DE102009044675A1

DE102009044675A1 - Filtermaterial und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102009044675A1
Application number: DE102009044675A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Czado
Original assignee: Wolf PVG GmbH and Co KG
Current assignee: Wolf PVG GmbH and Co KG
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-06-01

Abstract

Ein Filtermaterial, insbesondere für Geruchs- und Absorptionsfilter, aus einer expandierten Absorbensschüttung, wobei die Absorbensschüttung Agglomerate (1) umfasst, die überwiegend aus Absorbenspartikeln (3) gebildet sind, welche mit einem Bindemittel (2) verklebt sind, wobei die Oberfläche eines Agglomerats (1) mindestens 50% der Summe der Oberflächen der angelagerten Absorbenspartikel (3) beträgt. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials offenbart.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Filtermaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Zur Geruchsabsorption werden derzeit Luftfilter mit Absorbentien eingesetzt, die in der Regel aus Aktivkohle, Zeoliten, mikroporöse Polymeren, Silicagelen und dergleichen bestehen. Diese Absorbentien werden je nach Anwendungsgebiet in geeigneten Filtergehäusen als Schüttung eingesetzt. Bei derartigen Schüttungen tritt jedoch ein erhöhter Luftwiderstand auf, welcher von der Größe der Körnung und der Porosität abhängig ist.
Die US 4 677 086 offenbart in diesem Zusammenhang die Herstellung von sogenannter Formkohle, die aus Aktivkohlepulver mittels eines Binders zu Stäbchen extrudiert wird. Nachteilig hierbei ist, dass zusätzliche Verfahrensschritte wie beispielsweise die Formgebung der Masse notwendig sind, um durch Extrusion Formkohle zu erzeugen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Binder in der Regel kein Absorbens ist, so dass die Absorptionsleistung der Formkohle folglich niedriger und damit ineffektiver ist als die der Ausgangskohle. Dabei besteht das Filtermaterial aus im Wesenlichen zylindrischen Formkörpern, die ein ungünstiges Verhältnis der Oberfläche zum Volumen von 1,6–1,9 mm²/mm³ für die Absorption aufweisen.
Die DE 37 19 415 A1 beschreibt ein Filterelement mit einem offenporigen Schaumträger und Absorptionspartikeln. Ein derartiges Filterelement ist nachteilig, da die auftragbare Absorbermenge und damit die Kapazität durch die Porengröße des Schaumträgers begrenzt ist. Ein höheres Flächengewicht des Filters kann nur durch eine größere Dicke der Schaummatrix erreicht werden, was eine schlechtere Luftdurchlässigkeit, das heißt einen erhöhten Druckaufbau am Filter, zur Folge hat. Auch stellt das gleichmäßige Einbringen der Absorberpartikel hierbei ein Problem dar.
In der DE-AS 25 02 096 ist ein Absorptionsfilter offenbart, bei dessen Herstellung Absorberpartikel während des Legens eines Vlieses in selbiges eingebracht werden und ausschließlich mechanisch, d. h. ohne Bindemittel oder Kleber, zwischen den Kreuzungspunkten der zur Vliesherstellung verwendeten Fasern gehalten werden.
Zur Reduktion des Strömungswiderstandes bzw. des Druckabfalls sind auch adsorptive Filterkörper bekannt, die in einem Extrusionsverfahren hergestellt werden. Die EP 0 492 081 A1 beschreibt einen solchen Filterkörper aus Adsorberpartikeln, der im Extrusionsverfahren hergestellt wird. Um die Absorberpartikel extrudieren zu können, müssen sie mit einem Plastifizierungsmittel vermischt und anschließend ausgehärtet werden, was einen zusätzlichen Arbeits- und Zeitaufwand des Verfahrens darstellt.
Die Erfindung setzt, ausgehend vom Stand der Technik bei der Aufgabe an, ein Filtermaterial zu schaffen, welches gute Filtereigenschaften bei verringertem Luftwiderstand aufweist und zudem wirtschaftlich herstellbar ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Filtermaterial mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filtermaterials nach den Merkmalen des Anspruchs 10.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial, insbesondere für Geruchs und Schadstofffilter setzt sich aus einer expandierten Absorbensschüttung zusammen, welche Agglomerate umfasst. Die Agglomerate sind überwiegend aus Absorbenspartikeln gebildet, die mit einem Bindemittel verklebt sind. Die Agglomerate sind derart aufgebaut, dass die Oberfläche eines jeweiligen Agglomerates, welche für die Absorption zur Verfügung gestellt wird, mindestens 50% der Summe der Oberflächen der einzelnen angelagerten Absorbenspartikel aufweist.
Dadurch kann beispielsweise eine Erhöhung der Oberfläche um mindestens 10%, vorzugsweise 20–30% gegenüber einem Formkörper gleichen Volumens erreicht werden.
Die Agglomerate ermöglichen somit gleichzeitig aufgrund der geringeren Packungsdichte, der größeren Körnung und der damit verbundenen erhöhten Porosität, verglichen mit einer reinen Absorbensschüttung, einen geringeren Luftwiderstand bei einem erhöhten Wärmeabtransport, beispielsweise bei Dunstabzugshauben oder Staubsaugerbeuteln.
Im Vergleich zu Formkörpern aus Absorbenspartikeln, wird durch die Agglomerate eine verbesserte Anlagerung von Gasmolekülen oder anderen Stoffen, welche feinverteilt im Luftstrom enthalten sind, während der Absorption erreicht.
Vorteilhaft ist die Größe der Agglomerate von mindestens 0,125 mm³, vorzugsweise von mindestens 2 mm³, um somit eine Verringerung des Luftwiderstandes zu erreichen. Zugleich wird durch die Agglomerate eine entsprechend große Absorptions- und Adsorptionsoberfläche zur Verfügung gestellt, wobei die Absorption von Geruchstoffen auch innerhalb der Schüttung erfolgen kann. Gleichzeitig nimmt die Gefahr einer Verstopfung der Schüttung durch Feinstäube ab.
Die erfindungsgemäßen Agglomerate weisen vorzugsweise dabei einen irregulären Strukturaufbau mit unterschiedlich ausgebildete Makroporen (Porengröße > 50 nm) auf. Somit stellen die erfindungsgemäßen Agglomerate eine weitaus größere Oberfläche bereit als regulär geformte Objekte wie Platten, Zylinder, Quader oder Kugeln und dergleichen.
Bei einer Absorption von Stoffen in Poren oder Zwischenschichten des Absorbens, kommt es nach einiger Zeit zur Sättigung des höher exponierten Bereichs der Absorbensschüttung. Um eine möglichst lange Betriebsdauer des Filtermaterials und eine hohe Materialsauslastung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn mindestens 85 Volumenprozent der Absorbensschüttung aus Agglomeraten gebildet wird, so dass eine hohe Absorbtionskapazität des Filtermaterials gewährleistet ist. Weitere Bestandteile der Absorbensschüttung kann u. a. ein Materials zur Vorfilterung von Schwebstoffen in der Luft oder von Spritzfetten sein, welche das Absorbens großflächig verstopfen könnten.
Dabei sind unter Absorbenspartikel alle Materialien zu verstehen, welche eine Filtration von Luft ermöglichen. Allerdings kommen als Absorbenspartikel vorrangig Silikate, Zeolithe, mikroporöse Polymere und/oder Aktivkohle in Betracht, da diese Materialien über genügend feine Porositäten oder Schichtabstände verfügen, um auch gasförmige Bestandteile leicht flüchtiger Substanzen, wie Geruchsstoffe und dergleichen in ihrer Struktur einzulagern. Die Absorbenspartikel können auch aus natürlich vorkommenden Gesteinen, wie Bentoniten gewonnen werden. Bei der Wahl des Absorbens ist jedoch Aktivkohle besonders bevorzugt.
Je nach Porosität der jeweiligen Absorbenspartikel und deren Absorptionsfähigkeit gegenüber verschiedenen Substanzen können die Agglomerate aus einem Gemisch Absorbenspartikel mehrerer verschiedener Materialien gebildet werden, welche sich in ihren Absorptionseigenschaften vorteilhaft ergänzen.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn lediglich ein geringer Teil der Oberfläche der Absorbenspartikel in Kontakt mit dem Bindemittel ist, sodass die restliche Oberfläche der Absorption zur Verfügung steht. Es haftet daher vorteilhaft durchschnittlich weniger als 30% der Oberfläche der Absorbenspartikel, vorzugsweise weniger als 10% der Oberfläche, besonders vorzugsweise 5% der Oberfläche an dem Bindemittel an.
Es ist von Vorteil, wenn in dem Filtermaterial jeweils ein Agglomerat mindestens drei, vorzugsweise 5–15 Absorbenspartikel aufweist, so dass sowohl die Absorptionseigenschaften als auch die Rieselfähigkeit der Schüttung gewährleitet ist.
Es ist zudem von Vorteil, wenn die Agglomerate einen Bindemittelanteil zwischen 1–10%, vorzugsweise zwischen 3–8%, aufweisen. Dies stellt einerseits eine größere Absorptionsoberfläche sicher, andererseits kommt es bei diesem Bereichs zur Ausbildung der Agglomerate in der gewünschten Korngröße, so dass ein weiterer Nachbearbeitungsschritt nicht nötig ist.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials erfolgt zunächst die Zugabe eines Bindemittels zu einem Absorbens. Das Zugabevolumen des Bindemittels richtet sich dabei nach der Menge an verwendetem Absorbenspartikeln. Je nach Anteil an Bindemitteln in der Mischung kommt es in der Folge durch Mischen beider Komponenten zur Ausbildung von verschieden großen Agglomeraten. Um ein partielles Konzentrationsmaxima zu verhindern, kann eine Verteilung des Bindemittels bei der Zugabe erfolgen. Dies kann beispielsweise durch Bewegung der vorgelegten Absorbenspartikel erfolgen oder aber durch Bewegung der Zudosiervorrichtung des Bindemittels, beispielsweise der entsprechenden Düse.
Nach und während der Zugabe des Bindemittels erfolgt ein Mischen des Bindemittels mit dem Absorbens unter Ausbildung der Agglomerate. Dies kann beispielsweise in einer rotierenden Mischtrommel erfolgen, wobei durch die Rotationsgeschwindigkeit die Größenverteilung der Agglomerate variierbar ist. Je nach Anforderung an das Filtermaterial kann somit eine Schüttung aus Agglomeraten mit mehr oder weniger starken Größenunterschieden erfolgen.
Durch den Schritt des Erkalten und Aushärtens kann die Absorbensschüttung auf verfestigt werden und in eine Filterkassetten oder ein ähnliches Behältnis abgefüllt werden.
Es ist dabei von Vorteil, wenn das Bindemittel mit den Absorbenspartikeln lediglich unter Umgebungsdruck vermischt und nicht unter erhöhtem Druck zu einem Formkörper verpresst wird, da dadurch genügend Zwischenräume im Agglomerat zum Überleiten der zu filternden Luft geschaffen werden, ohne dass es zu einem erhöhten Luftwiderstand kommt. Die Bildung der Agglomerate erfolgt somit ohne zusätzliche Druckerhöhung, wodurch sich die Absorbenspartikel lediglich an der Oberfläche des Bindemittels anlagern und nicht von diesem umschlossen werden. Durch die geringe Benetzung der Oberfläche der Absorbenspartikel wird eine große Oberfläche an Absorbens zur Absorption beispielsweise von Gasmolekülen zur Verfügung gestellt.
Falls die Körnung des Filtermaterials im Anschluss an das Aushärten der Mischung für die beabsichtigte Anwendung zu groß ist, kann im Nachgang an den Herstellungsprozess vorteilhafterweise ein Zerkleinern von großkörnigen Agglomeraten erfolgt.
Für andere Verwendungen des Filtermaterials, insbesonders bei einer vorgegebenen Schütthöhe des Materials im Filter, kann ein begrenzter Größenbereich der Körnung der Agglomerate erforderlich sein. Zudem könnten zu kleine Absorbenspartikel den Luftwiderstand erhöhen oder gegebenenfalls aus dem Filtersystem herausrieseln, während zu große Agglomerate die Luft gegebenenfalls nur ungenügend von Geruchsstoffen und dergleichen reinigen. Daher ist es vorteilhaft, wenn im Anschluss an das Aushärten oder Zerkleinern der Agglomerate ein Aussieben nach Agglomeratgröße erfolgt.
Aus Gründen einer effizienten Produktionsweise ist es von Vorteil, wenn kleinere Agglomerate in den Prozess rückgeführt werden. Zudem könnten Absorbentien, aufgrund ihrer geringen Partikelgröße, eine erhöhte Feinstaubbelastung bei der Herstellung des Filtermaterials bewirken. Auch dies wird durch die Rückführung der Absorbenspartikel im Poduktionskreislauf vorteilhaft verhindert.
Um eine besonders feste Verbindung zwischen dem Absorbens und dem Bindemittel zu erhalten, und damit ein mechanisch belastbares Agglomerat, ist es von Vorteil, wenn das Mischen des Absorbens und des Bindemittels bei einer Temperatur T oberhalb des Schmelzpunktes des Bindemittels oder einer Bindemittelkomponente erfolgt.
In der Folge wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, sowie anhand von Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen:
1a einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäß gebildeten Agglomerates;
1b einen schematischen Aufbau eines weiteren erfindungsgemäß gebildeten Agglomerates;
2 eine Darstellung eines erfindungsgemäß gebildeten Agglomerates;
3 eine Darstellung eines weiteren erfindungsgemäß gebildeten Agglomerates; und
4 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Absorbensschüttung.
1a zeigt ein Agglomerat 1 mit einem rundlichen Kern 2 aus einem Bindemittel, insbesondere aus Polypropylen und, daran angelagert, mehrere Absorbenspartikel 3.
Als Bindemittel sind dabei Thermoplaste, wie z. B. Polyester, Polycarbonat, Polyurethan Polyamid besonders geeignet. Daneben können aber auch alle handelsüblichen Thermoplaste, Hotmelts oder Duroplaste verwendet werden, sowie alle Bindemittel, die zu dem Absorbens in einer Mischapparatur zugegeben werden können und durch Aktivierung des Bindemittels fest miteinander verbundene, sperrige Agglomerate aus mehreren Absorbenskörnern ausbilden.
Durch die Anlagerung der Absorbenspartikel 3, bildet sich ein Agglomerat 1 mit unregelmäßig geformter Oberfläche, in Form eines sternförmigen asymmetrischen Polyeders aus.
Dabei ist das Bindemittel inhomogen im Agglomerat 1 verteilt und vermehrt im Zentrum des Agglomerates Z vorzufinden, während die zur Absorption geeigneten Absorbenspartikel 3 vermehrt in den Außenbereichen des Agglomerates 1 auftreten.
Das Agglomerat 1, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch fünf Absorbenspartikel 3 gebildet.
1b zeigt ein länglich ausgeformtes Agglomerat 1', welches einen länglichen Bindemittelkern 2' aufweist, an welchen Absorbenspartikel 3' angelagert sind.
Lager sich, wie in 1a und 1b dargestellt, Absorbenspartikel 1 an das Bindemittel an, so bildet sich eine Oberfläche, welche ein höhere Grenzfläche zur Anlagerung von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen zur Verfügung stellt als beispielsweise zylindrische Formkohle oder andere regulär geformte Festkörper.
2 und 3 zeigen Fotos einzelner Agglomerate. Dabei ist lediglich ein geringer Teil der Oberfläche der Absorbenspartikel mit Bindemittel bedeckt, vorzugsweise weniger als 20%. So steht der Absorption von Partikeln, Gerüchen und dergleichen eine hohe Absorptionsoberfläche zur Verfügung.
In 2 sind fünf Absorbenspartikel über Bindemittel miteinander verbunden. Die sich daraus ergebenden Agglomerate weisen viele hervorstehenden Ecken und Kanten auf, so dass sich bei einer Schüttung aus solchen Agglomeraten eine Vielzahl von Zwischenräumen bildet, an welche ein Gasstrom vorbeigeführt werden kann.
In 3 sind acht Absorbenspartikel durch ein Bindemittel miteinander zu einem länglichen Agglomerat verknüpft. Auch dieses Agglomerat weist eine Vielzahl von Flächen auf, welche an der Außenseite des Agglomerats angeordnet sind und eine Absorption von Gasen und Flüssigkeiten ermöglichen.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Absorbensschüttung, die dicht gepackt ist, so dass ein guter Filtereffekt der Absorbensschüttung erhalten wird, jedoch der Strömungswiderstand für einen Gasstrom verhältnismäßig gering ausfällt. Eine erfindungsgemäße Absorbensschüttung besteht dabei aus einer Vielzahl solcher Agglomerate, welche neben- und/oder übereinander angeordnet sind.
Beispielsweise können einzelne Absorptionspartikel eine Länge von etwa 3,5 mm und eine Breite von 1,5 mm, sowie einen im Wesentlichen zylindrischen Aufbau aufweisen. Das Volumen eines solchen Absorbenspartikels beträgt somit etwa 6,2 mm³ und die Oberfläche beträgt 20,2 mm². Die Summe der Oberflächen von fünf Absorbenspartikel beträgt also 101,0 mm². In einem Agglomerat mit fünf Absorbenskörner sind zwischen 10–30% der Oberflächen der Absorbenspartikel mit Bindemittel bedeckt. Durchschnittlich kann vorzugsweise etwa 15% der Oberflächen der Absorbenspartikel mit Bindemittel bedeckt sein oder die Oberflächen der Absorbenspartikel derart dicht aneinander anliegen, dass sie nicht als Oberfläche des Agglomerates zur Absorption zur Verfügung stehen. Das Gesamtvolumen des Agglomerates beträgt bei Nichtbeachtung des Eigenvolumens des Bindemittels etwa 31 mm³. 85% der Oberflächen der einzelnen Absorbenspartikel bilden die Oberfläche des Agglomerates und stehen zur Absorption zur Verfügung. Die Oberfläche des Agglomerates beträgt somit 85,9 mm². Das Oberflächen zu Volumenverhältnis beträgt 2,77 mm²/mm³.
Ein vergleichbarer zylindrischer Formkörper mit einem Durchmesser von 3,2 mm und einer Höhe von etwa 3,9 mm, stellt bei gleichem Volumen lediglich eine Oberfläche von 54,8 mm² zur Verfügung, also lediglich etwa 64% der Oberfläche eines erfindungsgemäßen Agglomerats. Auch hierbei wurde das Eigenvolumen des Bindemittels nicht in die Berechnung mit einbezogen.
Ein Agglomerat weist somit vorzugsweise eine um mindestens 10%, vorzugsweise um mindestens 30% vergrößerte Oberfläche gegenüber einem zylindrischen oder quaderförmigen Formkörper mit dem gleichen Volumen auf.
Abweichend von dem zuvor aufgeführten. Beispiel können die Absorbenspartikel in ihrer Größe und Form beispielsweise von 0,5 bis 5 mm variieren. Sie weisen vorzugsweise eine Querschnittslänge von 1–2 mm und eine Korngröße von 12–20 mesh auf.
Zudem kann auch Bindemittel in geringerem Umfang eingesetzt werden, so dass beispielsweise 10% der Oberfläche der Absorbenspartikel mit Bindemittel bedeckt sind.
Die Oberfläche eines Agglomerates beträgt mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 85% der Summe der Oberflächen der angelagerten Absorbenspatikel.
Dabei kann die Oberfläche der Agglomerate, um mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% größer sein als die Oberfläche von regelmäßigen Formkörpern, wie beispielsweise Zylinder oder Quaderformen.
Die Schüttdichte der erfindungsgemäßen Absorbensschüttung ist um 10%, vorzugsweise 30%, besonders bevorzugt 50% geringer als eine Schüttung aus Absorbenskörnern.
Hinsichtlich der statistischen Größenverteilung weist die Schüttung der erfindungsgemäßen Agglomerate eine Abweichung der einzelnen Agglomeratsgrößen von durchschnittlich 20–50%, bezogen das Volumen, das Gewicht oder die Oberfläche der einzelnen Agglomerate.
Die Ausdehnung der gebildeten Agglomerate kann derart variieren, dass mindestens 20%, vorzugsweise 40–80% der Agglomerate um mindestens 30%, vorzugsweise um mindestens 50% vom Mittelwert aller Agglomerate der Absorbensschüttung abweichen.
Dem gegenüber weisen regelmäßige Formkörper aufgrund ihres Herstellungsprozesses lediglich eine entsprechende Abweichung um 5–10% auf.
Die erfindungsgemäße Absorbensschüttung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine expandierte Aktivkohleschüttung mit den Agglomeraten einer Mindestausdehnung zwischen 0,125 mm³ und 10 mm³. Die Agglomerate werden hauptsächlich aus Aktivkohlebestandteilen mit einer Körnung von beispielsweise 8 × 30 mesh gebildet. Die Aktivkohlebestandteile bilden mittels eines Bindemittels die Agglomerate, wobei als Bindemittel Polypropylen genutzt wird. Das prozentuale Volumenverhältnis an Polypropylen liegt je nach Einzelagglomerat zwischen 3 und 8%. Das Durchschnittsverhältnis von Polypropylen zu Aktivkohle in der Mischung beträgt, insbesondere zwischen 1:10 und 1:25, beispielsweise 1:20.
Die expandierte Absorbensschüttung bzw. die Agglomerate der mit einem Bindemittel miteinander verbundenen Absorbenskörnern weisen keine feste Struktur auf, wie sie für extrudierte oder gepresste Formkörper typisch sind, wie z. B. bei Formkörperpresslingen und sind, anders als Schaumplatten, als rieselfähige Schüttung ausgebildet
Die Absorbensschüttung ermöglicht die Absorption von gasförmigen als auch von fein verteilten Flüssigkeits- und Feststoffpartikeln. Dabei ist mit der Absorption im Kontext der Anmeldung sowohl die irreversible als auch die reversible Einlagerung von Stoffen in Schichtstrukturen, beispielsweise von Aktivkohle oder Schichtsilikate erfasst.
Dabei tritt bei der erfindungsgemäßen Absorbensschüttung eine erhöhte Luftdurchlässigkeit von mindestens 10, vorzugsweise 20–40%, gegenüber einer Schüttung aus Absorbenspartikeln, ohne die vorherige Bildung von Agglomeraten, auf.
Während der Herstellung der Agglomerate kann es durch unterschiedliche Verteilung oder durch höhere Volumenanteile des Bindemittels zur Bildung größerer Agglomerate bis hin zur Bildung eines dreidimensionalen Netzwerkes kommen.
Es empfiehlt sich, diese Netzwerke und größeren Aggregate in kleinere Bestandteile mit vorbestimmter Größe aufzubrechen.
Ist der prozentuale Anteil an Bindemittel geringer als 3%, so liegt ein Großteil der Absorbensmoleküle ungebunden vor. Die Absorbensmoleküle, welche keine Agglomerate oder Agglomerate kleiner als 0,125 mm³ gebildet haben, können von den restlichen Agglomeraten getrennt und erneut dem Herstellungsprozess zugeführt werden. Hierbei kommt beispielsweise ein Siebverfahren zum Einsatz.
Das eingesetzte Bindemittel beschränkt sich nicht auf Polypropylen sondern es können auch Thermoplasten wie z. B. Polyolefine oder Hotmelts eingesetzt werden, aber auch jede andere handelsübliche Thermoplaste, Duroplaste oder andere Bindemittel, welche durch Zugabe zum Absorbens mit demselben vermischbar sind und durch Aktivierung des Bindemittels Agglomerate aus mehreren Absorbensmolekülen bilden.
Eine Aktivierung des Bindemittels kann beispielsweise durch thermisches Aushärten, Schmelzen, Eintrocknen oder durch chemische Vernetzung erfolgen.
Als Absorbentien bevorzugt sind Silikate, Zeolite und/oder Aktivkohlepartikel. Sie können zusätzlich mit anderen Substanzen modifiziert werden, um besondere Absorptions- und Adsorptionseigenschaften zu erhalten.
Das Bindemittel kann neben einer sphärischen auch eine fadenförmige oder netzförmige rieselfähige Struktur aufweisen oder ausbilden. Da die Absorbenspartikel an dem Bindemittel anhaften, können die Agglomerate ebenfalls eine Fadenform in einer übergeordneten Strukturebene annehmen, wobei ebenfalls entlang des Längsbereiches des Fadens Mikrokrater und dergleichen auftreten.
Da es bei fadenförmigen Strukturen ab einer gewissen Länge zu Verhakungen kommen kann, welche die Verarbeitung und insbesondere Dosierung erschweren, können die fadenförmigen Strukturen durch geeignete Verfahren auf eine Länge gekürzt werden, die gut rieselfähig und somit verarbeitbar und in entsprechende Filtergehäuse dosierbar ist.
Die Agglomerate, aus mit einem Bindemittel verbundenen Absorbenskörnern, weisen eine Rieselfähigkeit auf, die gemäß DIN EN ISO 6186 oder DIN ISO 4324 bestimmbar ist.
In der Norm DIN EN ISO 6186 werden zwei Verfahren zur Messung der Rieselfähigkeit von Kunststoffgranulaten beschrieben. Bei beiden kommen Prüftrichter mit verschiedenen Auslauföffnungen, sowie eine Stoppuhr und eine Waage zum Einsatz. Für die Messung werden 150 g einer Probe in den unten verschlossenen Trichter geschüttet. Der Verschluss wird geöffnet und gleichzeitig die Stoppuhr gestartet. Sobald der Trichter in dem ersten Verfahren leer ist, wird die Stoppuhr angehalten und die Rieselzeit abgelesen. In einem zweiten Verfahren wird eine Mehrfachmessung durchgeführt und der Mittelwert der gemessenen Zeiten berechnet.
Vorzugsweise beträgt die Mindestrieselfähigkeit bzw. die Rieselzeit in der 150 g der Schüttung einen Lochdurchmesser von 100 mm passieren weniger als 60 sec.
Besonders bevorzugt beträgt die Mindestrieselfähigkeit bzw. die Rieselzeit in der 150 g der Schüttung einen Lochdurchmesser von 50 mm passieren weniger als 60 sec.
Durch die Agglomeration von Teilchen, ohne zusätzliches Verpressen unter Druck, wird auch bei einem fadenförmigen Ausführungsbeispiel eine große Oberfläche für die Absorption zur Verfügung gestellt, jedoch gleichzeitig nur ein Luftwiderstand gebildet.
Zudem können die Absorbenspartikel der Agglomerate zusätzlich mit Substanzen zur Verleihung von Absorptions- und Adsorptionseigenschaften zumindest abschnittsweise beschichtet sein.
Die Herstellung der Agglomerate erfolgt beispielsweise durch Zugabe einer vorbestimmten Menge von geschmolzenem Polypropylen zur Aktivkohle einer Körnung 8 × 30 mesh in einer rotierenden Trommel. Durch Einstellung der Umdrehungszahl wird eine Durchmischung ermöglicht, welche zu einer Agglomeration von Absorbensmolekülen durch das Bindemittel führt. Die Zugabe des Polypropylens erfolgt dabei als Schmelzefaden. Weitere Faktoren, welche die Größe der Agglomerate beeinflussen, sind unter anderem die Zugabegeschwindigkeit an Polypropylen und die Fadengröße. Diese ist im Ausführungsbeispiel durch eine Düse auf einen Durchmesser von 0,8 mm festgelegt. Je nach Anforderung an das Filtermaterial erfolgt die Größeneinstellung der Agglomerate nach dem Aushärten des Bindemittels durch zusätzliche Bearbeitungsschritte, so z. B. dem Zerkleinern größerer Agglomerate und entsprechend anschließenden Siebverfahren.
Nach den beschriebenen Herstellungsverfahren können beispielsweise Agglomerate mit einem Verhältnis Oberfläche/Volumen von beispielsweise 12 mm^–1 oder mehr hergestellt werden.
Dabei ist es möglich, zunächst ein Absorbens und ein Bindemittelpulver zu mischen und anschließend bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Bindemittels zu tempern, so dass ein Verkleben der Absorbenskörner durch Schmelzen des Bindemittels erfolgt. Dadurch wird das Bindemittel homogen mit den Absorbenskörnern vermischt, sodass sich besonders feste Agglomerate ausbilden. Zugleich kann die eingesetzte Menge an Bindemittel reduziert werden, was eine zusätzliche Verbesserung der Absorptionseigenschaften der Agglomerate und der Absorbensschüttung bewirkt.
Weiterhin ist es auch möglich, Absorbens und Bindefasern wie Polypropylen/Polyethylen-Bicomponentenfasern mit einem höherschmelzenden Polypropylen-Kern und niedrigschmelzendem PE-Mantel zu mischen und bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des niedrigschmelzenden Polyethylen Mantels zu tempern, so dass ein Verkleben der Absorbenskörner erfolgt.
Die Herstellung des Filtermaterials kann vorteilhaft erfolgen, indem das Bindemittel als eine Faser durch Extrusion ausgebildet wird. Das hierbei entstandene Material hat dabei Vorteile bei der Weiterverarbeitung gegenüber einer starren Anordnung, da die Faser biegsam ist und mehrere Fasern miteinander verflochten werden können oder innerhalb eines Staubsaugerfilterbeutels derart angeordnet sein können, dass die Schüttung nicht aus der Öffnung des Filterbeutels herausrieselt.
Die Verwendung der expandierte Absorbensschüttung als Geruchs- oder Absorptionsfilter in einer Filteranlage kann erfolgen, indem man das Filtermaterial als Schüttung in einem geeigneten Behältnis oder Rahmen, welche von dem zu reinigenden flüssigen oder Gasförmigen Medium durchströmt werden, anordnet.
Eine derartige Filteranlage, welche eine expandierte Absorbensschüttung als Filtermaterial aufweist, kann speziell als Geruchsfilter in der Raum- und Klimatechnik eingesetzt werden, sowie bei Dunstabzugshauben, Staubsaugergeräten, insbesondere in Staubsaugerbeuteln und als Kabineninnenraumfilter.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4677086 [0003]
DE 3719415 A1 [0004]
DE 2502096 [0005]
EP 0492081 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6186 [0069]
DIN ISO 4324 [0069]
Norm DIN EN ISO 6186 [0070]

Claims

Filtermaterial, insbesondere für Geruchs- und Schadstofffilter, aus einer expandierten Absorbensschüttung, wobei die Absorbensschüttung Agglomerate (1) umfasst, welche überwiegend aus Absorbenspartikeln (3) gebildet sind, welche mit einem Bindemittel (2) verklebt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines Agglomerats (1) mindestens 50% der Summe der Oberflächen der angelagerten Absorbenspartikel (3) beträgt.
Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Agglomerate (1) ein Volumen von mindestens 0,125 mm³, vorzugsweise von mindestens 2 mm³ aufweisen.
Filtermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbensschüttung zu mindestens 85 Volumenprozenten Agglomerate (1) umfasst.
Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbenspartikel (3) Silikate, Zeolite, mikroporöse Polymere und/oder Aktivkohle und Mischungen daraus sind.
Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Agglomerate (1) eine Mindestausdehnung von 0.5 × 0.5 × 0.5 mm (Länge × Höhe × Breite), insbesondere eine Mindestausdehnung von 2 × 1 × 1 mm (Länge × Höhe × Breite) aufweisen.
Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durchschnittlich weniger als 30% der Oberfläche der Absorbenspartikel (3), vorzugsweise weniger als 10% der Oberfläche an dem Bindemittel (2) anhaften.
Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Agglomerat (1) mindestens drei, vorzugsweise 5–15 Absorbenspartikel (3) aufweisen.
Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Agglomerat (1) einen Bindemittelanteil zwischen 1–10 Volumenprozent, vorzugsweise zwischen 3–8 Volumenprozent, aufweist.
Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorbensschüttung eine Rieselfähigkeit aufweist, wobei die Rieselzeit, nach DIN EN ISO 6186 oder DIN ISO 4324, bei 150 g einer Probe und einem Lochdurchmesser von 100 mm weniger als 60 Sekunden beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Zugeben eines Bindemittels (2) zu mindestens einem Absorbensmaterial aus Absorbenspartikeln (3). b) Mischen des Bindemittels (2) mit dem Absorbensmaterial (3) unter Ausbildung von Agglomeraten (1), und c) Aushärten der Agglomerate (1).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a)–c) im Wesentlichen bei Umgebungsdruck durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das Aushärten der Agglomerate (1) ein Zerkleinern der Agglomerate (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das Aushärten oder Zerkleinern der Agglomerate (1) ein Aussieben nach Agglomeratgröße erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kleinere Agglomerate (1) in den Prozess rückgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen des mindestens einen Absorbensmaterials und des Bindemittels (2) bei einer Temperatur T oberhalb des Schmelzpunktes des Bindemittels (2) oder einer Bindemittelkomponente erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (2) unter Druck aus einer oder mehreren Düsen extrudiert wird und um einen Bindemittelaustritt herum oder seitlich davon wenigstens durch Zuführen eines Luftstroms verstreckt oder versprüht wird.