DE19812850C2 - Metallisches Feinstfiltermedium zum Abfiltern von Feststoffen aus Fluiden und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein metallisches Feinstfiltermedium zum Abfiltern von Feststoffen aus Fluiden und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Derartige Feinstfilter können beispielsweise als Staubfilter eingesetzt werden, insbesondere auch in dem schwierig zu filternden Staubkornbereich unter 0,5 µm.

Staubfilter werden entsprechend ihrer Abscheideleistung nach DIN EN 779 in neun Klassen (G1-G4, F5-F9 bzw. EU1-EU9) eingeteilt. Als Feinstfilter werden solche Filter bezeichnet, die einen mittleren Wirkungsgrad von mindestens 40% (F5) bis besser als 95% (F9) zeigen. Der Wirkungsgrad ist ein Maß für die Fähigkeit eines Filters, atmosphärischen Staub unter definierten Prüfbedingungen abzuscheiden.

Derzeit werden Feinstfiltermedien aus Glas- oder Synthesefasern, seltener auch aus Zellulose- oder Naturfasern hergestellt. Bei der Luftfilterung wird das Filtermedium mit verstaubter Luft durchströmt. Die Filterwirkung entsteht durch die Benetzung der Filtermedien mit dem Staub. Die Effektivität eines herkömmlichen Filters wird durch seine Staubspeicherfähigkeit und den Nennvolumenstrom bei einer vorgegebenen Druckdifferenz bestimmt. Feinstfilter werden in staubsensiblen Bereichen der industriellen Fertigung, sowie bei chemischen, physikalischen oder biologischen Prozeßabläufen eingesetzt (z. B. Lackieranlagen, pharmazeutische Produktionsflächen, Krankenhäuser, mikroelektronischen Industrie, Forschungslaboratorien usw.).

Für grobe Luftfilter (G1-G4) werden, neben den Fasermaterialien, auch Stahl- oder Aluminiumbleche und Edelstahl- oder Aluminiumgestricke verwendet, die zum Teil mit Benetzungsmitteln versehen werden.

Es ist auch bereits ein Filtermedium zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen bekannt, das als Verbundelementkörper ausgebildet ist. Dabei ist ein feinmaschiges Edelstahl-Gewebe als Filtergewebe auf einem metallischen Stützgitter fest aufgebracht (DE 195 46 038 A1).

Die bekannten Filtermedien haben einige wesentlichen Nachteile. So ist das Fasermaterial der Feinstfilter nicht regenerierbar. Nach Erreichung der maximalen Staubspeicherfähigkeit müssen die Filtermedien entsorgt werden. Außerdem ist die Filterwirkung zeitlich nicht konstant. Sie läßt mit der Zeit nach. Abhilfe schaffen hier nur aufwendige spezielle Rollbandfilter, bei denen das Filtermedium kontinuierlich erneuert wird. Die höchste Durchlässigkeit der feinsten Filter (F9) besteht für Verunreinigungen mit einer Größe unter 0,5 µm. In diesem Bereich liegt die "Schwachstelle" herkömmlicher Filter. Dieser Größenbereich erlangt jedoch immer größere Bedeutung, insbesondere bei der Fertigung von mikroelektronischen Bauteilen. Nachteilig ist auch, daß die Feinstfilter strukturbedingt keine definierte Porengröße besitzen, so daß eine maximale oder minimale filterbare Staubkorngröße nicht genau angegeben werden kann.

Aus der US 4 575 406 ist ein metallisches Feinstfiltermedium mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 entnehmbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leicht regenerierbares, mit definierter Porengröße herstellbares Feinstfiltermedium und ein Verfahren zu seiner Herstellung zur technischen Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird bei einem metallischen Feinstfiltermedium zum Abfiltern von Feststoffen aus Fluiden erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und bei einem Verfahren zu seiner Herstellung durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 gelöst.

Zweckmäßigerweise kann in dem Aluminium und in der Aluminiumlegierung als Zusatz Cu und/oder Si enthalten sein.

Vorteilhafterweise ist die Metallfolie 0,2 µm bis 3,0 µm dick und besitzt Poren mit einer Weite von < 0,5 µm, deren Porenquerschnittsflächen 15% bis 40% der Folienfläche beträgt.

Gemäß einer zweckmäßigen Anwendungsform des Filtermediums kann die Metallfolie mit einem Stützgitter verbunden sein, auf dem die Metallfolie aufliegt.

Zur Herstellung des Filtermediums sieht die Erfindung vor, daß auf einer Trägerfolie aus einem Polymer mittels physikalischer oder chemischer Schichtabscheidungsverfahren eine porige, 0,2 µm bis 3,0 µm dicke Metallschicht abgeschieden wird, und daß danach die erzeugte Schicht elektrolytisch von der Trägerfolie abgelöst wird. Als Trägerfolie kann dabei eine Polyimidfolie verwendet werden.

Vorteilhaft wird die Metallschicht mittels Sputtern auf der Trägerfolie abgeschieden.

Die Erfindung stellt ein neues Filtermedium für Feinstfilter zur Verfügung. Damit gehen verbesserte bzw. neue Einsatzmöglichkeiten einher. Das Material besteht aus einer Metallfolie, wodurch die Filter, ähnlich wie grobe Metallfilter, regenerierbar sind. Die Porengröße kann variiert werden und liegt mit < 0,5 µm in einer Größenordnung, in der herkömmliche Feinstfilter die höchste Staubdurchlässigkeit aufweisen. Das neue Filtermaterial verbessert somit die Staubfilterung gerade in diesem Bereich. Durch die relativ glatte Oberfläche der Folien ist eine relativ einfach Säuberung der Filtermedien möglich. Durch den Einsatz von Benetzungsmitteln kann bei Bedarf die Benetzungsfähigkeit der Metallfolie erhöht werden. Daneben ist auch eine einfache Reinigung des Filters während des Betriebes möglich, z. B. durch Luftstromumlenkung in bestimmten Intervallen und Absaugung des gefilterten Staubes. Dadurch wird die zeitliche Konstanz der Filterwirkung gegenüber herkömmlichen Filtern mit festeingebauten Filtermedien erhöht. Da die Poren sehr klein sind und herstellungsbedingt eine bestimmbare Porengröße nicht überschreiten, können größere Partikel mit großer Sicherheit gefiltert werden. Dies ist beispielsweise im medizinischen Bereich bei der Keimfilterung von Bedeutung.

Die erfindungsgemäßen Feinstfilter können vorzugsweise als Staubfilter in staubsensiblen Bereichen der industriellen Fertigung sowie bei chemischen, physikalischen oder biologischen Prozeßabläufen eingesetzt werden, z. B. bei Lackieranlagen und pharmazeutischen Produktionsflächen, in Krankenhäusern, in der mikroelektronischen Industrie und in Forschungslaboratorien.

Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Auf eine 13 µm dicke Polyimidfolie wird unter Einsatz eines Aluminiumtargets in einem Sputter-Prozeß mittels Katodenzerstäubung eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 0,5 µm aufgebracht. Während des Sputter-Prozesses wird die Polyimidfolie nicht beheizt. Dadurch und durch die physikalischen Oberflächeneigenschaften von Aluminiumschicht und Polyimidfolie wächst auf der Polyimidfolie eine porige Aluminiumschicht auf. Nach der Schichterzeugung wird die Aluminiumschicht in einer auf 40-60°C erwärmten Kochsalzlösung, die etwa 20 g Kochsalz auf 100 ml Wasser enthält, durch Anlegen einer negativen Gleichspannung von 30-­ 40 V bei einer Stromstärke von 0,1 A von der Polyimidfolie abgelöst. Die Dauer des Ablöseprozesses beträgt etwa 1-2 min. Die abgelöste Aluminiumschicht wird danach in der Kochsalzlösung auf ein geeignetes Trägernetz gelegt und so aus dem Bad entfernt.

Die so erzeugte 0,5 µm dicke Aluminiumfolie weist Poren mit einer maximalen Weite von 0,05-0,5 µm auf. Der Anteil der Porenquerschnittflächen in Schichtebene, bezogen auf die Schichtoberfläche, beträgt etwa 30%.

Claims (7)

1. Metallisches Feinstfiltermedium zum Abfiltern von Feststoffen aus Fluiden, das aus einer mittels Abscheidungsverfahren erzeugten porigen Metallfolie besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit metallischen oder nichtmetallischen Zusätzen von maximal 5 Gew.-% besteht.

2. Metallisches Feinstfiltermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aluminium und in der Aluminiumlegierung als Zusatz Cu und/oder Si enthalten sind.

3. Metallisches Feinstfiltermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie 0,2 µm bis 3,0 µm dick ist und Poren mit einer Weite von < 0,5 µm besitzt, deren Porenquerschnittsfläche 15% bis 40% der Folienfläche beträgt.

4. Metallisches Feinstfiltermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie mit einem Stützgitter verbunden ist, auf dem die Metallfolie aufliegt.

5. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Feinstfiltermediums nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem auf einer Trägerfolie aus einem Polymer mittels physikalischer oder chemischer Schichtabscheidungsverfahren eine porige, 0,2 µm bis 3,0 µm dicke Metallschicht abgeschieden wird, und daß danach die erzeugte Schicht elektrolytisch von der Trägerfolie abgelöst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerfolie eine Polyimidfolie verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht mittels Sputtern auf der polymeren Trägerfolie abgeschieden wird.