DE2502096A1

DE2502096A1 - Poroese materialien aus fasern und festen teilchen

Info

Publication number: DE2502096A1
Application number: DE19752502096
Authority: DE
Inventors: David L Braun
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1974-01-21
Filing date: 1975-01-20
Publication date: 1975-12-11
Also published as: GB1493183A; BE824562A; NL170029C; AU7742775A; JPS50105974A; DE2502096B2; CH586304A5; NL7500302A; MX2954E; FR2258258A1; YU4375A; FR2258258B1; IT1026400B; BR7500358A; AR202963A1; CA1041073A; SE439649B; JPS5243945B2; US3971373A; SE7500253L

Description

MINNESOTA MINING AND MANUFACTURING COMPANY Saint Paul, Minnesota, V.St.A,

¹¹ Poröse Materialien aus Fasern und festen Teilchen "

21. Januar 1974, V.St.A., Nr. 435,198 Priorität: _{6> Dezenber} 1974, V.St.A., Nr. 530,070.

Materialien, die bestimmte feste Teilchen enthalten, die mit einem durch sie hindurchfließendeii Medium in Wechselwirkung treten sollen, weisen bisher noch Unzulänglichkeiten aiif. Dies zeigt sich beispielsweise auf dem Gebiet der Atemschutzgeräte. Eine Art der üblichen Gesichtsmasken zur Abtrennung giftiger Gase aus Luft enthält ein poröses nicht gewebtes Material, in dem Aluminiumoxidteilchen verteilt sind. Die Aluminiumoxidteilchen sind in ein lockeres, vliesstoffartiges Material aus Stapelfasern eingearbeitet, die durch sogenanntes "randowebbing" oder aus Abfallfasern erhalten worden sind* Das dabei erhaltene Material wird nach entsprechendem Pressen in Stücke der gewünschten Größe geschnitten, wobei die Kanten dieser Stücke durch Heiß-Slogeln miteinander verbunden werden« Wenn auch die damit erhaltenen Gesichtsmasken zur Abtrennung

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giftiger Gase wirksam sind, ist doch die Haltbarkeit dieser Gesichtsmasken ziemlich kurz.

Die kurze Haltbarkeit dieser Gesichtsmasken ist auf die schwierige Herstellung und das schwierige Aufrechterhalten einer gleichmäßigen Verteilung der festen Teilchen in dem porösen Material zurückzuführen. Bereits bei der Herstellung ist es schwierig, diese Teilchen in ein lockeres nicht geliebtes Material aus Stapelfasern gleichmäßig einzuarbeiten. Darüber hinaus wandern die Teilchen durch die Zwischenräume zwischen den Fasern aufgrund normaler Handhabung oder Vibration der Gesichtsmaske oder aufgrund des Luftstroms, der durch die Gesichtsmaske tritt. Als Folge entstehen Flecken in der ursprünglich gleichmäßigen Verteilung der festen Teilchen in dei" porösen Maske. Dies kann zu einem Durchbrechen der giftigen Gase an den Stellen dieser Flecken und damit zum Ende der Lebensdauer einer derartigen Gesichtsmaske 'führen. Zwar könnte das Gewicht der Aluminiumoxidteilchen erhöht werden, um die Haltbarkeit der Gesichtsmaske zu verlängern, jedoch würde dadurch der Druckabfall in der Gesichtsmaske erhöht werden, was das Atmen durch eine solche Gesichtsmaske weiter erschweren würde.

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Die vorgenannte Technik, bestimmte Teilchen, die zur Wechselwirkung mit einem Medium bestimmt sind, auf ein Trägermaterial aufzubringen, ist nur eine von vielen vorgeschlagenen oder verwirklichten Techniken. Jedoch müssen in allen Fällen irgendwelche unzureichenden Kompromisse in den Eigenschaften der porösen Materialien in Kauf genommen werden. Einige dieser Ma—

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terialien erfordern einen unerwünscht hohen statischen Druck bzw. verursachen einen unerwünscht hohen Druckabfall. Dies gilt beispielsweise für aus den genannten Teilchen bestehende, relativ dichte Schichten, die andererseits eine relativ hohe wirksame Oberfläche aufweisen. Entsprechendes trifft auch in den Fällen zu, in denen die genannten Teilchen durch ein Imprägnierungsverfahren in faseriges Papier eingebracht oder derartiges Papier mit den genannten Teilchen beschichtet wird; vgl. US-PSen 328 947 und 3 158 532. Einige der porösen Materialien· erfordern zu ihrer Herstellung neben den genannten festen Teilchen weitere Zusätze, wie Bindemittel, Faserleimungsmittel oder andere Hilfsstoffe, wodurch die Verwendbarkeit des Endprodukts wegen bestimmter chemischer oder anderer Eigenschaften der zugesetzten Stoffe eingeschränkt wird; vgl. US-PSen

2 369 462 und 3 745 060ο Andere der bekannten porösen Materialien machen es erforderlich, daß ein Teil der wirksamen Ober- , fläche der festen Teilchen durch bestimmte Stoffe, beispielsweise durch ein Bindemittel, zur Befestigung der Teilchen auf dem Trägermaterial oder untereinander, bedeckt werden, wodurch die Wirksamkeit der Teilchen eingeschränkt wird; vgl. US-PSen

3 801 400, 3 745 06O, 3 615 995, 2 988 469 und 3 474 .600. Einige der porösen Materialien erfordern zu ihrer Herstellung ganz· spezielle Verfahrenstechniken und teure Vorrichtungen zur entsprechenden Vorbereitung des Trägermaterials, beispielsweise bei der Herstellung entsprechender Schichten der genannten Teilchen oder entsprechender Gemische von Fasern und Teilchen; vgl. US-PS 3 O83 157· Obwohl die vorgenannten bekannten porösen Materialien auch bestimmte Vorteile aufweisen, besteht doch

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aufgrund ihrer verschiedenen Unzulänglichkeiten ein großes Interesse an einem entsprechenden porösen Material mit verbesserten Eigenschaften und an einem entsprechenden Herstellungsverfahren,

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein poröses Material zur Verfügung zu stellen, in dem feste Teilchen in dreidimensionaler Anordnung auf ein Trägermaterial aufgebracht sind, vobei im wesentlichen die ganze Oberfläche der festen Teilchen zur ¥echselwirkung mit einem zu behandelnden Medium zur Verfügung steht und Icein Bindemittel zur Befestigung der festen Teilchen auf dem Trägermaterial erforderlich ist. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung sind poröse Materialien aus Fasern und festen Teilchen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die ^ Fasern eine vliesstoffartige Bahn aus miteinander verbundenen schmelzgeblasenen Mikrofasern bilden und die festen Teilchen in der vliesstoffartigen Bahn verteilt sind, wobei die festen Teilchen nur durch punktförmige Kontakte zwischen den festen Teilchen und den Mikrofasern gehalten werden.

Die schmelzgeblasenen Mikrofasern stellen sehr feine Fasern dar, die durch Extrudieren eines geschmolzenen faserbildenden ' Materials durch feine Düsen in einen Gasstrom hoher Geschwindigkeit hergestellt worden sind. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen porösen Materials ist kein zusätzliches Bindemittel nötige Auch werden die festen Teilchen nicht durch eine

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Klebrigkeit der Mikrofasern an diesen festgehalten.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Materialien werden die festen Teilchen in einen Gasstrom eingeführt, in dem bereits die Mikrofasern vorliegen, und dort mit den Mikrofasern gemischt. Dieses Mischen geschieht in einiger Entfernung von den Öffnungen, aus denen die Mikrofasern austreten. Auch sind die Mikrofasern zum Zeitpunkt des Mischens mit den festen Teilchen nicht mehr klebrig. Das entstehende Gemisch, das aus den eine vliesstoffartige Bahn bildenden Mikrofasern und den darin verteilten festen Teilchen besteht, wird auf einem Sieb gesammelt.

Die festen Teilchen werden'in der vliesstoffartigen Bahn gehalten, obwohl sie mit den schrnelzgeblasenen Mikrofasern nur pursktförmige Kontakte aufweisen. Eine Ursache dafür ist die Tatsache, daß die festen Teilchen in den erfindungsgemäßen Materialien im allgemeinen groß genug sind, um mechanisch in den Zwischenräumen der vliesstoffartig angenordneten Mikrofasern gehalten zu werden. Da vliesstoffartige Anordnungen von Mikrofasern kleine Zwischenräume aufweisen, sind die festen Teilchen in den erfindungsgemäßen Materialien von den Mikrofasern im allgemeinen gut eingeschlossen.

Jedoch werden auch Teilchen, die nicht mechanisch in den Zwischenräumen der Mikrofasern eingeschlossen werden, in der vliesstoffartigen Bahn festgehalten. Dies ist auf die besondere Natur der schmelzgeblasenen Mikrofasern zurückzuführen.

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Deren Feinheit ermöglicht eine Vielzahl von punktförmigen Kontakten mit den festen Teilchen. Auch fördert die mechanische Anpassungsfähigkeit der Milcrofasern diese Kontakte, wobei hohe Kräfte der Oberflächenverringerung wirksam sind.

Es können erfindungsgemäße Materialien hergestellt werden, in denen über 99 Volumenprozent des Festlcörporgehalts aus don genannten festen Teilchen bestehen. Trotz dieser hohen Beladung mit festen Teilchen weisen diese Materialien nur geringen Druckabfall und andere vorteilhafte Eigenschaften, wie gute Haitbarkeit, auf.

Es wurde bereits früher vorgeschlagen, in bestimmte Anordnungen von Milcrofasern Teilchen einzuführen. Jedoch wurde dabei gefordert, daß die Milcrofasern klebrig sind, um die Teilchen festzuhalten; vgl. US-PSen 3 801 400, 3 6I5 995 und 2 988 469. Auch wurde vorgeschlagen, kleine Mengen bestimmt ex* Teilchen einzusetzen, um die Eigenschaften von Materialien aus Milcrofasern zu modifizieren; vgl*. R. R. Bunt in und D. R. Lohlcamp, "Melt-Blowing, A One-Step ¥eb Process for New Nonwoven Products", TAPPI, Bd. 56 (1972), Nr. 4, Seiten 74 bis 77. In dieser Veröffentlichung wurde vorgeschlagen, daß pulver- oder nebeiförmige Stoffe, die nicht extrudiert werden können, beispielsweise Flammschutzmittel oder Netzmittel, im Zeitpunkt der Bildung eines Materials aus Mikrofasorn diesen zugegeben werden.

Wie die Schwierigkeiten bei den Atemschutzgeräten zeigen,

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Γ „ "I

wird von keinem der bekannten Verfahren eine zufriedenstellende Möglichkeit zur Herstellung einer entsprechenden dreidimensionalen Anordnung von festen Teilchen vorgeschlagen. Bisher war es nicht bekannt, daß große Volumina von festen Teilchen in einheitlicher Verteilung und in dauerhafter Form in vlies-stoffartige Anordnungen schmelzgeblasener Mikrofasern eingeführt werden können, ohne zur Befestigung der festen Teilchen an den Mikrofasern ein Bindemittel oder klebrige Mikrofasern einzusetzen, wobei gleichzeitig der durch das poröse Material verursachte Druckabfall kaum erhöht wird und andere wertvolle Eigenschaften des Materials erhalten bleiben. Die einheitliche Beladung der Mikrofasern kann auch mit kleinen Teilchen erfolgen, was zu großen wirksamen Oberflächen führt. Da die einheitliche Verteilung der festen Teilchen zwischen den Mikrofasern dauerhaft ist, weisen auch dünne Schichten der erfindungsgemäßen porösen Materialien eine lange Lebensdauer auf.

Die einheitliche Verteilung der festen Teilchen wird durch einen Versuch zur Abtrennung giftiger Bestandteile aus Gasen gezeigt. Eine einheitliche Verteilung bedeutet, daß benachbarte Volumoneinheiten, beispielsweise Kubikzentimeter eines er— findungsgemäßen Materials, im wesentlichen die gleiche Anzahl fester Teilchen enthalten, die jedoch keine regelmäßige Anordnung wie in einer Kristallstruktur aufweisen«, Wird beispiels- .

weise ein Stück eines erfindungsgemäßen Materials der Größe

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171 cm , das aus O,OO4 g/cm schmelzgeblasener Mikrofasern aus Polypropylen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 5 Mikrometer und Aluminiumoxidteilchen mit einem durchschnitt-

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i . : ; . 250209B

_Γ ' ■' π

lichen Durchmesser von 120 Mikrometer besteht, wobei die Aluminiumoxidteilchen etwa 25 Volumenprozent des Festkörpergehalts des Materials ausmachen, von 16 Liter/Minute Luft durchströmt» die 33 ppm Fluorwasserstoff enthält, ist nach einer Versuchsdauer von 4 Stunden ein Durchbrechen von weniger als 5 ppm Fluorwasserstoff durch das erfindungsgemäße Material festzustellen. Um diese Zeit bis zum Durchbrechen des abzutrennenden Gases mit einer bekannten Gesichtsmaske der vorgenannten Art, bei der eine Schicht von Aluminiumoxidteilchen auf der Innenseite eines nicht gewebten Materials aufgebracht ist, zu erreichen, wären mehr als die doppelte Menge an festen Teilchen erforderlich. Das würde zur Erhöhung der Kosten für eine derartige Gesichtsmaske, zu einer geringeren Wirksamkeit der eingesetzten festen Teilchen und zu einer Erhöhung des Druckabfalls in der Gesichtsmaske führen.

Die einheitliche Verteilung der festen Teilchen in den erfindungsgemäßen Materialien ermöglicht mit deren anderen vorteilhaften Eigenschaften eine über die Reinigung von Luft hinausgehende Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Materialien, die sich auch insoweit von entsprechenden bekannten Materialien unterscheiden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Materialien. Fig. 2 zeigt eine starke Vergrößerung eines Teils eines erfindungsgemäßen Materials_e Fig. 3 erläutert die Ergebnisse nachstehend beschriebener Ver-

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; ■■' ^:· 250209Β

- 9 suche·

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung entspi"icht im wesentlichen der Vorrichtung, die in Industrial Engineering Chemistry, Bd. 48 (1956), S. 1342, oder im Bericht Nr. 4364 (1954) der Naval Research Laboratories unter dem Titel "Manufacture of Superfine Organic Fibers" beschrieben ist. Die Vo i^ri chtung zeigt zwei Düsenköpfe 10 und 11 mit jeweils einer bestimmten Anzahl ausgerichteter paralleler Bohrungen 12, durch welche das geschmolzene Polymerisat extrudiert wird. Durch die Bohrungen wird mit sehr hoher Geschwindigkeit erhitzte Luft gepreßt. Diese Luft zieht das extrudierte Polymerisat aus seiner Düse und verdünnt es, wobei das extrudierte Material nach einer kurzen Strecke in dem Gasstrom sich zu Mikrofasern verfestigt. Er— findungsgemäß werden vorzugsweise zwei Düsenköpfe eingesetzt und so angeordnet, daß die Strömungen 14 und 15 der Mikrofasern sich zu einer Strömung 16 überlagern, die bis zur Auffangvorrichtung 17 erhalten bleibt. Die Auffangvorrichtung kann ein fein perforiertes zylindrisches Netz, eine entsprechende Trommel oder ein entsprechendes Transportband sein. Das gesammelte vliesartige Material 18 der Mikrofasern wird anschließend von der Auffangvorrichtung gelöst und aufgerollt.

Erfindungsgemäß wird vor dem Sammeln der Mikrofasern auf der Auffangvorrichtung dem Strom der Mikrofasern ein Strom fester Teilchen zugeführt. Vorzugsweise wird ein einziger Strom 20 der festen Teilchen zwischen den beiden Düsenkopfen 10 und 11 derart angeordnet, daß der Strom 20 die beiden Strömungen der

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Mikrofasern an deren Überlagerungspunkt trifft. Damit soll eine maximale Beladung der Mikrofasern mit festen Teilchen erreicht werden.

Es kann auch ein einziger Düsenkopf zum Extrudieren des Polymerisats in Kombination mit mindestens einem Strom der festen Teilchen verwendet werden. Die Ströme der Mikrofasern und der festen Teilchen können horizontal oder im wesentlichen vertikal parallel zur Schwerkraft angeordnet sein.

Da der Strom der festen Teilchen von den Strömen der Mikrofasern überlagert wird, ist das Verfahren zur Herstellung derer findungs gemäßen Materialien im wesentlichen das gleiche wie das Verfahren zur Herstellung anderer, aus Mikrofasern bestehender Materialien. Auch sind die Art der Auffangvorrichtungen, die Technik des Auffangens und die Handhabung der an der Auffangvorrichtung gesammelten porösen Materialien entsprechend wie bei der Herstellung poröser Materialien aus schmelzgeblasenen Mikrofasern, die nicht mit festen Teilchen beladen sind_o~ Sehr große Schichtdicken und eine entsprechende einheitliche Beladung der erfindungsgemäßen Materialien mit festen Teilchen werden im allgemeinen durch Mehrschichtverfahren erreicht, insbesondere bei gegenseitiger Versetzung der einzelnen Schichten. In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Köpfe 10 und 11 sowie die Düse 27 periodisch über die Breite einer Auffangtrommel bewegt, wobei das erfindungsgemäße Material spiral- oder schraubenförmig auf die Trommel gebracht wird. Dabei ist die seitliche Bewegung ge-

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nügend langsam, daß nachfolgende, während verschiedener Umdrehungen der Trommel aufgefangene Schichten einander teilweise überlappen.

Die während einer Umdrehung der als Auffangvorrichtung dienenden Trommel gebildete Schicht aus" Mikrofasern und festen Teilchen oder ein entsprechendes, aus mehreren Schichten bestehendes erfindungsgemäßes Material kann sehr unterschiedliche Dikkon aufweisen. Für die meisten Anwendungszwecke der erfindungsgemäßen Materialien verwendet man Dicken von 0,05 bis 3 cm. Für Atemschutzgeräte oder Gesichtsmasken werden im allgemeinen Dicken von etwa 0,05 bis 1,5 cm eingesetzt. In Fällen, in denen besonders geringer Druckabfall von Bedeutung ist, werden Schichtdicken von weniger als 0,3 cm bevorzugt. Für bestimmte Verwendungszwecke können auch zwei oder mehr getrennt hergestellte Bahnen der erfindungsgemäßen Materialien übereinander gelegt werden.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausfülirungsform der Erfindung ist ein Behälter 22 gezeigt, in dem sich die festen Teilchen befinden und von dort in den Strom der Mikrofasern gelangen. An den Behälter 22 schließt sich eine Meßvorrichtung 23, beispielsweise ein Magnetventil oder eine Meßvorrichtung, wie sie in der US-PS 3 661 302 beschrieben ist. Mit der Meßvorrichtung 23 kann der in die Leitung 24 eintretende Strom fester Teilchen auf eine bestimmte Zuflußmenge eingestellt werden. Ein Gebläse 25 drückt Luft durch die Leitung 26, die dabei aus der Leitung 2h feste Teilchen mitnimmt. Aus der Düse 27 treten die

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festen Teilchen zusammen mit Luft aus und bilden den Teilchenstrom 20. Die Düse 27 kann beispielsweise durch. Abflachen des Endes eines zylindrischen Rohres hergestellt werden, wobei eine dünne Schlitzdüse gebildet wird. Die Menge der festen Teilchen im Teilchenstrom 20 wird durch die in der Leitung 26 geförderte Luftmenge und durch die Menge der aus der Meßvorrichtung 23 aus tretenden festen Teilchen bestimmt.

Gemäß der Erfindung kann jede Art fester Teilchen eingesetzt werden, die in einem Luftstrom verteilt Airerden lcönnen. Dabei sind unter festen Teilchen solche Teilchen zu verstehen, die wenigstens an ihrer Außenseite eine feste Hülle aufweisen. Es kann eine Vielzahl verschiedener fester Teilchen in dreidimensionalen Anordnungen verwendet werden, in denen die Teilchen einem Medium ausgesetzt werden, mit dem sie physikalisch oder chemisch in Wechselwirkung treten. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Materialien können auch mehrere Arten fester Teilchen, entweder als Gemisch oder in Form verschiedener Schichten der erfindungsgemäßen Materialien, verwendet werden. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien in Vorrichtungen zur Luftreinigung, wie in Atemschutzgeräten, in denen die festen Teilchen zur Filterung oder Reinigung dienen, ist e in be—

den Einsatz der

deutender Bereich für / erfindungsgemäßen Materialien. Spezielle Beispiele für entsprechende feste Teilchen für den Einsatz in Reinigungsvorrichtungen sind feste Teilchen aus Aktivkohle, Aluminiumoxid, Natriumbicarbonat und Silber. Die Teilchen trennen durch Adsorption, chemische Reaktion oder andere Vorgänge bestimmte Komponenten aus strömenden Medien ab. Bei-

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spielsweise können feste Teilchen aus einem Katalysator, wie Hopcalit, verwendet werden, durch den ein schädliches Gasgemisch in eine ungiftige Form überführt werden kann. In anderen Ausführungsformen der Erfindung geben die festen Teilchen eine Komponente an das Medium ab, dem das erfindungsgemäße Material' ausgesetzt wird.

Die Größe der festen Teilchen kann sehr unterschiedlich sein. Der durchschnittliche Durchmesser der Teilchen beträgt im allgemeinen 5 Mikrometer bis 5 Millimeter, vorzugsweise durchschnittlich 50 Mikrometer bis durchschnittlich 2 Millimeter,, Für Atemschutzgeräte beträgt der durchschnittliche Durchmesser der Teilchen, weniger als 1 Millimeter. Entspricht die durchschnittliche Größe der Teilchen in einem erfindungsgemäßen Material mindestens der Größe der Zwischenräume in der vlxesstoffartxgen Anordnung der Mikrofasem, werden diese Zwischenräume, die bei Abwesenheit fester Teilchen im allgemeinen das h- oder 5fache des mittleren Durchmessers der Mikrofasern betragen, durch die festen Teilchen aufgeweitet. Dieses Aufweiten ermöglicht die Bildung von mehr Kontakten zwischen Mikrofasern und festen Teilchen, so daß ein größeres Volumen fester Teilchen in die vliesstoffartige Anordnung der Mikrofasern eingeschlossen werden kann. Bei festen Teilchen, deren durchschnittliche Größe der Größe der Zwischenräume zwischen den Mikrofasern entspricht, wird auch ein verbesserter mechanischer Einschluß der festen Teilchen zwischen den Mikrofasern erreicht. In den erfindungsgemäßen Materia-•lien beträgt der mittlere Durchmesser der festen Teilchen

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wenigstens das 5fache, vorzugsweise wenigstens das 1Ofache, des mittleren Durchmessers der Mikrofasern.

Die erfindungsgemäßen Materialien können jedoch auch mit festen Teilchen beladen sein, die einen mittleren Durchmesser aufweisen, der unter der durchschnittlichen Größe der Zwischenräume zwischen den Mikrofasern liegt. Es können sogar Teilchen verwendet werden, deren mittlerer Durchmesser unter dem mittleren Durchmesser der Mikrofasern liegt. Kleinere Teilchen weiten die vliesstoffartige Anordnung der Mikrofasern weniger auf als größere Teilchen, wobei feine und sehr feine Teilchen im allgemeinen in geringerer Menge in eine derartige vliesstoffartige Anordnung der Mikrofasern eingeführt werden. Feine und sehr feine Teilchen liegen manchmal im Gemisch mit größeren Teilchen vor, was entweder zur Erreichung eines bestimmten Gemisches verschiedener Teilchengrößen beabsichtigt ist oder durch Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Teilchen verursacht wird. In Mikrophotographien einiger erfindungsgemäßer Materialien kann festgestellt werden, daß sehr feine Teilchen die Mikrofasern bedecken. Durch Zerreißen oder kräftiges Waschen eines solchen erfindungsgemäßen Materials werden die sehr feinen Teilchen von den Mikrofasern getrennt. Nach diesem Abtrennen sind in den Mikrofasern keine Vertiefungen feststellbar, was bedeutet, daß die Teilchen von den Mikrofasern nicht benetzt worden sind, solange das Milcrofasern bildende Polymerisat nach dem Schmelzextrudieren noch nicht erstarrt war.

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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Materialien ist die Möglichkeit, in ihnen ziemlich kleine feste Teilchen mit einer großen Oberfläche derart anzuordnen, daß eine weitgehende Umsetzung zwischen den festen Teilchen und dem mit ihnen in Berührung gebrachten strömenden Medium erreicht wird. Jm

allgemeinen weist ein erfindungsgemäßes Material eine Oberflä-

2 2

ehe von mindestens 2 cm , vorzugsweise mindestens 10 cm , - der

Anstromfläche '·
festen Teilchen pro cm der / und pro cm der Dicke des

erfindungsgemäßen Materials auf. Außer durch Einsatz kleiner fester Teilchen kann die Oberfläche der festen Teilchen auch durch Verwendung poröser oder unregelmäßig geformter Teilchen hoch sein. Die vorgenannten Werte beziehen sich auf Obeirflä— chen kleiner Teilchen, wobei der Berechnung eine reine kugelförmige Gestalt der festen Teilchen zugrunde gelegt wurde.

Die Größe der Mikrofasern kann sehr unterschiedlich sein. Ihr mittlerer Durchmesser beträgt im allgemeinen 1 bis 25 Mikrometer, vorzugsweise weniger als 10 Mikrometer. Die Länge der Mikrofasern kann ebenfalls verschieden sein und beträgt etwa 10 cm oder mehr. Zur Herstellung der Mikrofasern können verschiedene Polymerisate verwendet werden, beispielsweise Polypropylen, Polyäthylen, Polyamide und andere Fasern, die sich zur Herstellung geblasener Mikrofasern eignen. Es können auch Mikrofasern verschiedener Polymerisate im gleichen erfindungs-. gemäßen Material Verwendung finden, wobei die verschiedenen
Fasern entweder* als Gemisch in einer Schicht oder jeweils in verschiedenen Schichten vorliegen. Auch können vorgeformte
Stapelfasern im Gemisch mit geblasenen Mikrofasern verarbei-

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tet werden. Im allgemeinen sind die Mikrofasern in den erfindungsgemäßen Materialien im wesentlichen inert gegenüber

festen
dem Medium, dem die / Teilchen ausgesetzt werden, d. h, , die festen Teilchen stellen die einzige aktive Komponente der erfindungsgemäßen Materialien dar„ Jedoch können die Mikrofasern in einigen Ausführungsformen" der Erfindung neben ihrer Funktion als Trägermaterial auch als Filter oder als Adsorbens wirken.

Die erfindungsgemäßen Materialien können mit hohen Mengen fester Teilchen beladen sein. Im allgemeinen beträgt die Beladung mindestens 20 Volumenprozent des Festkörpergehalts der erfindungsgemäßen Materialien. Bei Einsatz dieser Materialien zur Reinigung von Luft oder anderer Medien kann die Beladung jedoch auch niedriger liegen. Im allgemeinen liegt jedoch die Beladung bei vorzugsweise mindestens 30 Volumenprozent. Für viele Einsatzzwecke ist eine höhere Beladung, beispielsweise eine Beladung von 50 Volumenprozent, erforderlich.

Die besondere Art der Bindung der festen Teilchen in den erfindungsgemäßen Materialien äußert sich in den hohen Beladungen, die erreicht werden können. Bei einer Beladung von 75 Volumenprozent beträgt das Volumen der festen Teilchen das 3-fache, bei einer Beladung von 95 Volumenprozent fast das 2Ofa-, ehe, bei einer Beladung von 9.9 Volumenprozent fast das 100fache und bei einer Beladung von 99»5 Volumenprozent fast das 20Ofache des Volumens der Mikrofasern_e Diese hohen Beladungen werden ohne Verwendung eines Bindemittels oder Ilaftvermittlers sowie

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ohne Benetzen der festen Teilchen durch geschmolzene oder klebrige Mikrofasern erreicht.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Materialien besteht darin, daß diese im Vergleich zu entsprechenden, jedoch keine festen Teilchen enthaltenden Materialien einen nur wenig höheren Druckabfall verursachen. Dabei ist unter einem entsprechenden Material ein vliesstoffartiges Material zu verstehen, das unter den gleichen Bedingungen hergestellt worden ist und aus den gleichen Mikrofasern besteht wie das erfindungsgemäße Material, ohne jedoch im genannten Luftstrom dem System feste Teilchen zuzuführen. In vielen Fällen ist der durch ein erfindungsgemäßes Material verursachte Druckabfall sogar niedriger als bei einem entsprechenden, keine festen Teilchen enthaltenden Material, was wahrscheinlich auf ein leichtes Aufweiten der vliesstoffartigen Anordnung der Mikrofasern durch die Anwesenheit der festen Teilchen zurückzuführen ist. Ist der durch ein erfindungsgemäßos Material verursachte Druckabfall größer als der Druckabfall eines entsprechenden Materials, das keine festen Teilchen enthält, beträgt der Druckabfall im erfindungsgemäßen Material im allgemeinen höchstens 200 ?o, vorzugsweise höchstens 125 °/°_t des ohne feste Teilchen verursachten Druckabfalls.

Die erfindungsgemäßen Materialien können wie entsprechende bekannte Materialien in Atemschutzgeräten eingesetzt werden. In einer praxisgerechten Ausführungsform wird dazu eine Gesichts— • maske verwendet, die in der US-PS 3 333 585 beschrieben ist,

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wobei im allgemeinen, zusätzlich ein Material eingelegt wird, das zwischen dem erfindungsgemäßen Material und der die Gesichtsmaske tragenden Person angeordnet ist.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Die Ergebnisse des Druckabfalls wurden bei Anströmgeschwindigkeiten von 17 cra/Sekunde gemessen.

Beispiele 1 bis 8

Es werden erfindungsgemäße Materialien unter Verwendung von Mikrofasern aus Polypi-opylen mit mittleren Durchmessern von etwa 5 Mikrometer sowie von festen Teilchen aus Aktivkohle unterschiedlicher Größen und Mengen in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 hergestellt. Die Düsenköpfe, aus denen die Mikrofasern austreten, weisen einen Abstand von 15 cm auf und sind so angeordnet, daß die Ströme der Mikrofasern mit der Horizontalen

einen Yinkel von 20 bilden,, Die beiden Ströme der Mikrofasern überlagern sich in einer Entfernung von 20 cm und treffen in einer Entfernung von 30 cm von den Düsenköpfeii auf die Auffangvorrichtung. Das die Mikrofasern bildende Polymerisat wird in einer Menge von 0,07 kg pro Stunde pro cm der Länge der Düsenöffnung extrudiert, wobei durch die für die Luft vorgesehenen Bohrungen in den Düsenköpfen heiße Luft mit einer Temperatur von 415 C und einer Menge von I98O Liter/Minute geblasen wird.

Es werden drei verschiedene Proben (Typ A, B und C) von Aktivkohle als feste Teilchen eingesetzt. Typ A weist eine Teilchen-

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größe von 37 bis 177 Mikrometer, Typ B eine Teilchengröße von 105 bis 297 Mikrometer und Typ G eine Teilchengröße von 595 bis 2000 Mikrometer auf. Die .Aktivkohleteilchen werden dem Gebläse in einer Menge von 0,45 kg/Minute zugeführt. Die Geschwindigkeit der das Gebläse verlassenden Luft beträgt etwa 15OO m/Minuteο

In Tabelle I sind Eigenschaften der hergestellten erfindungsgemäßen Materialien angegeben.

	Gewicht der Mikr0fasern, mg/cm	Tabelle	Σ	Festkörper gehalt im Endprodukt,' Volumprozent	Druckab fall im Endprodukt, mm Wasser säule	Aktiv kohle
	6,13	Aktivkohle	2,5	10	A
Beispiel	Il	Gewicht, mg/ cm	11,7	10	A
1	Il	0,32	14,9	10	A
2	Il	1,61	24,2	10	- A-
3	Il	2,58	33,5	10	A
4	Il	• 3,87	66,3	13	A
5	Il	6,13	78,2	10	B .
6	It	23,9	86,5	8,5	C
7	Vergleichs beispiel 1 "	•43,5	0	12
8	77,4
	0

Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß erfindungsgemäße Materialien sowohl mit sehr niedriger als auch sehr hoher Beladung mit fe-

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111· · I

ti·»

sten Teilchen hergestellt werden können. Über diesen weiten Bereich unterschiedlicher Beladung bleibt jedoch der durch das erfindungsgemäße Material verursachte Druckabfall sehr nahe an dem Druckabfall, der durch ein entsprechendes, nicht mit Teilchen beladenes Material verursacht wird.

Die vorstehend hergestellten erfindungsgemäßen Materialien werden hinsichtlich der einheitlichen Verteilung der Aktivkohleteilchen geprüft. Dazu wird durch das Material trockene Luft, die eine durchschnittliche Konzentration von 90 ppm Toluol ent-

Anstromflache

hält, in einer Menge von 32 Liter pro Minute pro 81 cm /geleitet und anschließend mit einem Flammenionisationsdetektor die Konzentration des Toluols in dem das zu prüfende Material verlassenden Luftstrom gemessen. Die Ergebnisse für die erfindungsgemäßen Materialien von Beispiel 6 und 7 sind in Fig. 3 dargestellt. Aus der graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß

die Materialien, die mir 1,9 g bzw. 3>5 g Aktivkohle pro 81 cm

fläche
Änstrom/ des Materials enthalten, das Toluol vollständig aus der Luft abtrennen, bis ein plötzliches Durchbrechen des Toluols auftritt. Der steile Anstieg der Kurven läßt erkennen, daß in den erfindungsgemäßen Materialien keine "schwachen" Stellen vorliegen, sondern im wesentlichen die gesamte Menge der vorliegenden Aktivkohle mit Toluol gesättigt wird, bevor dieses durchbricht.

Beispiele 9 bis 10

Gemäß Beispielen 1 bis 8 werden weitere erfindungsgemäße Materialien hergestellt. Das Polymerisat wird dabei in einer Menge

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von 0,1 kg pro Stunde pro cm aus den Öffnungen der Düsenköpfe ausgetragen, aus denen gleichzeitig heiße Luft mit einer Temperatur von 440 C in einer Menge von I7OO Liter/Minute geblasen wird«. Es wird Aktivkohle mit einer Teilchengröße von 105 bis 297 Mikrometer in verschiedenen Mengen pro Zeiteinheit eingesetzt. Die Geschwindigkeit der die festen Teilchen transportierenden Luft beträgt 5400 m/Minute. Die hergestellten Milcrofasern weisen einen mittleren Durchmesser von 5 Mikrometer auf. In der Tabelle II sind Eigenschaften der hergestellten Materialien zusammengefaßt.

	Gewicht der Mikr 0 fa s e rn, mg/cnr	Tabelle	II	Fe s■ tkörper— gehalt im Endprodukt, Volumprozent	Druckabfall im Endpro dukt, mm Was sersäule
	Vergleichs- beispiel 2 6,45 9 6,45 10 6,45		Aktivkohle	O 66 81	12 11,8 7,9
Beispiel	Gewicht, mg/ cm
	0 24, 53,
	,5 ,5

Das erfindungsgemäße Material von Beispiel 9 wird auf sein Adsorptionsvermögen für Toluol geprüft, wobei ein durchschnittlich 330 ppm Toluol enthaltender^ Strom trockener Luft in einer

Anstromfläche Menge von 14 Liter/Minute und eine / des zu prüfenden Ma-

2
terials von 81 cm verwendet werden. Zu Beginn des Versuchs enthält die das zu prüfende Material verlassende Luft eine Konzentration von 5 ppm Toluol, die"10 Minuten aufrecht erhalten wirde Dann verliert das Material rasch an Adsorptionsvermögen,

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bis nach 17 Minuten die gefilterte Luft 90 ppm Toluol enthält.

Beispiele 11 bis 1 4

Gemäß Beispielen9 und 10 werden erfindungsgemäße Materialien hergestellt, wobei jedoch die heiße Luft nur in einer Menge von 1130 Liter/Minute aus den Düsenköpfen geblasen wird. Dadurch werden Mikrofasern mit einem Durciamesser von 10 Mikrometer erhalten. Um unterschiedliche Beladungen der erfxndungsgemäßen Materialien zu erreichen, werden unterschiedliche Mengen Aktivkohle zugeführt. Die Geschwindigkeit des Luftstroms, der die Aktivkohle transportiert, wird auf 2400 m/Minute reduziert. Die Ergebnisse sind in Tabelle ΣΙΙ zusammengefaßt.

Tabelle JII Akt ivkohle

Gewicht der Festkörper- Druckabfall

Beispiel Mikrofasern, Gewicht, gehalt im im Endprodukt, mg/cm mg/cm Endprodukt, mm Wassersäule

Volumprozent

Vergleichs beispiel 3	5,15	O	0
11	5,15	16,2	61,2
12	5,15	28,4	73,6
Vergleichs beispiel 4	3,87	O	0
13	3,87	30,3	79,8
14	3,87	22,6	74,7

Die Porosität und die durchschnittliche Porengröße erfindungsgemäßer Materialien werden mit Hilfe von Quecksilber nach

509850/0648

einem porosimetrischen Verfahren bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV mit weiteren Daten erfindungsgemäßer Materialien zusammengefaßt.

509850/0648

Beispiel

Gesamte Schüttge-Porosität, wicht des

°/o Endpr ο dukt e s ,

Vergleichsbeispiel 2

9
10

Vergleichsbeispiel 3

11

Vergleichsbeispiel 4

13

85,3 70,6

61,5

78
55,8

50
41

0,14

0,27 0,38

0,19 0,42

0,44 0,58

Tabelle IV	Fasern	Gewicht, m,i?/cm	Aktiv kohle	Druckabfall" im Endprodukt, ' mm Wassersäule
Durchschnittliche Größe, pm	4,6	Endpro dukt	0	12
Poren	4,6	6,45	24,5	11,8
27	4,6-	It	53,5	7,9
50	10	It	0	4,5
59	10	5,15	16,1	3,8
52	11	Il	0	2,5
59	1.1	3,87	30,3	3,5
60		Il
49

Aus Tabelle IV 1st ersichtlich., daß die Porosität des geprüften Materials mit zunehmender Beladung mit festen Teilchen abnimmt α Das Schuttgewicht nimmt mit steigender Beladung mit festen Teilchen zu, da die Dichte der Aktivkohle etwa das Doppelte der Dichte des aus Polypropylenfasern bestehenden Trägermaterials beträgt. Berechnungen für das gemäß Beispiel 13 erhaltene erfindungsgemäße Material ergeben, daß dieses Material in seinen Eigenschaften einer Schicht aus Aktlvkohleteilchon nahekommt .

Beispiele 15 bis 18

Gemäß Beispielen 11 bis 14 werden weitere erfindungsgemäße Materialien unter Verwendung von festen Teilchen verschiedener Größe hergestellt, wobei jedoch die Geschwindigkeit des die festen Teilchen transportierenden Luftstroms 1500 m/Minute und die Menge der zugeführten festen Teilchen verschieden eingestellt werden. Die hergestellten Mikrofasern weisen einen mittleren Durchmesser von 10 Mikrometer auf. Die eingesetzten festen Teilchen bestehen aus Aktivkohle der Teilchengröße 1,41 bis 0,84 nun, wobei aus dieser Teilchengröße durch Mahlen weitere Fraktionen der Teilchengröße hergestellt werden» Es werden somit feste Teilchen der nachstehend angegebenen Größe verwendet:

Typ 1 1,41 bis 0,84 mm ■

Typ 2 0,84 bis 0,21 mm

Typ 3 0,21 bis 0,105 mm

Typ 4 0,053 bis 0,037 mm.

509850/0648

- 26 -

In nachstehender Tabelle V sind Eigenschaften der hergestellten erfindungsgemäßen Materialien angegeben.

Gewicht der
Beispiel Milcrofasern,
mg/cm

15 3,87

16 4,0

17 ■ 4,2

18 4,35

Vergleichs-

beispiel 5 4,50

Tabelle V Aktivkohle

Festkörper- Druckabfall .Aktiv-Gewicht, gehalt im im Endpro- kohle mg/cm*- Endprodukt, dulct," mm

Volumprozent Wassersäule

43,2
39,2
10,0
6,65

85
83,2

54,5
43,3

2,5

2,8

3,3 4,9

Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß mit der Größe der eingesetzten festen Teilchen auch deinen Menge abnimmt, mit der die Mikrofasern jeweils gleicher Größe und gleichen Gewichts beladen werden können. Jedoch entsprechen die vorstehend angegebenen Ergebnisse nicht der maximalen Beladung, die mit den angegebenen festen Teilchen und Mikrofasern erreicht werden kann. Für jede Größe der festen Teilchen müssen die Verfahrensbedingungen, wie Geschwindigkeit der Luft zum Transport der festen Teilchen und Zugabemenge der festen Teilchen, speziell optimiert werden.

Der Druckabfall des gemäß Beispiel 18 erhaltenen erfindungsgemäßen Materials ist deutlich höhei· als der Druckabfall des Materials gemäß Vergleichsbeispiel 5, was vermutlich darauf zu-

509850/0648

Γ

- 27 -

rückzuführen ist, daß die im Beispiel 18 eingesetzten festen Teilchen der Größe 37 bis 53 Mikrometer etwa der Größe der· Poren im Trägermaterial entsprechen und dadurch diese Poren eher verschlossen als aufgeweitet werden.

Bei der Prüfung des Absorptionsvermögens gegenüber Toluol ergeben diese Beispiele unter Berücksichtigung dex" unterschiedlichen Mengen an Aktivkohle ähnliche Ergebnisse wie Beispiel

Beispiele 19 bis 20

Die erfindungsgemäßen Materialien erweisen sich als vorteilhaft, wenn eine gegebene Fläche mit einer dünnen, einheitlichen und nur einen geringen Druckabfall verursachenden Schicht von Teilchen bedeckt werden soll. Es können jedoch auch dickere Schichten der erfindungsgemäßen Materialien verwendet werden.

Es werden 7 Schichten des gemäß Beispiel 13 erhaltenen Materials kombiniert (Beispiel 19) und ergeben ein Material mit einem Gewicht an Aktivkohle von 0,215 g/cm und einem Druckabfall von 2.0,8 mm Wassersäule bei einer Anströmgeschwindigkeit von 17,5 cm/Sekunde, Das durch Übereinanderlegen der Schichten erhaltene höhere Gewicht an Aktivkohle kann auch direkt durch Herstellen eines entsx?rechend dicken erfindungsgemäßen Materials erhalten werden.

Xn einem weiteren Versuch (Beispiel 2θ) werden h gemäß Beispiel 15 und 2 gemäß Beispiel 13 erhaltene Materialien zu einem

Material mit einem Gewicht an Aktivkohle von 0,235 g/cm und

^L -¹

50985G/Ö648 ■-.■''

einem Druckabfall von 14 mm Wassersäule bei der gleichen Anströmgeschwindigkeit kombinierte In Tabelle VI sind die Ergebnisse der Untersuchung zusammengefaßt, bei der die vorgenannten kombinierten Materialien auf ihr Absorptionsvermögen gegenüber Toluol geprüft worden sind. Dabei tritt ein Luftstrom von 14 Li

Anstrom-

ter/Minute durch eine/fläche von 81 cm des zu prüfenden Materials, wobei der Luftstrom 250 ppm (Beispiel 19) bzw, 350 ppm (Beispiel 20) Toluol enthält.

Tabelle VI

Beisp.19 Beisp.2O

Zeit, min

Menge Toluol im Abstrom, ppm

0 0 0

50 0 0

100 0 0

110 2 5

120 8 10

130 25 20«

140 55 32

Die vorstehenden Ergebnisse erweisen sich als günstig im Vergleich zu einer normalen Schicht aus Aktivkohle, wobei jedoch die erfindungsgemäßen Materialien einen deutlich geringeren Druckabfall aufweisen als eine normale Schicht aus Aktivkohle.

Die erfindungsgemäßen Materialien können leicht anderen Anwendungszwecken angepaßt werden, bei denen die Oberfläche und das

509850/0648

r ■

- 29 - "

Gewicht der* festen Teilchen pro Querschnittsflache erhöht werden soll. Dies kann beispielsweise durch ziehharaionikaartiges Falten des erfindungsgemäßen Materials erfolgen.

Beispiel 2 1

Es werden die Größenverteilung in den festen Teilchen, die im Beispiel 10 eingesetzt werden, und die Größenverteilung in den festen Teilchen, die aus dem gemäß Beispiel 10 erhaltenen er-, findungsgemäßen Material wieder abgetrennt worden sind, verglichen. Die aus dem Material wieder abgetrennten festen Teilchen worden durch Zerreißen, ¥aschen und Behandeln mit Ultraschall des erfindungsgemäßen Materials in einem mit einem Netzmittel versehenen Wasserbad erhalten. Die Verteilung der Teilchengrößen wird jeweils durch Auszählen einer beliebigen Probe unter einem Mikroskop ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII zusammengefaßt.

509350/0648

Menge der Teilchen, die größer sind als nebenstehende Teilchengrößen, °/o

10 20 30 40 50 6o 70 80 90 95

- 30 -	Teilchengröße, um	248
Tabelle VII	aus dem Endprodukt Teilchen als erhaltene Teilchen Ausgangskompo nente	230
	235	203
	215	188
188	175
170	159
16O	140
148	128
135	110
121	85
108	20
85
30

Beispiel 22

Die Zugfestigkeit von Streifen aus erfindungsgemäßen Matez-ialien wird mit der Zugfestigkeit entsprechender, nicht mit festen Teilchen beladener Materialien verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle VIII zusammengefaßt.

509850/0648

- 31 -

Tabelle VIII

Beispiel	Zugfestxgkeit, kg/cm Breite
Vorgleichs- beispiel 2	1
9	0,9
Vergleichs beispiel 4	0,5
13	0,36
15	0,44

Vergleichsbeispiel 5

0,5

Gewichtsverhältnis Aktivkohle zu Mikrofasern

3,8 : 1

8 : 1 11 : 1

Aus dex- Tabelle ist ersichtlich, daß die Zugfestigkeit der mit keinen festen Teilchen beladonen Materialien durch die Beladung mit festen Teilchen bis zu über* 90 °/o des Gesamtgewichts des Materials nur um weniger als 25 °/o abnimmt.

Beispiel 23

- Mehrere gemäß Beispiel. 13 erhaltene erfindungsgemäße Materialien werden zu einem entsprechend dickeren Material übereinan— dergelegt« Das dickere Material wird mit Schichten aus Aktivkohle verglichen, die in einem entsprechenden Behälter angeordnet sind und die gleiche Art und die gleiche Menge an Aktivkohle enthalten wie das erfindungsgemäße Material. Die Teilchen der Aktivkohle weisen eine Größe von 297 bis 105 Mikrometer, die Schichten eine Dicke von je 0,75 ^cm und das mehrschichtige erfindungsgemäße Material eine Dicke von 1,75 cm auf. Sowohl bei

609850/06Λ8

- 32 -

den Schichten als auch beim erfindungsgemäßen Material beträgt

die instroraflache jeweils 81 cm , Die Aktivkohle liegt jeweils

in einer Menge von 25,5 S vor.

Es ist schwierig, derart dünne Schichten aus Aktivkohle herzustellen und während des Versuchs zu erhalten, wie nachstehend erläutert wird. Dabei zeigt sich erneut die Überlegenheit 'der erfindungsgemäßen Materialien gegenüber normalen Schichten fester Teilchen, Die ersten beiden Versuche zur Prüfung des AcI-Sorptionsvermögens einer dünnen Schicht aus Aktivkohle schlagen fehl, da der den Schichten aus'Aktivkohle im Gemisch mit Luft zugeführte Toluoldampf sofort durch die Schichten hindurchtritt. Die Ursache dafür ist vermutlich das ¥andern der Aktivkohleteilchen in der Schicht. In einem weiteren Versuch wird die entsprechende Schicht aus Aktivkohle zwischen zwei Schichten aus Schaumgummi gehalten, wobei jedoch Teilchen in den Schaumgummi eiri~ dringen. In einem weiteren Vorsuch wird zwischen die Schicht aus Aktivkohle und den Schichten aus Schaumgummi jeweils eine Matte aus geblasenen Mikrοfasern angeordnet, wodurch ein Bewegen der Schicht aus Aktivkohle verhindert wird.

Die Schichten aus Aktivkohle und das erfindungsgemäße Material werden einem tx-ockenenLuftstrom von 32 Liter/Minute ausgesetzt, der etwa 400 ppm Toluol enthält. Während der ersten kO Minuten des Versuchs werden in dem die Schicht aus Aktivkohle verlassenden Gasstrom 1 bis 2 ppm Toluol festgestellt, worauf diese Menge rasch ansteigt und nach 70 Minuten 10 ppm, nach 90 Minuten 30 ppm und nach 100 Minuten 65 ppm Toluol erreicht. Demgcgon-

SOSaSO/0648

^Γ -33- ^Π

über wird beim erfindungsgemäßen Material während der ersten 70 Minuten des Versuchs in dem das Material verlassenden Gasstrom kein Toluol, nach 87 Minuten 8 ppm und nach 100 Minuten 60 ppm Toluol festgestellt. Der Druckabfall an jeder der 3 untersuchten Schichten aus Aktivkohle beträgt bei einer Strömungs geschwindigkeit von 42 Liter/Minute mehr als das Doppelte des Druckabfalls, der durch das erfindungsgemäße Material hervorgerufen wird.

Beispiele 2 4 bis 28

Ein erfindungsgerriäßes Material, das mit festen Teilchen aus Alximiniumoxid der Größe 37 bis 149 Mikrometer beladen ist, wird mit einem üblichen, nicht gewebten Material, das die gleichen festen Teilchen enthält, bezüglich des Absorptionsvermögens gegenüber Fluorwasserstoff verglichen. Das bekannte Material enthält ein Gemisch von Fasern aus Polyäthylenterephthalat der Dicke 16, 8 und 6 Denier. Das Aluminiumoxid wird in das lockere Gefüge dieser Fasern eingearbeitet. Das dabei entstehende bekannte Material wird gepreßt und an den Kanten durch Hitze versiegelt.

Das zum Vergleich eingesetzte erfindungsgemäße Material wird im wesentlichen in einer Vorrichtung gemäß Fig_o 1 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß nur ein Düsenkopf eingesetzt wird.

Das aus Polyester bestehende Material enthält feste Teilchen in einer Menge von 0,008 g/cm , das erfindungsgemäße Material

L . J

509850/06A8

~" 34 —

2
enthält diese Teilchen nur in einer Menge von 0,004 g/cm

Anstromflache.

Eine Probe des bekannten Materials und eine Probe des erfindungsgemäßen Materials weisen jeweils eine Anstromfläehe von

171 cm auf und werden jeweils einem trockenen Luftstrom von 16 Liter/Minute ausgesetzt, der Fluorwasserstoff in den in
nächstehendeχ- Tabelle XX angegebenen Mengen enthält. Die Konzentrationen des Fluorwasserstoffs in dem zuströmenden sowie in dem von der untersuchten Probe abgeführten Luftstrom werden dadurch bestimmt, daß jeweils ein Teil des entsprechenden Luftstroms durch Fasser geleitet und dort mit einer speziellen,
auf Fluorionen ansprechenden Elektrode die Änderung der Fluorwasserstoffkonzentration gemessen wird» Bei niedi"igen Konzentrationen (weniger als 100 ppm) ist die Aus gangs sj>annung der genannten Elektrode der bestimmten Konzentration dii'ekt proportional» Die Versuche werden jeweils beendet, wenn die von den untersuchten Materialien abgeführten Gasströme mehr als
5 ppm Fluorwasserstoff enthalten. Die Ergebnisse sind in TabeJ--Ie IX zusammengefaßt.

509350/0648

Tabelle XX

zugeführte durch- Zeit bis zum Nach- .

Beispiel schnittH-iclie Kon- lassen der Absorp- ppm y^ Stun-

zentration an Fluor- tionswirkung, den

wasserstoff, ppm Stunden

122,	5
122,	5
100,	8
100,	8
14O,	7

24 17,5 7 .

25 17,5 - 7

26 22,4 4,5

27 22,4 4,5

28 33,1 4,25

Bekanntes, Polyester-haltiges Material:

A 32,4 1,5 48,6

B 32,4 1,75 56,7

C 31,2 1,75 54,6

D 31,2 2,25 70,2

Ein mit festen Teilchen aus Aluminiumoxid beladenes erfindungsgemäßes Material, das auch in diesem Beispiel verwendet worden ist, wird in ein Atemschutzgerät eingesetzt und in seiner ¥ir— kung gegen Fluorwasserstoff geprüft. Durch das Atemschutzgerät wird die Konzentration des Fluorwasserstoffs in der Luft so weit vermindert, daß die durch das Atemschutzgerät eingeatmete Luft physiologisch unbedenklich ist,

Beispiel 29

Ein gemäß Beispiel 16 erhaltenes er fin'dungs gemäßes Material wird mit oinom üblichen Kohlenstoff enthaltenden Papier ver-

L --- J

5098-50/0648

• '; ^π

glichen. Das Papier enthält 55 Gewichtsprozent Kohlenstoff mit einer durchschnittliehen Größe von kO Mikrometer dispergiert.

Proben der genannten Materialien mit einer Anstromfläche von

2
jeweils 81 cm werden bei einer Anströmgeschwindigkeit von

17,5 cm/Sekunde auf ihren Druckabfall geprüft. Auch wird das Adsorptionsvermögen der genannten Materialien festgestellt, wobei ein trockener Luftstrom von Ik Liter/Minute eingesetzt wird, der im Fall des Papiers durchschnittlich kO ppm Toluol, im FaIl des erfindungsgemäßen Materials durchschnittlich 36Ο ppm Toluol . enthält . Die Ergebnisse sind in Tabelle X zusammengefaßt.

Tabelle X

Beladung Druckabfall Nach verschiedenen Zeiten (min) Beispiel mg/cm mm Wasser— durch die Probe hindurchgetre-

säule tene Mengen Toluol»

1 3 4 10 15 20 min

Papier 14 30 25 100 250 -

7 38,8 10,5 0 0 0 30 100 200

B e i s ρ i el e 30 bis 3 k

Es werden erfindungsgemäße Materialien unter Verwendung von Mikrofasern aus Polypropylen mit einem mittleren Durchmesser von 5 Mikrometer und festen Teilchen aus Aktivkohle der Größe 800 bis 1500 Mikrometer hergestellt. Zur Herstellung wird eine Vorrichtung im wesentliehen gemäß Fig. 1 eingesetzt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Düsenköpfe, aus denen Mikrofasern austreten, und die Düse, aus der die feston Teilchen austreten, derart über der Oberfläche der Auffangvorrichtung angeordnet

SÖS8SÖ/0648

sind, daß die festen Teilchen senkrecht auf die Oberfläche der Auffangvorrichtung auftreffen. Die beiden Düsenkopfe sind voneinander 15 cm entfernt und erzeugen Faserströme, die sich un— . ter einem Winkel von etwa 45 und in einer Entfernung von etwa 20 cm von den Düsenköpfen überlagern. Der vereinigte Strom von Fasern und festen Teilchen trifft in einer Entfernung von 30. cm von den Düsenkopfen auf die sich bewegende Auffangvorrichtung. Das die Mikrofasern bildende Polymerisat wird in einer Menge von etwa 1,2 g pro Minute pro cm Länge der Öffnung des entsprechenden Düsenkopfs ausgetragen. Aus den entsprechenden -Bohrungen des Düsenkopfs wird Luft mit einer Temperatur von 510 G in einer Menge von 2250 Liter/Minute geblasen. Die Kohleteilchen werden in einer Menge von 100 bis 300 g pro Minute pro cm Länge der Öffnung im entsprechenden Düsenkopf in die Mischzone eingeführt. Die Geschwindigkeit der Auffangvorrichtung beträgt 7 m/ Minute (Beispiele 30 und 31) bzw. 9 m/Minute (Beispiele 32 bis 34).

Es werden voluminöse, selbsttragende erfindungsgemäße Materialien hergestellt, die zu 98 bis über 99 Volumenprozent mit festen Teilchen beladen sind; vgl. Tabelle XI. Da eine Handhabung der hergestellten erfindungsgemäßen Materialien diese vor allem an den Seiton stark beansprucht und die Gefahr der Ablösung einiger fester Teilchen besteht, ist die relativ hohe Festigkeit der als Trägermaterial verwendeten Mikrofasern besonders '. vorteilhaft.

Beispiele 35 bis 38 Gemäß Beispielen 30 bis 34 werden erfindungsgemäße Materialien

509850/0648

aus Mikrofasern und Pellets aus jeweils Po l3propylen hergestellt, jedoch beträgt die Geschwindigkeit der Auffangvorrichtung 7 nx/ Minute (Beispiele 35 und 36) bzw. 9 m/Minute (Beispiele 37 und 38), Die Pellets aus Polypropylen weisen eine etwas abgeflachte zylindrische Form mit einer Länge von etwa 0,2 cm, einer Breite von etwa 0,3 cm und einer Dicke von etwa 0,2 cm auf. Die Pellets werden in Mengen von 200 bis 30O g pro Minute pro cm Länge der Öffnung im Düsenkopf zugeführt. Es werden selbsttragende erfindungsgemäße Materialien erhalten, deren Zusammensetzungen in nachstehender Tabelle XXX zusammengefaßt sind.

509850/0648

Tabelle XI

Beispiel	Gewicht der Mikrofasern, /2 mg/cm
30	1,9
31	1,9
32	1,4
33
34	1,4

Beispiel

35 36 37 38

Gewicht der Mikrofasern, mg/cm

1,8

1,8 1,36

1,36 Aktivkohle

Gewicht mg/cm*

380 146 298 197 135

Festkörpergehalt Volumverhältnis im Endprodukt, Aktivkohle zu Volumprozent Mikrofasern

Tabelle XII

99

97,5

99,1

98,6

98,0

Teilchen

111

118

Gewi cht, mg/cm

481 426 364 339

Festkörpergehalt Volumverhältnis im Endprodukt, Teilchen zu Volumprozent Mikrofasern ,

99,6 .

99,5 ■
99,6

99,5

267

237

268

249

OO

vo

Claims

- 40 Patentansprüche

Π,1 Poröse Materialien aus Fasern und festen Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine vliesstoffartige Bahn aus miteinander verbundenen schmelzgeblasenen Mikrοfasern bilden und die festen Teilchen in der vliesstoffartigen Bahn verteilt sind, wobei die festen Teilchen nur durch punlctförmige Kontakte zwischen den festen Teilchen und den Mikrofasern gehalten werden.

2. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

sie feste Teilchen enthalten, mit deren Hilfe eine Komponente

aus einem fließenden Medium abgetrennt werden kann, das durch

die Materialien hindurchtritt.

3«. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie feste Teilchen aus Aluminiumoxid enthalten,

4, Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie feste Teilchen aus Aktivkohle enthaltene

5ο Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Fasern verschiedener chemischer Zusammensetzung enthalten.

6ο Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie feste Teilchen verschiedener chemischer Z\isammensetzung , enthalten.

509850/0848

7· Materialien nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen geringeren Druckabfall verursachen als eine einheitliche Schicht aus den gleichen festen Teilchen, wie sie das genannte Material enthält, und mit gleicher Anzahl dieser festen Teilchen pro Einheit der Anstromflache.

8. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie feste Teilchen in einer Menge von mindestens 20 Volumenprozent des Festkörpergehalts des Materials enthalten,,

9. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie feste Teilchen in mindestens einer Menge von 75 Voluraenprozent des Festkörpergehalts dos Materials enthalten.

10. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie feste Teilchen in mindestens 90 Volumenprozent des Festkörpergehalts des Materials enthalten·

11. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des mittleren Durchmessers der festen Teilchen zum mittleren Durchmesser der Mikrofasern mindestens 5 ϊ beträgt„

12. Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Druckabfall verursachen, der höchstens 125 °/> des Druckabfalls beträgt, den ein entsprechendes, die festen Teilchen nicht enthaltendes Material auf den gleichen Mikrofasern hervorruft.

509ÖSÖ/Ö848

- 42 -

13. Verwendung der porösen Materialien nach Anspruch 1 in Vorrichtungen zur Reinigung von Luft.

509850/Ö6A8