 150 g / m 2 .
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fasermaterials wird die Beta-Kristallit-Struktur durch ein gezieltes Abkühlen von Polypropylenschmelzen erreicht.In one embodiment of the fiber material according to the invention, the beta-crystallite structure achieved by a targeted cooling of polypropylene melts.
Das erfindungsgemäße Fasermaterial, insbesondere das Fasergelege, Vlies, Fasergewirk und/oder Fasergewebe, kann als Filter ausgestaltet sein.The Fiber material according to the invention, in particular the Fiber fabric, nonwoven, Fasergewirk and / or fiber fabric, can as a filter be designed.
Insbesondere kann das Polypropylen-Fasermaterial in Kabinenluftfiltern, Umluftfiltern, Reinraumfiltern, Abluftfiltern, Wohnraumfiltern und/oder Staubsaugerfiltern, verwendet werden.Especially can the polypropylene fiber material in cabin air filters, recirculation filters, Clean room filters, exhaust air filters, domestic filters and / or vacuum cleaner filters, be used.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines Fasermaterials, insbesondere Fasergeleges, Vlieses, Fasergewirkes und/oder Fasergewebes, umfassend die folgenden Schritte, gelöst:
- a) Aufschmelzen von Polypropylen,
- b) Zumischen mindestens eines Beta-Nukleierungsmittels,
- c) Verspinnen der in Schritt b) bereitgestellten Mischung zu Polypropylen-Fasern, und
- d) Ablegen der Fasern
- d1) zu einem Fasermaterial oder
- d2) auf einer Aufnahmevorrichtung,
- a) melting of polypropylene,
- b) admixing at least one beta-nucleating agent,
- c) spinning the mixture provided in step b) into polypropylene fibers, and
- d) depositing the fibers
- d1) to a fiber material or
- d2) on a receiving device,
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt a) das Polypropylen bei einer Temperatur aus einem Bereich von 180°C bis 300°C, vorzugsweise 200 bis 260°C, aufgeschmolzen. Vorzugsweise werden in Schritt b) die Beta-Nukleierungsmittel durch Extrusion zugemischt. Hierbei können die gleichen Temperaturen wie in Schritt a) eingesetzt werden. Die Extrusion kann z. B. mit einem Laborextruder Typ 20x25 der Firma Collin durchgeführt werden.at an embodiment of the invention Process is in step a) the polypropylene at a temperature from a range of 180 ° C to 300 ° C, preferably 200 to 260 ° C, melted. Preferably, in step b) the beta-nucleating agents are mixed by extrusion. in this connection the same temperatures as in step a) can be used become. The extrusion can z. Eg with a laboratory extruder type 20x25 Collin company.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Fasern nach dem Verspinnen uniaxial verstreckt. Vorzugsweise werden die Polypropylenfasern auf das 2 bis 10fache, weiter bevorzugt auf das 2,5 bis 4-fache der Länge verstreckt, die sie unmittelbar nach der Verspinnung in Schritt c) aufweisen.at an embodiment of the invention Process, the fibers are stretched uniaxially after spinning. Preferably, the polypropylene fibers become 2 to 10 times, more preferably stretched 2.5 to 4 times the length, they have immediately after the spinning in step c).
Die Zugabe des Beta-Nukleierungsmittels bewirkt die Ausbildung einer Beta-Kristallitstruktur während des Abkühlens und vor dem Verstrecken des Faserstranges. Als Beta-Nukleierungsmittel können die vorstehend beschriebenen Stoffe, insbesondere in den vorstehend beschriebenen Konzentrationen, eingesetzt werden.The Addition of the beta-nucleating agent causes the formation of a Beta-crystallite structure during cooling and before stretching the fiber strand. As a beta-nucleating agent can the substances described above, in particular in the concentrations described above.
Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Faser nach dem Spinnen auf eine Temperatur in einem Bereich von 260 bis 170°C, vorzugsweise auf eine Temperatur in einem Bereich von 155 bis 90°C, abgekühlt und dann verstreckt.According to one preferred variant of the method according to the invention After spinning, the fiber will be at a temperature within a range from 260 to 170 ° C, preferably to a temperature in a range of 155 to 90 ° C, cooled and then stretched.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Fasern durch einen Spinnbalken aus der Schmelze zu Fasern versponnen. Der Durchmesser der Düsen im Spinnbalken gibt dabei den Faserdurchmesser vor. Es handelt sich dabei vorzugsweise um einen Faser-Meltblown-Prozess.at a preferred embodiment of the invention Procedure, the fibers through a spinning beam from the melt spun into fibers. The diameter of the nozzles in the spinning beam specifies the fiber diameter. These are preferably a fiber meltblown process.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Fasern über einen Wickler (Galette) abgezogen und/oder aber auf einem Transportband abgelegt und vorzugsweise so kontinuierlich abgezogen.at an embodiment of the invention Method the fibers are passed over a winder (galette) subtracted and / or stored on a conveyor belt and preferably withdrawn so continuously.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Polypropylen zu Fasern mit einen mittleren Durchmesser von 1 μm bis 500 μm, vorzugsweise von 5 μm bis 50 μm, und/oder einer mittleren Faserlänge von 1 cm bis 1 m, vorzugsweise von 5 cm bis 50 cm, versponnen. Unter dem Begriff mittlerer Durchmesser der Fasern ist vorzugsweise der arithmetisch gemittelte Durchmesser bezogen auf alle Fasern zu verstehen. Unter dem Begriff mittlere Faserlänge der Fasern ist vorzugsweise die arithmetisch Faserlänge bezogen auf alle Fasern zu verstehen.at an embodiment of the invention Process, the polypropylene to fibers with a mean diameter from 1 μm to 500 μm, preferably 5 μm to 50 microns, and / or a mean fiber length from 1 cm to 1 m, preferably from 5 cm to 50 cm, spun. Under the term average diameter of the fibers is preferably the to understand arithmetically averaged diameters relative to all fibers. The term average fiber length of the fibers is preferably the arithmetic fiber length relative to all fibers too understand.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens werden zähmodifizierte Fasern erzeugt, welche sich bei Raumtemperatur unter Ausdünnung, d. h. unter Abnahme des Faserdurchmessers, besonders gut dehnen lassen. Durch die während des Dehnvorgangs gebildeten Mikroporen erscheinen die zähmodifizierten und gedehnten Fasern des erfindungsgemäßen Fasermaterials bei Betrachtung mit dem bloßen Auge opak.at an embodiment of the invention Process are produced toughened fibers which at room temperature under thinning, d. H. under decrease of the fiber diameter, to stretch particularly well. Through the during The micropores formed by the stretching process appear to be the toughened ones and stretched fibers of the fiber material according to the invention Opaque when viewed with the naked eye.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt d) abgelegte Fasermaterial zu einem Filter plissiert.In one embodiment of the method according to the invention, the fiber deposited in step d) becomes Material pleated to a filter.
Figuren:Characters:
Durch die nachfolgenden Beispiele soll die vorliegende Erfindung näher erläutert, aber in keiner Weise beschränkt werden.By The following examples are intended to further illustrate the present invention explained, but in no way be limited.
Beispiele:Examples:
Beispiel 1example 1
In
Polypropylen (PP) mit einem MFI (nach
Die
rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen in
Beispiel 2:Example 2:
In
ein PP mit einem MFI von 400 g/10 min (nach
Vergleichsbeispiel 3:Comparative Example 3
Das Vergleichsbeispiel 3 wurde wie in Beispiel 1 und 2 beschrieben durchgeführt. Es wurde aber kein Calciumpimelat bzw. γ-Chinacridon zugesetzt.The Comparative Example 3 was carried out as described in Examples 1 and 2. However, no calcium pimelate or γ-quinacridone was added.
Tabelle 1 zeigt vergleichend die Höchstzugkraft bzw. Höchstzugdehnung
- (a) eines Polypropylen-Vlieses gemäß Beispiel 1, dessen Fasern mit 0,1 Gew.-% Calciumpimelat additiviert wurden,
- (b) eines PP-Vlieses gemäß Beispiel 2, dessen Fasern mit 50 ppm γ-Chinacridon additiviert wurden, und
- (c) eines PP-Vlieses gemäß Vergleichbeispiel 3 dessen Fasern nicht additiviert wurden.
- (a) a polypropylene nonwoven according to Example 1, the fibers of which were additized with 0.1% by weight calcium pimelate,
- (b) a PP nonwoven according to Example 2, whose fibers were additized with 50 ppm γ-quinacridone, and
- (c) a PP nonwoven according to Comparative Example 3 whose fibers were not additized.
Die
Prüfung erfolgte nach
Tabelle 1 zeigt deutlich, dass bei den Fasern der additivierten Vliesen durch die Zugabe von 0,1 Gew.-% Calciumpimelat bzw. 50 ppm γ-Chinacridon die Höchstzugkraft bei vergleichbaren Dehnungen um etwa 50% höher ist als bei den Fasern des nicht additivierten Vlies.table 1 clearly shows that the fibers of the additized nonwovens by the addition of 0.1% by weight of calcium pimelate or 50 ppm of γ-quinacridone the maximum tensile force at comparable strains around 50% higher than the fibers of the non-additivated Fleece.
Beispiel 4Example 4
Ähnlich wie in den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 3 beschrieben wurden Vliese hergestellt. Die Fasern wurden jedoch direkt nach der Extrusion (Düsentemperatur 205°C) auf das Dreifache verstreckt. Der mittlere Faserdurchmesser der extrudierten Fasern betrug 15 μm. Die Fasern wurden kontinuierlich zu Vliesen abgelegt, die erhaltenen Vliese hatten ein Flächengewicht von 120 g/m2.Nonwovens were prepared similarly as described in Examples 1 and 2 and Comparative Example 3. However, the fibers were stretched three times immediately after extrusion (die temperature 205 ° C). The mean fiber diameter of the extruded fibers was 15 μm. The fibers were continuously deposited into nonwovens, the nonwoven webs obtained had a basis weight of 120 g / m 2 .
Bei den so hergestellten Vliese wurden die Druckabfälle, das Abscheideverhalten, die Beladung und die Standzeit gemessen (vgl. Tabellen 2/3).at The webs thus produced were the pressure drops, the Separation behavior, the load and the service life measured (cf. Tables 2/3).
Messung des Druckabfalls und des AbscheideverhaltenMeasurement of pressure drop and the separation behavior
Für
die Messungen des Druckabfalls und des Abscheideverhalten wurden
Rondenstanzlinge (Durchmesser 11,4 cm) hergestellt. Die Messungen
erfolgte in Anlehnung an
Messung der Standzeit und der BeladungMeasurement of service life and loading
Die
Bestimmung der Standzeit und der Beladung erfolgte an einem größeren
Strömungskanal mit A2-AC Fine Staub (Normstaub) nach
B×H×T
= 331×175×30 mm; Anströmfläche:
0,0569 m2; Medienfläche: 0,465
m2; Faltenhöhe: 28 mm; Faltenabstand:
7 mm.The service life and loading were determined on a larger flow channel with A2-AC Fine dust (standard dust)
B × H × T = 331 × 175 × 30 mm; Inflow area: 0.0569 m 2 ; Media area: 0.465 m 2 ; Fold height: 28 mm; Fold distance: 7 mm.
ErgebnisseResults
Druckabfall und AbscheideleistungPressure drop and separation efficiency
Der Druckabfall bezeichnet die Differenz des Druckes des das Vlies durchströmenden Gases vor und nach dem Durchleiten durch das Vlies.Of the Pressure drop refers to the difference in pressure of the fleece flowing through Gas before and after passing through the fleece.
Die Abscheideleistung bezeichnet die prozentuale Menge (Gew.-%) einer im Filter abgeschiedenen Partikelmenge einer bestimmten Größenklasse (z. B. 0,3–0,5 μm) bezogen auf die Gesamtmenge der durch das Filtermedium hindurchgeleiteten Partikel (100 Gew.-%).The Separation efficiency refers to the percentage (% by weight) of a Particles deposited in the filter of a certain size class (eg 0.3-0.5 μm) based on the total amount the passed through the filter medium particles (100 wt .-%).
Der Druckabfall betrug bei einem PP-Vlies mit 0,1 Gew.-% Calciumpimelat 24 Pa bei einem Druck von 130 Pa auf der Anströmseite. Die Abscheideleistung für 0,3–0,5 μm große Partikel betrug 44 Gew.-%.Of the Pressure drop was at a PP nonwoven with 0.1 wt .-% calcium pimelate 24 Pa at a pressure of 130 Pa on the upstream side. The separation efficiency for 0.3-0.5 μm large particles was 44% by weight.
Der Druckabfall betrug bei einem PP-Vlies mit 50 ppm γ-Chinacridon 26 Pa bei 130 Pa Druck auf der Anströmseite. Die Abscheideleistung für 0,3–0,5 μm große Partikel betrug Gew.-48%.Of the Pressure drop was 50 ppm γ-quinacridone for a PP nonwoven fabric 26 Pa at 130 Pa pressure on the inflow side. The separation efficiency for 0.3-0.5 μm particles was 48% by weight.
Der Druckabfall betrug bei einem gleich hergestellten PP-Vlies ohne Additive (Referenz) 17 Pa bei 130 Pa Druck auf der Anströmseite. Die Abscheideleistung für 0,3–0,5 μm große Partikel betrug 25 Gew.-%.Of the Pressure drop was at a same produced PP nonwoven without Additive (reference) 17 Pa at 130 Pa pressure on the upstream side. The separation efficiency for 0.3-0.5 μm large particles was 25% by weight.
Die
erhöhte Abscheideleistung korreliert mit einem zunehmenden
Druckabfall, was auf die poröse Oberfläche der
Fasern in dem durchströmten Vlies zurückzuführen
ist. Tabelle 2:
Tabelle 2 zeigt deutlich, dass durch die Zugabe von 0,1 Gew-% Calciumpimelat bzw. 50 ppm γ-Chinacridon die Abscheideleistung um fast 100% erhöht werden kann.table 2 clearly shows that by the addition of 0.1% by weight of calcium pimelate or 50 ppm γ-quinacridone the separation efficiency by almost 100% can be increased.
Beladungszeit und StaubbindekapazitätLoading time and dust binding capacity
Unter Beladungszeit ist der Zeitraum zu verstehen, der benötigt wird, um bei dem Filter durch die Abscheidung von A2-AC fine einen vorgegebenen Druckabfall zu erreichen.Under Loading time is the period of time needed is used to make the filter by the deposition of A2-AC fine one to achieve predetermined pressure drop.
Die Beladungszeit, bis zu der ein Druckabfall von 50 Pa erreicht wird, betrug bei einem PP-Vlies mit 0,1 Gew.-% Calciumpimelat 50 min. Die Beladungszeit bis zu einem Druckabfall von 200 Pa betrug 74 min.The Loading time, to which a pressure drop of 50 Pa is reached, was for a PP nonwoven with 0.1 wt .-% calcium pimelate 50 min. The loading time up to a pressure drop of 200 Pa was 74 minute
Die Beladungszeit, bis zu der ein Druckabfall von 50 Pa erreicht wird, betrug bei einem PP-Vlies mit 50 ppm γ-Chinacridon 44 min. Die Beladungszeit bis zu einem Druckabfall von 200 Pa betrug 55 min.The Loading time, to which a pressure drop of 50 Pa is reached, was for a PP nonwoven with 50 ppm γ-quinacridone 44 min. The loading time up to a pressure drop of 200 Pa was 55 minute
Die Beladungszeit, bis zu der ein Druckabfall von 50 Pa erreicht wird, betrug bei einem Referenz-PP-Vlies ohne Additive 40 min. Die Beladungszeit bis zu einem Druckabfall von 200 Pa betrug 50 min.The Loading time, to which a pressure drop of 50 Pa is reached, was 40 minutes for a reference PP nonwoven without additives. The loading time up to a pressure drop of 200 Pa was 50 min.
Unter
der Staubbindekapazität ist die Menge an A2-AC fine zu
verstehen, die auf dem Filter abgeschieden wird, bis ein bestimmter
Druckabfall erreicht wird:
Die Staubbindekapazität,
die bei einem Druckabfall von 50 Pa erreicht wird, betrug bei einem
PP-Vlies mit 0,1 Gew.-% Calciumpimelat 12,51 g A2-AC fine. Die Staubbindekapazität
bei einem Druckabfall von 200 Pa betrug 22,19 g.The dust-binding capacity is the amount of A2-AC fine which is deposited on the filter until a certain pressure drop is reached:
The dust binding capacity, which is achieved at a pressure drop of 50 Pa, was 12.51 g A2-AC fine for a PP nonwoven with 0.1% by weight calcium pimelate. The dust binding capacity at a pressure drop of 200 Pa was 22.19 g.
Die Staubbindekapazität, die bei einem Druckabfall von 50 Pa erreicht wird, betrug bei einem PP-Vlies mit 50 ppm γ-Chinacridon 13,12 g A2-AC fine. Die Staubbindekapazität bei einem Druckabfall von 200 Pa betrug 21,66 g.The Dust binding capacity, which at a pressure drop of 50 Pa was achieved in a PP nonwoven with 50 ppm γ-quinacridone 13.12 g A2-AC fine. The dust binding capacity at a pressure drop of 200 Pa was 21.66 g.
Die Staubbindekapazität, die bei einem Druckabfall von 50 Pa erreicht wird, betrug bei einem Referenz-PP-Vlies ohne Additive 10,54 g A2-AC fine. Die Staubbindekapazität bei einem Druckabfall von 200 Pa betrug 20,33 g.The Dust binding capacity, which at a pressure drop of 50 Pa was achieved, was in a reference PP nonwoven without additives 10.54 g A2-AC fine. The dust binding capacity at a pressure drop of 200 Pa was 20.33 g.
Die
genannten Messdaten der Beladungszeiten und Staubbindekapazitäten
sind in Tabelle 3 zusammen gefasst. Tabelle 3:
Anhand der Tabelle 3 ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Vliese (mit den Additiven Calciumpimelat und γ-Chinacridon) deutlich höhere Staubbindekapazitäten aufweisen und das sich die Beladungszeiten (Standzeiten) verlängern. Anders ausgedrückt: Die erfindungsgemäßen Filter setzen sich langsamer zu. Dies kommt durch die poröse Oberflächenstruktur, in und/oder auf welcher sich der Staub bevorzugt einlagert und/oder ablagert. Die durch die Poren vergrößerte Oberfläche ermöglicht eine verbesserte Staubabscheidung.Based Table 3 it can be seen that the inventive Nonwovens (with the additives calcium pimelate and γ-quinacridone) have significantly higher dust binding capacity and that the loading times (lifetimes) are extended. In other words: the invention Filters settle slower. This comes through the porous Surface structure, in and / or on which the dust preferably stored and / or stored. The enlarged by the pores Surface allows improved dust separation.
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