DE10209667B4

DE10209667B4 - Verfahren zur Oberflächenmodifizierung textiler Filtermedien durch Sol-Gel-Behandlung

Info

Publication number: DE10209667B4
Application number: DE2002109667
Authority: DE
Inventors: Elke Schmalz; Rolf Hübner; Sigrid Benfer; Gerhard Tomardl; Sabine Böhm
Original assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Current assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: DE10209667A1

Abstract

Verfahren zur Oberflächenmodifizierung textiler Filtermedien, bei dem 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, wobei vor, vor und nach oder nur nach dem Auftrag des Sols eine Plasmabehandlung durchgeführt wird.

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 den pyrolytischen Abbau der zur Filtration eingesetzten Faserstoffe im Deuergebrauch nicht.

Bekannt ist auch die Ausrüstung der Faseroberflächen mit PTFE-Membranen oder -Schäumen. Diese sind jedoch kostenintensiv und belasten die Umwelt.

Aus der DE 36 23 786 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Rußfiltern unter Verwendung von Filz, Matten oder ähnlichen Filterelementen bekannt, die aus losen, temperaturbeständigen Fasern aufgebaut sind. Um die losen Fasern zu verfestigen und zu verbessern, wird das aus Fasern bestehende Filterelement im CVD-Verfahren und durch Abscheidung amorpher Produkte aus flüssiger Phase mit einem ebenfalls temperaturbeständigen Material beschichtet, um die Fasern an ihren Kreuzungspunkten miteinander zu verbinden. Das beschriebene Verfahren dient somit ausschließlich der Verbindung der Fasern untereinander, wobei diese Verbindung auf die Kreuzungspunkte von Fasern beschränkt ist.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Eigenschaften textiler Filtermedien so verbessert werden können, dass ihr Einsatz unter Beibehaltung aller textilphysikalischen Fasereigenschaften in einem Temperaturbereich von 150 °C bis 400 °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 Sul- 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 Verbesserung der Aufnahmefähigkeit für die Beschichtung (Sol) werden die textilen Filtermedien einer Plasmaaktivierung unterzogen. Die Plasmabehandlung kann sowohl vor, vor und nach oder nur nach der Applikation des Sols erfolgen.

Durch die Sol-Gel-Beschichtung in Verbindung mit einer nachträglichen Plasmabehandlung lassen sich Verbesserungen hinsichtlich der Oberflächen-eigenschaften (Temperatur-, Flammbeständigkeit, hydrophobes Verhalten) der textilen Filtermedien erzielen.

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 Temper-/Fixierprozess lässt sich auf üblichen Trocken- bzw. Fixiereinrichtungen durchführen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen für Oberflächenfiltermedien näher erläutert.
1. 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 Filtermedien 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 vor Trocknen.
2. Ausführungsbeispiel: Plasmaunterstützte Sol-Gel-Beschichtung mit Trocknung und Tempern
Zur Bildung einer Oxidschicht auf textilen Filtermedien 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.
Vor dem Aufbringen des Sols werden die textilen Filtermedien einer Plasmaaktivierung unterzogen, mit der die Aufnahmebereitschaft für die Beschichtung erhöht wird. Die Plasmabehandlung erfolgt analog Ausführungsbeispiel 1.
Das Applizieren der vorbereiteten Solen auf die textilen Filtermedien erfolgt durch Imprägnieren, Pflatschen oder Sprühen. Behandelt werden die textilen Filtermedien 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 textilen Filtermedien erfolgt mit einem geeigneten Trockner in Abhängigkeit von der Auftragsmenge und den textil-physikalischen Parametern der Flächengebilde z. B. bei 300 °C während 5 min.
Auf die Sol-/Oxidauflagemenge wirken sich der Abquetschdruck nach dem Solauftrag und der Feuchtegehalt der textilen Filtermedien aus.

Claims

Verfahren zur Oberflächenmodifizierung textiler Filtermedien, bei dem 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, wobei vor, vor und nach oder nur nach dem Auftrag des Sols eine Plasmabehandlung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass kolloidale oder polymere Sole auf der Basis von Ti, Zr, Al, Si oder aus Gemischen dieser Stoffe verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sol durch Imprägnieren, Pflatschen, Sprühen etc. aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Filtermedium vor dem Auftragen des Sols einer Plasmaaktivierung und -reinigung unterzogen und der Prozeß mittels atmosphärischer oder vakuumgestützter Plasmabehandlung erfolgen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Filtermedium mit den aufgebrachten Solen durch eine nachträgliche thermische Behandlung getrocknet und anschließend durch Tempern oder Plasmanachbehandlung ausgehärtet wird, wobei atmosphärische oder vakuumgestützte Plasmabehandlung Anwendung finden kann.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen, das Tempern oder die Plasmanachbehandlung im Bereich von 150 °C bis 300 °C erfolgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Temperaturbehandlung organische Bestandteile aus der Beschichtung entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als textiles Filtermedium ein Vliesstoff oder Verbundtextil verwendet wird.
Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche für andere technische Textilien.