DE10209667A1

DE10209667A1 - Verfahren zur Oberflächenmodifizierung textiler Filtermedien durch Sol-Gel-Behandlung

Info

Publication number: DE10209667A1
Application number: DE2002109667
Authority: DE
Inventors: Elke Schmalz; Rolf Huebner; Sigrid Benfer; Gerhard Tomardl; Sabine Boehm
Original assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Current assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: DE10209667B4

Abstract

Mit den bekannten Produkten der klassischen Textilveredelung, mit Hilfe derer geeignete Textilhilfsmittel oder Chemikalien auf textile Gebilde nach verschiedenen Methoden appliziert werden, war es bisher nicht möglich, Anforderungen im Temperaturbereich zwischen 150 und 300 DEG C zu entsprechen. Aufgabe der Erfindung war, die Oberfläche geeigneter Faserstoffe so zu modifizieren, dass unter Erhaltung aller sonstigen Fasereigenschaften ihr Einsatz in dem genannten Temperaturbereich möglich wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Umhüllung der Fasern mit einer dünnen Schicht kolloidaler oder polymerer Sole auf Basis von Ti, Zr, Al, Si oder aus Gemischen dieser Stoffe nach dem Sol-Gel-Verfahren gelöst. Der Auftrag des Sols erfolgt nach in der Textilveredlung üblichen Verfahren wie Klotzen, Imprägnieren, Pflatschen, Sprühen usw. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen vor allem darin begründet, dass sich eine mechanisch genügend feste Schicht herausbildet, die zur einer Erhöhung der Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, des Flammschutzes sowie der Abscheideleistung und des Abreinigungsverhaltens führt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenveränderung textiler Filtermedien zur Erhöhung der Temperatur- und Flammbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und des Abscheide- und Abreinigungsverhaltens. Faserstoffe aus textilen Polymeren sind aufgrund ihrer Eigenschaften, wie geringe Masse, große Oberfläche im Verbund und einfacher Verfügbarkeit zum Einsatz als Filtermedium hervorragend geeignet. Sie haben aber in der Regel eine begrenzte Beständigkeit gegenüber thermischer und/oder mechanischer Belastung.
Mit den bekannten Produkten der klassischen Textilveredlung, mit Hilfe derer geeignete Textilhilfsmittel oder Chemikalien auf textile Gebilde nach verschiedenen Methoden appliziert werden, war es bisher nicht möglich, Anforderungen im Temperaturbereich zwischen 150 und 300°C zu entsprechen. Lediglich Ausrüstungen zur Flammenhemmung verringern zwar die Entzündungsgefahr, mindern aber oft die mechanische Festigkeit der Faserstoffe, sie verhindern auch nicht einen pyrolytischen Abbau der zur Filtration eingesetzten Faserstoffe im Dauergebrauch.
Bekannt ist auch die Ausrüstung der Faseroberflächen mit PTFE-Membranen oder -Schäumen. Diese sind jedoch kostenintensiv und belasten die Umwelt.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Eigenschaften textiler Filtermedien so verbessert werden können, dass ihr Einsatz unter Beibehaltung aller textil- physikalischen Fasereigenschaften in einem Temperaturbereich von 150°C bis 300°C möglich ist und damit eine Erhöhung der Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, des Flammschutzes sowie der Abscheideleistung und des Abreinigungsverhalten erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 beschriebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Als Möglichkeit bietet sich die Umhüllung der Fasern mit einer dünnen Schicht kolloidaler oder polymerer Sole auf Basis von Ti, Zr, Al, Si, oder aus Gemischen dieser Stoffe nach dem Sol-Gel-Verfahren. Für die flüssige Phase werden dabei zur besseren Benetzung der Faseroberflächen organische Lösungsmittel wie Ethanol oder Isopropanol verwendet. Dabei werden Proben mit einem Sol behandelt, bei Raumtemperatur getrocknet und anschließend getempert. Diese Behandlung bei hoher Temperatur ist erforderlich, um die flüchtigen Bestandteile des Sols auszutreiben. Bei ausreichender thermischer Behandlung entsteht aus dem Sol eine feste keramische Schicht, die je nach dem verwendeten Sol beispielsweise aus TiO₂, ZrO₂, SiO₂ bzw. aus Gemischen von SiO₂-TiO₂ oder SiO₂-Al₂O₂ bestehen kann.
Zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften der Beschichtung können die Filtermedien vor und/oder nach der Sol-Gel-Behandlung einer Plasmaaktivierung, die sich auf die Schichten positiv hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit auswirkt, unterzogen werden.
Die Vorteile dieses Verfahrens liegen vor allem darin begründet, dass sich eine mechanisch genügend feste Schicht herausbildet. Die Luftdurchlässigkeit textiler Filtermedien wird dabei nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt. Die weiteren textil-physikalischen Eigenschaften können positiv beeinflusst werden. Der Auftrag des Sols erfolgt nach in der Textilveredlung üblichen Verfahren wie Klotzen, Imprägnieren, Pflatschen, Sprühen usw. Der zum Austreiben des Sols und zur Aushärtung der Schicht notwendige Temperprozess lässt sich auf üblichen Trocken- bzw. Fixiereinrichtungen durchführen.
Durch eine zusätzliche Plasmabehandlung lassen sich weitere Verbesserungen hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften erzielen. Diese Behandlung kann sowohl vor, vor und nach oder nur nach der Applikation des Sols erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele für Oberflächenfiltermedien näher erläutert.

1. Ausführungsbeispiel

Sol-Gel-Beschichtung mit Trocknung durch Tempern

Zur Bildung einer Oxidschicht auf textilen Flächengebilden werden Solmischungen auf Basis von Ti, Zr, Al, Si etc. hergestellt. Möglich sind z. B. folgende Mischungszusammensetzungen:
Für den Ansatz werden die Chemikalien (1) und (2) zusammengefügt und 20 min gerührt. Anschließend werden (3) und (4) gemischt und unter Rühren zur Mischung aus (1) und (2) zugegossen.
Das Aufbringen der vorbereiteten Solen auf die textilen Flächengebilde erfolgt durch Imprägnieren, Pflatschen oder Sprühen. Behandelt werden die textilen Flächengebilde im trockenen Zustand, mit Isopropanol benetzt oder im feuchten Zustand.
Zum Imprägnieren wurden die Proben in einer Wanne mit Sol getränkt und anschließend an einem Walzenpaar bzw. Foulard abgequetscht.
Das Pflatschen erfolgt ebenfalls mittels eines Foulards. Dazu wird eine Walze des Foulards mit einem Textil ummantelt und mit dem Sol getränkt. Von dieser Walze wird die Flüssigkeit einseitig auf das durch den Foulard laufende textile Flächengebilde übertragen.
Besprüht wird eine Oberfläche der textilen Flächengebilde kontaktlos mittels einer Industriesprühanlage.
Das Tempern der Textilien erfolgt mit einem geeigneten Trockner in Abhängigkeit von der Auftragsmenge und den textil-physikalischen Parametern der Flächengebilde z. B. bei 220°C während 5 min.
Auf die Sol-/Oxidauflagemenge wirken sich der Abquetschdruck nach dem Solauftrag und der Feuchtegehalt der textilen Flächengebilde aus.

2. Ausführungsbeispiel

Plasmaunterstützte Sol-Gel-Beschichtung

Für eine plasmaunterstützte Sol-Gel-Beschichtung werden Solmischungen folgender Zusammensetzung hergestellt: SiO₂ in Ethanol, SiO₂-TiO₂ oder SiO₂-Al₂O₃.
Das Aufbringen der vorbereiteten Solen auf die textilen Flächengebilde erfolgt durch Sprühen.
Die plasmaunterstützte Sol-Gel-Beschichtung ist mit unterschiedlichen Prozessschritten ausführbar z. B.

- Sprühen, Trockenen, Plasmanachbehandeln
- Plasmaaktivieren, sprühen, Trocknen
- Plasmaaktivieren, Sprühen, Trocknen, Plasmanachbehandeln

Die Plasmabehandlung kann dabei als atmosphärische Behandlung (Koronabehandlung) unter Normaldruck oder als Vakuumplasmabehandlung im Unterdruckbereich von 0,2 bis 2,0 mbar durchgeführt werden. Die Behandlungstemperaturen liegen bei Raumtemperatur bis maximal 50°C.
Die Auftragsmenge ist abhängig von den Prozessdaten. Für Filtermedien liegt sie im Bereich von 30-200 g/m².

Claims

1. Verfahren zur Oberflächenmodifizierung textiler Filtermedien, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Sol-Gel-Behandlung unter Verwendung kolloidaler oder polymerer Sole eine Schicht auf die textilen Filtermedien aufgetragen wird, welche zu einer erhöhten Temperatur-, Flammbeständigkeit und Verschleissfestigkeit der textilen Filtermedien führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass kolloidale oder polymere Sole auf der Basis von Ti, Zr, Al, Si, . . . verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass kolloidale oder polymere Sole verwendet werden, die gleichzeitig mehrere der in Anspruch 2 aufgeführten Metallionen enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sole durch Plasmapolymerisation, Imprägnieren, Pflatschen, Sprühen etc. aufgetragen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine nachträgliche Temperaturbehandlung die aufgetragenen Sole getrocknet und verfestigt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbehandlung im Bereich von 150 bis 300°C stattfindet.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Temperaturbehandlung organische Bestandteile aus den Solen entfernt werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Temperaturbehandlung eine oxidähnliche Oberflächenschicht gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor, vor und nach oder nur nach dem Auftrag der Sole eine Plasmabehandlung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem textilen Filtermaterial um Vliesstoffe oder Verbundtextilen handelt.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Beschichtung eine erhöhte Temperaturbeständigkeit der textilen Filtermedien erreicht wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Beschichtung eine erhöhte Flammbeständigkeit der textilen Filtermedien erreicht wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Beschichtung eine erhöhte Verschleißfestigkeit der textilen Filtermedien erreicht wird.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch die Beschichtung die Luftdurchlässigkeit der textilen Filtermedien nur unwesentlich verändert.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Beschichtung das Abscheide- und Abreinigungsverhalten der textilen Filtermedien verbessert wird.