DE2431197B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filter, insbesondere für Atemgeräte, bei dem zu einem Filz verarbeitete 4n Fasern vorgesehen sind, die mechanisch mit einer elektrischen Ladung versehene Harzpartikeln tragen, wobei der Filz im wesentlichen besteht aus einer Mischung von Wollfasern mit anderen Fasern.

Ein solcher Filter ist bekannt aus der US-PS 25 73 964. 4ί Der bekannte Filter enthält zu einem Filz verarbeitete proteinhaltige Fasern, nämlich Wollfasern oder sonstige tierische fibröse Materialien, in welche natürliche, modifizierte oder synthetische Harze eingearbeitet sind. Die elektrische Ladung eines solchen Filters erzielt man v> durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise Zerbröckeln einer Harzimprägnierung. In dieser US-PS ist auch erwähnt, daß nichttierische Fasern verwendet werden können; angegeben sind jedoch lediglich Baumwollfasern, die zu einem geringen Anteil ebenfalls v> in dem Filz verarbeitet werden können.

Allgemein ist es möglich, das harzige Material dadurch in den Filter einzubauen, daß man pulverförmiges Harz mit den Fasern mischt und dann die Mischung zu einem Filz verarbeitet. Es ist aber auch möglich, einen «ι vorgeformten Filz mit einer Lösung des harzartigen Materials zu imprägnieren, dann zu trocknen und anschließend mechanisch s.u bearbeiten, wodurch das Harz in kleine Partikeln aufgebrochen wird. Diese mechanische Verarbeitung erzeugt eine elektrische tr> Ladung an den Harzpartikeln, die möglichst für einen längeren Zeitraum aufrechterhallen werden soll, um die Filterwirksamkeit sicherzustellen. Nachteilig ist bei diesem bekannten Filter jedoch, daß der Filter vergleichsweise schnell seine elektrische Ladung verliert und dann auch nicht mehr in der Lage ist, aus dem zu filternden Medium, beispielsweise Luft, Stäube oder sonstige feinverteilte partikelförmige Massen zu entfernen.

Bekannt ist weiterhin aus der GB-PS 11 24 405 ein Filter zur Filterung von sich in Suspension befindlichen Partikeln, welches aus zwei verschiedenen Faserschichten besteht, die jeweils aus einem unterschiedlichen Fasermaterial gebildet sind. Dieses aus der GB-PS 11 24 405 bekannte Filter stellt darauf ab, daß die eine Faserart eine elektrische Ladungspolarität hat, die zu den elektrischen Ladungen der anderen Faserart unterschiedlich ist. Als Fasern für die erste Art kommen Polyamidfasern oder auch Wollfasem in Frage, während für die Fasern der anderen Art Materialien wie Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polyester genannt sind. Damit den beiden Faserarten jeweils die entgegengesetzte Ladung verliehen werden kann, müssen deren Oberflächen frei von antistatischen Mitteln sein und aneinandergrenzend angeordnet werden. Man kämmt dann das so gebildete Gewebe oder bahnförmige Material, und aufgrund der durch diesen Kämmvorgang gebildeten Reibung wird den Faserarten die jeweils entgegengesetzte, elektrische Ladung vermittelt. Am Rande vermerkt ist bei diesem GB-PS 11 24 405 noch, daß ein solches Filter ausschließlich aus Fasern aufgebaut sein kann, es jedoch möglich ist, der ersten oder der zweiten Faserar; noch ein Harz hinzuzufügen. Unterschiedlich hierzu ist beim erfindungsgemäßen Filter eine innige Fasermischung vorgesehen. Die elektrische Ladung haftet an Harzpartikeln und wird durch mechanische Bearbeitung des Harzes, nämlich einem Aufbrechen in kleine und kleinste Partikeln, gewonnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Filter der zuerst eingangs genannten Art die Fähigkeit zur Aufrechterhaltung der elektrischen Ladung auch unter widrigen Umständen erheblich zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß die anderen Fasern synthetische Fasern sind, die ausgewählt sind aus der Polyolefin-, Polyester- und Akrylfasern umfassenden Gruppe und daß jede Fasernart (Wollfasern — synthetische Fasern) zur langdauernden Aufrechterhaltung der Staubsammelwirksamkeit in einem Anteil von mindestens 10Gew.-% vorhanden ist.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß verfilzte Filtermedien oder mit Filz ausgelegte oder unterlegte Filtermedien, die elektrisch geladene Harzpartikeln tragen und bei denen der Filz eine Mischung aus Wolle und synthetischen Kunstharzfasern ist, nämlich aus Polyolefin-, Polyester- oder Akrylfasern, eine unerwartet verbesserte Wirksamkeit gegenüber Stäuben aufweist und diese Wirksamkeit auch langdauernd aufrechterhält, selbst bei Vorhandensein von die Ladung verschlechternden Bedingungen, beispielsweise dem Aussetzen gegenüber Feuchtigkeit, öligen Dämpfen oder Rauch.

Dabei sind Filze nichtgewebte, textile Materialien, bei denen die Fasern durch eine geeignete mechanische Arbeit miteinander verbünden sind, beispielsweise mittels Durchstechen mit Nadeln. Die bei vorliegender Erfindung verwendeten Filze sind hergestellt aus einer Mischung aus Wolle mit synthetischen Polyolefin-, Polyester- oder Akrylfasern, wobei deren Anteile nicht kritisch sind, solange ein wirksamer Minimumanteil

jeder Faser vorhanden ist, in geeigneter Weise mindestens ein so großer Anteil von etwa 10Gew.-% und bevorzugt über 20 Gew.-%. Bei den gegenwärtigen wirtschaftlichen Bedingungen wird bevorzugt, daß die Hauptfaserkomponente gebildet ist von synthetischer Faser und die anteilsmäßig kleinere Komponente aus Wolle besteht

Akrylfasern sind fabrikmäßig hergestellte Fasern, bei denen die faserbildende Substanz eine langkettige synthetische Polymerverbindung mit mindestens 85 Gew.-°/o Akrylsäureeinheiten ist,

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Polyesterfasern sind hergestellte Fasern, bei denen die faserbildende Substanz ein langkettiger synthetischer Polymer ist, der zusammengesetzt ist aus mindestens 85Gew.-% eines Esters eines dihydratisehen Alkohols und Terephthalsäure. Polyolefinfasern sind Fasern, die aus thermoplastischen Polymeren hergestellt sind, die abgeleitet sind von einfachen Olefinen, beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen und ihren Mischpolymeren. >-,

Für Atemgeräte verwendete Filze sind allgemein leicht und auch nicht so dick, sie haben üblicherweise ein Gewicht von etwa 283 bis 340 g pro 0,836 m² und eine Dicke von 2,05 bis 0,27 cm. Es sei darauf hingewiesen, daß auch andere Filze, darin eingeschlossen dichtere so Filze bei Atemgeräten und für andere Anwendungsfälle verwendet werden können, beispielsweise bei Kraftfahrzeugfiltern, um besonderen Ansprüchen an die Filterwirksamkeit und dem Flußwiderstand gerecht zu werden. r>

Bei dem Harz kann es sich um ein Zinkresinat oder ein anderes zerbrechliches oder bröckliges, harziges Material handeln, entweder um natürliches Harz, um modifizierte Harze, um synthetische Harze, Kunstharze oder Mischungen derselben. Solche Harze umfassen beispielsweise Terpentinharz, Kolophonium, Kopalgummi, Kalziumresinat und Polystyrol, aber auch andere geeignete harzige Materialien. Solche zerbrechlichen oder bröckligen Harze nehmen eine elektrische Ladung auf, wenn sie mechanisch in kleine Partikeln und 4·-, Teilchen zerbrochen werden. Der Anteil des Harzes ist nicht kritisch und Filter, die zwischen 2 bis 50 Gew.-% Harz enthalten, sind für die verschiedensten Anwendungszwecke geeignet; für Atemgeräte werden gegenwärtig 15 bis 30 Gew.-% Harz bevorzugt, um so einen -)0 günstigen Gleichgewichtswerl zwischen Filterwirksamkeit und dem Widerstand gegenüber dem Liiftdurchfluß durch den Filter zu erlangen.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen noch genauer erläutert. -,-,

Beispiel 1

Ein 312 g schwerer und 0,024 cr.i dicker Filz wurde in eine 7,5%-Lösung von Zinkstearat in dem Lösungsmit- trn tel Trichloräthan eingetaucht und überschüssige Lösung durch Hindurchführen des Filzes durch Quetschrollen entfernt. Der imprägnierte Filz wurde mittels eines Ofens getrocknet und dann dadurch bearbeitet, daß er zur Erzielung eines Filters, der 20 Gew.-% Harz enthält, <,-> zwischen genuteten Walzen hindurchgeführt wurde. Auf diese Weise wurden Filter hergestellt, die Filze verwendeten, die verschiedene Wollanteile (Akrylfasern, 2,5 Denier, textile Länge), Polyolefinfasern (Polypropylen, 3 Denier, textile Länge) und Polyesterfasern (3 Denier, textile Länge) enthielten. Die Filter wurden dem sogenannten DOP-Test unterworfen, einem Standardtest, um die Filterwirksamkeit gegenüber öldämpfen und öligem Rauch zu messen. Bei dem Begriff DOP handelt es sich um Dioktylphthalat, welches in einen Luftstrom hineinverdampft, einen ölrauch von hochgleichförmiger Partikelgröße bildet, in der Größenordnung von 0,3 μ, dieser ölrauch wird dann durch das zu untersuchende Filter gezogen. Der das Filter durchdringende Prozentanteil von DOP wird gemessen, ein höherer Durchdringungsprozentsatz steht für niedrige Filterwirksamkeit Die in der Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse zeigen den außerordentlichen Anstieg in der Filterwirksamkeit und im Widerstand gegenüber einer Verschlechterung der Filterwirksamkeit, wenn aus Filzen aus gemischter Wolie und synthetischen Fasern gebildete Filter verwendet werden.

Tabelle I

l'ilterfilz	Wolle	Iiinwirkungs/.eil des DOP-Rauches	Durchdringung des DOP-Rauches in prozentualem Anteil
100%	Wolle Akrylfasern	5 Sekunden 5 Minuten	20 63
50% 50%	Wolle A kry !fasern	5 Sekunden 25 Minuten 79 Minuten	0,2 10 82
30% 70%	Wolle Polyester	5 Sekunden 23 Minuten 88 Minuten	0,3 10 63
50% 50%	Polyester	5 Sekunden 6 Minuten	I 12
100%	Wolle Polypropylen	5 Sekunden 6 Minuten	50 >60
50% 50%		5 Sekunden 6 Minuten	4 10
	Beispiel 2

Es wurden Filter nach dem vorhergehenden Beispiel hergestellt und bei einer Temperatur von 37,8°C und 80% relativer Feuchte Zeiträumen von bis zu 21 Tagen der Luft ausgesetzt, wobei sie zur Messung der Filterwirksamkeit gegenüber Submikronpartikeln einem Standardsilika-Staubtest unterworfen wurden. Bei dem Begriff Silika handelt es sich um ein Sammelwort für quarz- oder siliziumhaltige Materialien, Gesteine u. dgl. Je höher die Durchlässigkeit der Filter, um so niedriger die Filterwirksamkeit. Aus den Untersuchungsergebnissen, wie sie sich aus der weiter unten angegebenen Tabelle Il entnehmen lassen, läßt sich feststellen, daß ein 100%iger Akrylfilzfilter wesentlich weniger wirksam ist als ein 100%iger Wollfilzfilter und daß aus gemischten Fasern bestehende Filter eine Filterwirksamkeit haben, die um eine Größenordnung höher ist als die der WoII- oder Akrylfaserfilter. Nach einer Alterung von einem Tag in einer die Ladung verschlechternden Atmosphäre ergab sich eine drastisch verringerte Wirksamkeit für das Wollfilzfilter, so daß es als Verwendung für Atemgeräte

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praktisch wirkungslos wurde. Auf der anderen Seite Aussetzen gegenüber der gleichen Atmosphäre für eine behielten die aus gemischten Faserfilzen bestehenden Dauer von mindestens 21 Tagen und für eine längere Filter ihre hohe Wirksamkeit selbst nach längerem unbestimmte Zeitdauer.

Tabelle II

Anzahl der Tage bei Durchlässigkeit beim Silika-Slaublesl in mg

38 C und 80% 100% Wolle 50% Akrvl 70% Akrvl !00%

relativer Feuchte

50% Wolle 30% Wolle Akryl

Nicht gealtert 1,3 mg 0,1 mg 0.1 mg 2,2 mg

1 Tag 6,7 mg 0,1 mg 0,1 mg

S Tage - 0,1 mg 0,1 mg

21 Tage - 0,5 mg 0,2 mg

(Das vom Büro of Mines Respirator Test Schedule erlaubte Maximum beträgt 1,5 mg.)

Beispiel 3 gefiltert, um die Fi/terwirfcsamkeit für submikrone

Partikeln bei hohen Feuchtigkeitsbedingungen zu

V/ie in den vorhergthenden Beispielen wurden Filter bestimmen; dies ist ein noch strengerer Test als der in

hergestellt, wobei eine frische Probe jedes Filters einem der Tabelle II angegebene Silikastaubtest und unter-

Silikastaub-Nebeltest unterworfen wurde, während eine r> wirft die Proben einer größeren Ladungsverschlechte-

andere Probe jedes Filters diesem Test nach Lagerung rung. Die Durchlässigkeit in Milligramm, wie sie in der

in Umgebungsatmosphäre während vier Montate nachfolgenden Tabelle III angegeben ist, zeigt die

unterworfen wurde. Bei diesem Silika-Nebeltest wird hervorragende Wirksamkeit von Filtern, die aus

ein Silikastaubspray, der in Wasser dispergiert ist, gemischten Faserfilzen bestehen.

Tabelle III	Durchlässigkeit 50% Akryl 50% Wolle	in mg gegenüber einem Silika-Nebel 50% Polyester 50% Polyolefin 100% PoIv- 50% Wolle 50% Wolle ester	101 )'■■,. Akryl
Filz	1,0 2,1	0,4 0,7 10,9 0,5 0,8 17,4	6,7
Nicht gealtert Gealtert

Das von dem schon genannten Büro of Mines mäßen Filter hervor, die auf dem synergistischen Effekt

Respiration Test Schedule erlaubte Maximum beträgt beruhen, der durch die Verwendung von Faserfilzen in

hier 2,5 mg. Harz tragenden Filzfiltern besteht, wobei die Filze

Aus diesen Beispielen geht klar die völlig unerwartete 4"; gemiscnt sind aus synthetischen und Wollfasern,
und überraschende Wirksamkeit solcher erfindungsge-

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Filter, insbesondere für Atemgeräte, bei dem zu einem Filz verarbeitete Fasern vorgesehen sind, die mechanisch mit einer elektrischen Ladung versehene Harzpartikel tragen, wobei der Filz im wesentlichen besteht aus einer Mischung von Wollfasern mit anderen Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Fasern synthetische Fasern sind, die ausgewählt sind aus der Polyolefin-, Polyester- und Akrylfasern umfassenden Gruppe und daß jede Fasernart (Wollfasern — synthetische Fasern) zur langdauernden Aufrechterhaltung der Staubsammelwirksamkeit in einem Anteil von mindestens 10 Gew.-% vorhanden ist

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der synthetischen Fasern zwischen 50 und 80 Gew.-% liegt

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzpartikeln Zinkresinatpartikeln sind.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz aus einer Mischung von WoIl- und Akrylfasern besteht.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz aus einer Mischung aus WoIl- und Polyolefinfasern besteht.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz eine Mischung aus WoIl- und Polypropylenfasern ist.

7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, uaß der Filz aus einer Mischung aus Wolle und Polyesterfasern besteht.

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