DE19647236A1 - Geschichtete Gasfiltermedien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft geschichtete Gasfiltermedien aus Klebstoff und Adsorbenspartikeln.

Es ist seit langem bekannt, körnige Adsorbensmaterialien für die Gasfiltration zu verwenden. Hierfür werden in einem Gehäuse Adsorbensmaterialien als sogenannte Schüttbettfilter eingesetzt.

Ein Nachteil dieser Schüttbettfilter besteht darin, daß eine dichte Packung der Adsorbenspartikel vorliegt, die bei der Durchströmung mit Gas zu einem vergleichsweise hohen Druckabfall führt, und zwar insbesondere, wenn feingekörntes Adsorbensmaterial eingesetzt wird. Ein zusätzlicher Nachteil von Schüttbettfiltern ergibt sich durch die Gebundenheit an die aus fertigungstechnischen Gründen vorgegebene Geometrie des Filtergehäuses, die meistens einfachen geometrischen Formen wie Zylindern oder Quadern nachgebildet ist. Zur Umgehung der Nachteile von Schüttbettfiltern ist es daher wünschenswert, einerseits die Packungsdichte der Adsorbenspackung nach Bedarf einstellen zu können und andererseits eine Struktur des Gasfiltermediums zu erzeugen, die flexibel an unterschiedliche Geometrien entsprechend dem Verwendungszweck- oder ort angepaßt werden kann. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, durch Vermischung von Adsorbenspartikeln mit Klebstoff sowie durch anschließende Temperatureinwirkung und nachfolgende Formgebung geformte Adsorbensstrukturen zu bilden. Der Nachteil derartiger Strukturen ist, daß ihre Packungsdichte noch relativ hoch ist und der von Schüttbettfiltern recht nahe kommt, so daß die hiermit verbundenen Druckverluste für manche Anwendungen zu hoch liegen. Um andererseits Filterstrukturen mit besonders niedrigen Druckverlusten zu erhalten, ist vorgeschlagen worden, Trägerstrukturen, die einen nur geringen Luftwiderstand aufweisen, mit Hilfe geeigneter Klebstoffe mit Adsorbenspartikeln auszurüsten. Die hierbei erhaltenen Adsorbensstrukturen weisen den Nachteil auf, daß sie neben den unverzichtbaren Bestandteilen Adsorbenspartikel und Kleber noch die Trägerstruktur beinhalten, was aus Kostengründen unerwünscht und für die Gesamteffizienz des Filtermaterials nachteilig ist.

So ist eine geschichtete Filtermatte für Küchendunsthauben aus der EP 00 69 323 A1 bekanntgeworden. Dabei wird eine körnige Filtermittelschicht aus Aktivkohle oder dergleichen zwischen poröse und flexible Deckbahnen, vorzugsweise Faservliese, eingebracht und mittels eines Klebstoffes mit den Deckbahnen verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verzicht auf ein zusätzliches Träger- oder Deckmaterial Gasfiltermedien vorzuschlagen, die nur aus einem Klebstoff und Adsorbenspartikeln bestehen und über das zugehörige Herstellungsverfahren über eine wirksame Möglichkeit verfügen, um niedrigere oder höhere Packungsdichten und demgemäß niedrigere oder höhere Druckabfälle des Filtermaterials einzustellen.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Ansprüche 2 bis 5 beziehen sich auf vorteilhafte Ausbildungen des Gasfiltermediums nach Anspruch 1. Anspruch 6 gibt ein Verfahren zum Herstellen von geschichteten Gasfiltermedien nach den vorhergehenden Ansprüchen an und die Ansprüche 7 bis 9 Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 6. Schließlich gibt Anspruch 10 die bevorzugten Verwendungen des erfindungsgemäßen Gasfiltermediums an. Der wesentliche Vorteil der Erfindung in Bezug auf Kosten, Handhabbarkeit und Variabilität für die Einstellung von Packungsdichte und Druckabfall ergibt sich daraus, daß das erfindungsgemäße Gasfiltermedium aus nur zwei Grundbestandteilen ohne Trägermaterialien besteht, und daß das zugehörige Herstellungsverfahren über einfache und wirkungsvolle Mittel zur gezielten Einstellung von Packungsdichte und Druckabfall verfügt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben:
Über eine Verdüsungseinrichtung (Düsenöffnung 0,2 bis 1,0 mm, insbesondere 0,3 bis 0,6 mm) wird ein aufgeschmolzener thermoplastischer Klebstoff auf Polypropylenbasis auf eine ebene Unterlage in Form eines mit Silikonpapier belegten Förderbandes gesprüht. Geeignete thermoplastische Klebstoffe gemäß Erfindung basieren auf Polyolefinen, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen, sind lösemittelfrei, haben eine Erweichungstemperatur von 120 bis 180°C, einen Flammpunkt nach DIN 51758 von über 200°C und eine Zündtemperatur von über 250°C. Die Offenzeit beträgt 10 bis 60 Sekunden. Während des Verdüsungsvorganges wird die Unterlage mit dem Silikonpapier relativ zur Verdüsungseinrichtung bewegt, so daß die Unterlage in einstellbarer Breite mit dem thermoplastischen Klebstoff flächig und netzartig belegt wird. In einem unmittelbar anschließenden Herstellungsschritt werden Adsorbenspartikel über eine Dosiervorrichtung auf die mit noch klebrigem thermoplastischen Klebstoff belegte Unterlage gegeben, so daß sie am Klebstoff haften bleiben. Als geeignete Dosiervorrichtung hat sich eine Rieselstrecke, bestehend aus senkrecht zur Unterlage angeordneten Fallrohren mit zwei bis sechs eingebauten Schikanen, erwiesen. Als Schikane dienen dabei netzartige aufgebaute Siebe oder Stifte, die das Rieselgut gleichmäßig verteilen, so daß eine möglichst gleichförmige Belegung der Unterlage mit dem Klebstoff erreicht wird. Je nach Art und Körnung des Rieselgutes, also der Adsorbenspartikel, werden Maschenweiten bzw. Stiftabstände im Bereich von 1 bis 4 mm gewählt. Durch Wiederholung der Verfahrensschritte Klebstoff-Verdüsung und Dosierung von Adsorbenspartikeln läßt sich ein geschichteter, sandwichförmiger Aufbau erzielen, wobei neben der Anzahl Lagen/Schichten auch die Zusammensetzung der einzelnen Adsorbensschichten mit unterschiedlichen Materialien und Spezifikationen gemäß dem Verwendungszweck ausgelegt werden kann. Der Klebstoffanteil liegt je nach Material und Ausführungsform zwischen 2 und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 3 und 12 Gew.-%, bezogen auf das Gasfiltermedium.

Im Falle des bevorzugten Einsatzes von Aktivkohle mit einer 10 × 25 Mesh- Körnung werden bei vollflächiger Belegung der Thermoplaststruktur mit Adsorbenspartikeln und bei einem Aufbau mit neun Schichten 15 mm hohe Strukturen erhalten, die eine Aktivkohledichte von 350 ± 25 g/l aufweisen und bei einer Luft-Anströmgeschwindigkeit von 10 cm/s einen Druckverlust von 40 ± 15 Pa zeigen. Der Klebstoffanteil liegt hierbei bei 5 £m 1 Gew.-%, bezogen auf das Gasfiltermedium.

Ein weiterer Verfahrensschritt gemäß Erfindung beruht darauf, die geschichteten Filtermedien, solange sich der thermoplastische Klebstoff noch im offenen Zustand befindet, durch Walzen- oder Preßeinrichtungen mit Druck in Richtung senkrecht zum Schichtaufbau zu beaufschlagen, um einstellbare Strukturen mit höherer Packungsdichte und höherem Druckverlust herzustellen. Versuche haben ergeben, daß Drucke von bis zu 10 N/cm² auf die Filtermedien ausgeübt werden können. Auf diese Weise hergestellte Filtermedien sind recht kompakt, weisen aber noch genügend Elastizität auf, um in gewölbte Formationen, je nach Einbauort und Verwendungszweck des Filters, eingebracht werden zu können. Für derartige verdichtete Filtermedien gemäß Erfindung ergeben sich Aktivkohledichten von 450 £m 20 g/l und Druckverluste von 230 + 100 Pa bzw. 230-70 Pa bei einer Luft-Anströmgeschwindigkeit von 10 cm/s. Ergänzend oder alternativ lassen sich durch Erhöhung der Relativgeschwindigkeit zwischen Dosiereinrichtung und Unterlage sowie durch Verringerung der pro Zeiteinheit dosierten Menge an Adsorbenspartikeln Filtermaterialbahnen mit in der Fläche vereinzelten Adsorbenspartikeln erzeugen, die für Anwendungen mit besonders hohen Anforderungen an den Druckverlust geeignet sind. Materialbahnen dieser Art zeichnen sich durch eine geringere Packungsdichte aus. So führt beispielsweise eine Verdoppelung der Relativgeschwindigkeit zwischen Dosiervorrichtung und Unterlage zu Produkten, die etwa 250 ± 30 g/l Aktivkohle als Adsorbensmaterial enthalten. Diese weisen bei einer Anströmgeschwindigkeit von 10 cm/s Luft einen Druckverlust von 8 ± 4 Pa auf. Der Klebstoffanteil liegt hierbei bei 9 ± 1 Gew.-%, bezogen auf das Gasfiltermedium. Durch entsprechende Einstellung der Relativgeschwindigkeit bzw. der Dosierung lassen sich auch alle Zwischenzustände der angegebenen Werte realisieren. Die in einem Produktionsdurchlauf erzielte Anzahl der Schichten einer Materialbahn läßt sich durch Anordnung von mehreren Bahnen übereinander nach Bedarf vervielfachen. Als geeignete Verwendungsmöglichkeiten sind beispielsweise der Einsatz zur Gasadsorption in Raumluftfiltern oder in Filtern für den individuellen, persönlichen Atemschutz zu nennen.

Durch Kombination mit Gewebe- oder Vliesbahnen lassen sich die erfindungsgemäßen Gasfiltermaterialien mit Adsorberstrukturen zu kombinierten Gas-/Partikelfiltermedien weiterverarbeiten.

Ein Anwendungsbereich für ein derart kombiniertes Filtermaterial ist beispielsweise in Lüftungsfiltern für Fahrzeuge zu sehen, um sowohl Gase als auch Partikel aus der einströmenden Umgebungsluft zu retinieren.

Claims (10)

1. Geschichtete Gasfiltermedien, bestehend aus Klebstoff und Adsorbenspartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfiltermedien aus mindestens je einer netzartigen, flächigen Lage eines thermoplastischen Klebstoffes mit mindestens einer auf die Klebstofflage aufgestreuten und daran fixierten Schicht aus Adsorbenspartikeln bestehen.

2. Geschichtete Gasfiltermedien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie maximal 50 Schichten aus Adsorbenspartikeln oder Lagen aus Klebstoff aufweisen und daß die Größe der Adsorbenspartikel 0,05 bis 3 mm beträgt.

3. Geschichtete Gasfiltermedien nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Klebstoff lösemittelfrei ist und auf Polyolefinbasis, insbesondere auf Basis von Polypropylen oder Polyethylen, hergestellt ist.

4. Geschichtete Gasfiltermedien nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorbenspartikel aus Aktivkohle, Hopkalit, Aluminiumoxid, Silicagel, Zeolith oder hydrophoben Molekularsieben bestehen.

5. Geschichtete Gasfiltermedien nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht aus Adsorbenspartikeln aus unterschiedlichen Materialien und/oder aus unterschiedlichen Korngrößenfraktionen besteht.

6. Verfahren zum Herstellen von geschichteten Gasfiltermedien nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Klebstoff mit einer Verdüsungseinrichtung auf eine relativ zur Verdüsungseinrichtung bewegte Unterlage gesprüht wird und daß die derart gebildete netzartige Lage aus klebrigem Klebstoff unmittelbar anschließend mit einer aus einer Dosiervorrichtung aufgebrachten Schicht aus Adsorbenspartikeln belegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch mehrfache Wiederholung der Verfahrensschritte Klebstoff-Verdüsung und Dosierung von Adsorbenspartikeln mehrschichtige Gasfiltermedien erzeugt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geschichteten Gasfiltermedien in einem weiteren Bearbeitungsschritt mit Druck mittels einstellbarer Walz- oder Preßeinrichtungen beaufschlagt werden, um die Packungsdichte der hergestellten Gasfiltermedien zu erhöhen, wobei die Druckbeaufschlagung innerhalb der Offenzeit des Klebstoffes erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungsdichte und der Druckabfall des Gasfiltermediums durch Erhöhung der Relativgeschwindigkeit der Unterlage beim Dosieren der Adsorbenspartikel und/oder durch Verminderung der Dosiergeschwindigkeit der Adsorbenspartikel gezielt herabgesetzt wird.

10. Verwendung von geschichteten Gasfiltermedien nach Anspruch 1 bis 9 in Filtern für den Atemschutz, in Raumluftfiltern, in Lüftungsfiltern für Fahrzeuge oder in Gerätefiltern, insbesondere für Staubsauger.