DE69031052T2 - Funktionelles Papier und seine Verwendung als Deodorant, Filtermedium oder Adsorptionsmittel - Google Patents

Funktionelles Papier und seine Verwendung als Deodorant, Filtermedium oder Adsorptionsmittel

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein funktionelles Papier, das in unterschiedlichen Technologiebereichen, speziell als Deodorant, Filtermedium und Adsorptionspapier verwendet wird. Das Filtermedium kann als ein Abgasfilter in einem Abgassystem vorgesehen sein, um Abgase zu reinigen. Es kann wirksam Ruß- oder Kohlenstoffstaub aussondern und auch gasförmige Substanzen wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe adsorbieren, ohne seine Poren zu verstopfen.
  • Bisher wurden zum Entfernen von Geruchskomponenten oder Substanzen aus der Atmosphäre o.ä. viele Geruchsbeseitigungsverfahren weitläufig angewendet, und typische Beispiele der bekannten Deodorierprozesse sind (1) die Verwendung eines aromatisierenden Mittels oder Duftstoffes zum Überdecken des Geruchs, (2) die Verwendung eines Katalysators zum chemischen Zersetzen von Geruchskomponenten, um sie geruchslos zu machen, und (3) die Verwendung eines Adsorptionsmittels zum Adsorbieren und Entfernen jeglicher Geruchskomponenten. Jeder dieser drei Prozesse enthält jedoch Probleme, die gelöst werden müssen.
  • Beispielsweise kann das Aromatisiermittel manchmal einen unangenehmen Geruch erzeugen, weil es allgemein geeignet sein muß, einen gegenüber den Geruchskomponenten starken Duft abzugeben. Die katalytische Zersetzung der Geruchskomponenten ist auf nur einige Stoffe beschränkt, weil es keinen Katalysator gibt, der für alle Geruchskomponenten wirksam ist. Außerdem kann ein aktivierter Kohlenstoff als typisches Beispiel der bekannten Deodorants basische Gase wie Ammoniakgas nicht wirksam adsorbieren, obwohl er praktisch alle anderen Geruchskomponenten adsorbiert. Ferner muß aktivierter Kohlenstoff bei geringer Temperatur eingesetzt werden, da er bei erhöhter Temperatur infolge Verbrennung leicht beseitigt wird. Es ist deshalb ein verbessertes Deodorant wünschenswert, das für alle Arten Geruchskomponenten wirksam ist und den Bereich möglicher Arbeitstemperaturen nicht einschränkt.
  • Im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Absorptionsmitteln als Deodorants sei bemerkt, daß bisher eine faserige Substanz wie Filterpapier oder Filtertuch, eine körnige Substanz wie aktivierter Kohlenstoff, Ton, Kies oder Kieselgur oder eine poröse Substanz wie poröse Keramik als Filtermedium eingesetzt wurden. Anscheinend werden die meisten dieser Filtermedia zum Einschluß von Feststoffen verwendet, und geeignete Filtermedia werden abhängig von dem jeweiligen speziellen auszufilternden Feststoff ausgesucht. Die bisherigen Filtermedia haben jedoch einige Nachteile.
  • Der aktivierte Kohlenstoff wurde häufig als Filtermedium verwendet, da er eine ausgezeichnete Adsorptionsfähigkeit hat. Da er jedoch für öllösliche Substanzen und übelriechende Komponenten wie Ammoniak nicht adsorptionsfähig ist, kann er zum Aussondern dieser Substanzen und Komponenten aus Gas oder Flüssigkeit nicht verwendet werden.
  • Kürzlich wurde ein Membranfiltersystem entwickelt, das jedoch hohe Produktionskosten verursacht, da die Verwendung einer Ultrafiltriermembran oder einer Umkehrosmosemembran wichtig ist. Andererseits wurde auch ein bakterielles Filter wie das Seitz-Filter entwickelt. Der Einsatz dieses Filters ist jedoch auf das Aussondern von Bakterien begrenzt, und das Filtrieren erfordert die Anwendung reduzierten Drucks oder einer Zentrifugalkraft. Wie hieraus und aus der vorstehenden Erläuterung hervorgeht, können die bisherigen Filtermedia nur für einen begrenzten Bereich zum Filtern der Substanzen eingesetzt werden oder erfordern kostspielige Filtereinrichtungen.
  • Betrachtet man in diesem Zusaminenhang ein vorbekanntes funktionelles Papier, so ist festzustellen, daß bei der Produktion konventioneller weißer Papiere ein Füllmittel verwendet wird, um die Undurchsichtigkeit, Weichheit, leichte Beschreibbarkeit, Tintenaufnahmefähigkeit und andere Papiereigenschaften zu verbessern. Typische Beispiele solcher Füllmittel sind Ton, Talkum, Titanweiß, Calciumcarbonat u.ä.
  • Ferner ist es auch bekannt, ein keramisches Papier aus einem Faserbrei, einem Skelettmaterial und einem Fixiermaterial in Papierproduktionstechnologie herzustellen. Die bekannten Verfahren eignen sich jedoch nicht zur Produktion keramischer Papiere mit hoher Flexibilität, die derjenigen der Normalpapiere entspricht.
  • Die JP-A-59-95931 beschreibt die Produktion von Papieren mit speziellen Funktionen entsprechend dem speziellen Verfahren. Die nach diesem Verfahren hergestellten Papiere enthalten fein verteilte Teilchen aus kristallinem Aluminiumorthophosphat und zeichnen sich durch ihr gutes Adsorptionsvermögen für Geruchskomponenten oder -substanzen aus. Diese funktionellen Papiere können Geruchssubstanzen wie Ammoniak, jedoch keine anderen Geruchssubstanzen wirksam adsorbieren.
  • Außerdem wurden in jüngerer Zeit weitläufig Entwicklungen und Forschungen für ein Abgasfilter sowie ein Filtermedium und eine Filterpatrone für das Filter durchgeführt, um Luftverschmutzung zu verhindern.
  • Abgase einer Brennkraftmaschine o.ä., beispielsweise Automobilabgase, enthalten Stickoxide NOx, Ruß- oder Kohlenstoffstaub, Kohlenmonoxid CO, Kohlenwasserstoffe und andere gasförmige Substanzen. Da diese Substanzen wegen ihrer Luftverschmutzung problematisch sind, wird heute die Abgabe der Abgase in die Atmosphäre durch Luftverschmutzungsvorschriften oder ähnliche Regelungen begrenzt. Die gegenwärtige Vorschrift richtet sich allgemein auf die Steuerung nur der Stickoxide. Eine neuere Tendenz besteht jedoch darin, auch die Rußstäube, das Kohlenstoffoxid und die Kohlenwasserstoffe einer Dieselmaschine zu verringern.
  • Bisher war es zur Entfernung feiner Stäube wie Rußstäube aus den Abgasen der Dieselmaschine üblich, die Abgase durch ein poröses Filter wie Cordierit oder ein faseriges Filter aus Quarzglasfasern oder Metallfasern zu leiten. Die Stäube werden mit diesem porösen oder faserigen Filter physikalisch zurückgehalten und dann zum Verbrennen erhitzt. Das poröse oder faserige Filter hat aber den Nachteil, daß der Gegendruck durch häufiges Blockieren der Poren des Filters erhöht wird. Es ist auch üblich, ein poröses Filter mit vielen offenen Poren zu verwenden, in dem jeder Gasdurchgang mit einem Oxidationskatalysator beschichtet ist. Durch den komplizierten Produktionsprozeß hat das poröse Filter hohe Herstellkosten und außerdem einen geringen Filterwirkungsgrad für Stäube.
  • Es ist auch die Verwendung von Calciumphosphatverbindungen als Deodorant, Füllmittel und Absorptionsmittel bekannt.
  • Die JP-A-61-47401 beschreibt eine Dauertrennsubstanz, hergestellt durch Anhaften des Trennmaterials, z.B. eines Deodorants an einem Träger, der aus einer Calciumphosphatverbindung besteht. Die Calciumphosphatverbindung selbst wird jedoch nicht als Deodorant verwendet, sondern als Trägermaterial, an dem das Trennmaterial, z.B. ein Deodorant, anhaftet.
  • In EP-A-274 608 und DE-A-37 22 102 ist ein Adsorptionsmaterial auf der Basis einer Calciumphosphatverbindung beschrieben, das im Packungszustand in einem chromatographischen System verwendet wird. Diese Fälle betreffen jedoch kein funktionelles Papier.
  • Die WO-A-81/02 891 beschreibt eine Zusammensetzung mit einem Deodorisiermittel, das ein geruchsloses Ammoniaksalz erzeugt, wodurch gasförmiges Ammoniak aus organischen Abfällen entfernt wird.
  • Die US-A-3 342 669 beschreibt ein Pappenmaterial, das Calciumaluminiumphosphat und Silikat enthält.
  • Die SU-A-854 965 [WPI 82-45710 E] beschreibt ein Papier, das SiO&sub2;, TIO&sub2;, Tricalciumphosphat und Phosphorgips enthält.
  • Die JP-A-59 059 999 [WPI 84-123694] beschreibt Aluminiumphosphat als Füllmittel. Die Absorptionseigenschaften beispielsweise von Aluminiumphosphat und Calciumphosphat stimmen jedoch nicht überein.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes funktionelles Papier anzugeben, das alle Arten übelriechender Komponenten einschließlich Ammoniak adsorbieren und aussondem kann und bei niedrigen und hohen Temperaturen einsetzbar ist.
  • Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein funktionelles Papier anzugeben, das einen weiten Bereich von Adsorptionsfunktionen hat und daher bei der Adsorption von Ammoniak und anderen Geruchssubstanzen verwendbar ist, außer der allgemeinen Verwendung von Papieren als Schreibpapier, Druckpapier und Packpapier.
  • Ferner soll ein verbessertes funktionelles Papier angegeben werden, das sich als Vielzweckpapier eignet.
  • Außerdem soll die Erfindung zu einem verbesserten funktionellen Papier führen, das als Filtermedium verwendet werden kann, welches seine Poren nicht verstopft, leicht herstellbar ist und einen hohen Aussonderungsgrad für Ruß- oder Kohlenstoffstäube sowie andere Stäube hat und außerdem eine hohe Adsorptionsleistung (Wirkung) für gasförmige Substanzen wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe zeigt.
  • Die vorstehend beschriebenen sowie andere, aus der folgenden Beschreibung noch hervorgehende Ziele der Erfindung können durch ein funktionelles Papier nach Anspruch 1 erreicht werden.
  • Das funktionelle Papier nach der Erfindung hat einen blattformigen Träger für Pulver, Körner oder poröse Körner einer Calciumphosphatverbindung. Vorzugsweise liegt die Calciumphosphatverbindung als Sekundärteilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 30 µm vor.
  • Das funktionelle Papier nach der Erfindung kann ein Filterblatt mit einer blattförmigen Matrix aus organischem polymerem Material sein, in dem Körner einer Calciumphosphatverbindung mit einem molaren Verhältnis von Ca/P von 0,8 bis 2,0 dispergiert sind.
  • Ferner kann das funktionelle Papier nach der Erfindung als Filtermedium für Abgase verwendet werden.
  • Wie im folgenden eingehend beschrieben wird, werden mit der Erfindung viele Vorteile erzielt, die mit bisherigen Deodorants und anderen relevanten Mitteln und Produkten nicht erreicht werden konnten.
  • Zunächst zeigt das funktionelle Papier nach der Erfindung seine ausgezeichneten Deodoriereffekte in einem großen Arbeitstemperaturbereich und kann deshalb auf unterschiedlichen Gebieten weitläufig eingesetzt werden. Als Deodorant ist es wirksam bei der Adsorption und Separierung spezieller Gase wie Kohlenmonoxid, die mit den bisherigen Deodorants nicht ausgesondert werden konnten. Da die als Hauptkomponente vorgesehene Calciumphosphatverbindung eine weiße Farbe hat, macht das Papier einen ästhetisch vorteilhaften Eindruck und kann deshalb bei der Produktion mit Deodorants versetzter Papiere verwendet werden, beispielsweise weißer oder auch wertvoller Papiere, z.B. gefärbter Papiere und Textur- bzw. geprägter Papiere.
  • Außerdem hat das funktionelle Papier nach der Erfindung einen geringen Preis und eine einfache Struktur, kann leicht produziert und gehandhabt werden und wirksam jegliche gasförmigen Substanzen, Viren oder Bakterien sowie tierische oder pflanzliche Zellen neben Feststoffen aussondern. Da es blattförmige Struktur hat, kann es leicht in eine Filtereinrichtung eingesetzt und aus ihr entfernt und bei verringerter Adsorptionsfähigkeit frei und leicht gegen ein anderes Blatt ausgetauscht werden. Wegen dieser Vorteile kann das funktionelle Papier in unterschiedlichen Filter- und Trenneinrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise in Luftreinigungseinrichtungen, Wasseraufbereitungsanlagen, Deodoriereinrichtungen, Viren- oder Bakterienfiltern, Zellseparatoren, Serumfiltern und Masken.
  • Drittens ist das funktionelle Papier nach der Erfindung auch leicht handhabbar, da es gute Flexibilität wie ein konventionelles Papier hat. Außer seiner Verwendung als Schreibpapier, Druckpapier und Packpapier kann das funktionelle Papier auch zur Adsorption öllöslicher Substanzen eingesetzt werden, die mit einem aktivierten Kohlenwasserstoff als konventionelles Adsorptionsmittel nicht adsorbiert werden, oder zum Adsorbieren von Geruchssubstanzen einschließlich Ammoniak, da es durch spezielle Eigenschaften der Calciumphosphatverbindung als Füllmittel ein hohes Adsorptionsvermögen hat. Da die Calciumphosphatverbindung eine gute Biokompatibilität hat, kann das funktionelle Papier zum Adsorbieren biologischer Komponenten wie tierischer oder pflanzlicher Zellen, Viren, von Teilen des Zellgewebes, biopolymerer Materialien und anderer Komponenten eingesetzt werden. Mit dem erhöhten Anteil der Calciumphosphatverbindung eignet sich das funktionelle Papier auch als schwer entflammbares Papier.
  • Da das funktionelle Papier nach der Erfindung eine Calciumphosphatverbindung mit ausgezeichneter Adsorptionswirkung für Abgase enthält, kann es gasförmige Substanzen wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe außer Stäuben wie Rußstäuben wirksamen adsorbieren und gewährleistet dadurch eine merklich erhöhte Reinigungswirkung für Abgase im Gegensatz zu den bisherigen Filtermedia. Außerdem vermeidet es das Problem der Verstopfung seiner Poren.
  • Da das Filtermedium außerdem als Filterpatrone herstellbar ist, kann es leicht nach vorbestimmter Nutzungszeit ausgewechselt werden. Daher ist eine wirksame Reinigung der Abgase immer möglich, während das gebrauchte Filtermedium durch Wärmebehandlung oder eine andere Regeneriertechnik regeneriert werden kann.
  • Ferner kann das in einem Abgasfilter verwendete Filtermedium eine hohe Reinigungswirkung durch ausgezeichnete Eigenschaften des darin verwendeten funktionellen Papiers erzeugen und außerdem den Reinigungsgrad des Abgases durch die Diffusion des Abgases in dem Filtermedium beachtlich erhöhen. Zusätzlich zu diesen Vorteilen wird ein lokales Blockieren der Poren infolge Einlagern von Ruß oder anderer Stäube vermieden, da sich die Belastung gleichmäßig über das Filtermedium des Filters verteilt. Es ist nämlich möglich, die Lebensdauer des Filtermediums merklich zu verlängern und das Filter daher für lange Zeit zu verwenden. In diesem Zusammenhang ist es möglich, das gesamte gebrauchte funktionelle Papier gegen ein neues auszutauschen und es dann zu regenerieren, da die Verschmutzung des funktionellen Papiers im Filter mit demselben Grad und derselben Geschwindigkeit über den vollständigen Querschnitt erfolgt.
  • Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen weiter erläutert, in denen
  • Fig. 1 ein Querschnitt einer Filtervorrichtung mit einem funktionellen Papier nach der Erfindung und
  • Fig. 2 ein Flußdiagramm der Deodoriereinrichtung mit einem funktionellen Papier nach der Erfindung als Deodorierblatt ist.
  • Das funktionelle Papier nach der Erfindung zeichnet sich durch 10 bis 80 Gewichtsprozent einer Calciumphosphatverbindung als Füllmittel aus.
  • Bei der praktischen Realisierung der Erfindung werden Calciumphosphatverbindungen als Füllmittel verwendet. Geeignete Calciumphosphatverbindungen sind Apatite wie Hydroxylapatit oder Fluorapatit, Tricalciumphosphat und Tetracalciumphosphat. Diese Verbindungen können allein oder in Kombination eingesetzt werden.
  • Die Calciumphosphatverbindung wird allgemein als Pulver verwendet, und dieses enthält vorzugsweise Sekundärteilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 30 µm. Die Teilchengröße unter 0,1 µm sollte vermieden werden, da sie einen Durchgang des Pulvers gemeinsam mit Wasser des Faserbreis durch ein Netz der Papiermaschine verursacht. Andererseits verhindert eine Teilchengröße über 30 µm eine gleichmäßige Dispersion des Füllmittelpulvers in dem Papier durch ein zu hohes Gewicht. Vorzugsweise werden die Sekundärteilchen aus Primärteilchen mit einer Teilchengröße von 100 bis 10.000 Å durch Aggregation oder Sintern hergestellt.
  • Bei dem funktionellen Papier nach der Erfindung ist wichtig, daß die vorstehend beschriebene Calciumphosphatverbindung als Füllmittel mit einem Anteil von 10 bis 80 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge Papier, verwendet wird. Ein Anteil des Füllmittels von weniger als 10 Gewichtsprozent reicht für die erwarteten Funktionen des funktionellen Papiers nicht aus, während ein Anteil von mehr als 80 Gewichtsprozent das Erzeugen papierartiger Produkte erschwert.
  • Für beste Ergebnisse kann der Anteil der Calciumphosphatverbindung in dem oben genannten Bereich von 10 bis 80 Gewichtsprozent abhängig von dem speziellen Einsatzzweck des funktionellen Papiers weitläufig verändert werden. Dies liegt daran, daß die Adsorptionseigenschaft des funktionellen Papiers von der Calciumphosphatverbindung abhängt und sich auch abhängig von ihrem Anteil ändert, während die Calciumphosphatverbindung eine hohe, jedoch unterschiedliche Adsorptionsfähigkeit für eine Vielzahl Substanzen hat, einschließlich tierischer oder pflanzlicher Zellen, Viren, Bakterien, biopolymerer Stoffe, Geruchssubstanzen, Tabakteer u.ä.
  • Allgemein wird die Calciumphosphatverbindung allein als Füllmittel bei der Produktion des funktionellen Papiers verwendet. Sie kann aber auch gemeinsam mit konventionellen Füll mitteln wie Ton, Talkum, Titanweiß oder Calciumcarbonat verwendet werden.
  • Die Zugabe der Calciumphosphatverbindung als Füllmittel zum Papier kann vorzugsweise in einem Verfahren erfolgen, bei dem die Calciumphosphatverbindung aus einem Faserbrei in Wasser in das Papier eingelagert wird, oder in einem Verfahren, bei dem die Calciumphosphatverbindung aus einer Beschichtungslösung auf das Papier aufgebracht wird. Bei dem letzteren Verfahren kann eine Kombination des Füllmittels und eines Klebers, der eine dreidimensionale Netzstruktur erzeugen kann, als Beschichtungslösung auf ein Unterlagenpapier aufgebracht werden.
  • Jedenfalls wird zur vollen Nutzung der Adsorptionswirkung der Calciumphosphatverbindung diese ohne eine Oberflächenbeschichtung verwendet. Ferner sollen die Teilchen der Calciumphosphatverbindung als Füllmittel einen größeren Oberflächenbereich haben. Dieser kann erzielt werden, wenn die Teilchen so aggregiert oder gesintert werden, daß sich fein verteilte poröse Teilchen mit einer Teilchengröße von 1 µm oder weniger ergeben, die eine Vielzahl feiner Poren haben. Vorzugsweise haben die Füllmittelteilchen eine spezifische Oberfläche von 1 bis 150 m²/g, und die beste spezifische Oberfläche kann durch Einstellen der Porengröße der Teilchen in geeigneter Weise gewählt werden.
  • Wie zuvor beschrieben, kann bei dem Einlagerungsverfahren ein gewählter Anteil des Füllmittels in einen Faserbrei mit großem Wasseranteil eingebracht werden. Falls erwünscht, kann ein Fixiermittel eingegeben werden, um ein Ausfließen des Füllmittels aus der Papiermaschine zu verhindern. Geeignete Fixiermittel sind beispielsweise ein modifiziertes Polyethylenimin, modifiziertes Polyacrylamid, Natriumalginat, Gummi Arabicum, lösliche Stärke, Aluminiumsulfat oder Kaliumalaun. Der Anteil dieser Fixiermittel kann abhängig von Faktoren wie Art des Fixiermittels oder Anteil der Calciumphosphatverbindung geeignet gewählt werden.
  • Das funktionelle Papier nach der Erfindung kann durch Eingabe von Pulvern der Calciumphosphatverbindung als Füllmittel sowie anderer Zusatzstoffe in einen Faserbrei produziert werden. Der Faserbrei hat vorzugsweise einen Entwässerungsgrad nach Canadian Standard von 200 bis 700 cc. Die verwendeten Zusatzstoffe sind für die Papierproduktion üblich und beispielsweise ein Leimungsmittel, ein Färbungs- und ein Festigungsmittel. Nach eingehender Mischung wird das Material einer konventionellen Papiermaschine zugeführt. Vor dem Vermischen des Füllmittels mit dem Faserbrei kann ein oberflächenaktives Mittel eingegeben werden, so daß das Füllmittel in dem Wasser des Faserbreis wirksam dispergiert wird. Das oberflächenaktive Mittel kann eines der bekannten anionischen, kationischen und nichtionischen Mittel sein, wobei auch andere Zusätze und andere Faktoren berücksichtigt werden können.
  • Das funktionelle Papier hat vorzugsweise ein Grundgewicht von 20 g/m² oder mehr.
  • Da das funktionelle Papier nach der Erfindung durch die Calciumphosphatverbindung als Füllmittel eine hohe Adsorptionsfähigkeit hat, eignet es sich prinzipiell für die folgenden Verwendungsfälle:
    • (a) Deodorants
  • Da das funktionelle Papier jegliche Geruchssubstanzen adsorbiert, kann es als Deodorant oder Desodoriseur oder als Deodorantblatt mit oder ohne Freigabe eines Parfums beispielsweise im medizinischen Bereich bei Windeln, Sanitärtüchern und Bett- und Schuheinlagen verwendet werden.
    • (b) Filtermedia
  • Bei Nutzung der Adsorptionsfähigkeit für Viren kann das funktionelle Papier als Maske verwendet werden. Ferner kann es bei Nutzung der Adsorptionsfähigkeit und Trennfähigkeit für Zellen als Filter für Serum oder Blut eingesetzt werden. Außerdem kann das funktionelle Papier als Filter zum Aussondern von Proteinen, Filtermedium für Zigaretten oder Filtermedium für Luftreiniger oder Wasserreiniger verwendet werden.
    • (c) Adsorptionsmittel
  • Da das funktionelle Papier eine gute Biokompatibilität hat und jegliche biopolymeren Substanzen adsorbiert, kann es als Filterpapier für die Elektrophorese, Filterpapier für die Proteinkonzentration oder als Substrat für die Chromatographie, z.B. als Filterpapier für die Papierchromatographie eingesetzt werden.
    • (d) Ersatzmaterialien für Biostoffe
  • Das funktionelle Papier kann als Band für das Knocheneinrichten, künstliche Haut, künstliches Blutgefäß, künstliche Luftröhre oder als Retardsystem eingesetzt werden.
  • (e) Nährmittelverpackungen.
    • (f) Artikel in der Bioindustrie
  • Das funktionelle Papier kann beispielsweise als Kulturmedium für Zellen, als immobilisierender Träger für Enzyme oder Mikroorganismen, als Substrat für Hydroponien oder als Bioreaktor verwendet werden.
    • (g) Artikel zur medizinischen Behandlung
  • Das funktionelle Papier kann beispielsweise als klinisches Testpapier, Klebeband oder als endemisches Präparat verwendet werden.
  • Als Filtermedium für Abgas reicht es für zufriedenstellende Adsorptionswirkungen aus, wenn die Calciumphosphatverbindung mindestens in den Kontaktbereichen des Filtermediums mit dem Abgas vorliegt. Allgemein wird die Calciumphosphatverbindung jedoch mit einem Anteil von 50 Gewichtsprozent oder mehr verwendet.
  • Die bei der Erfindung verwendeten Calciumphosphatverbindungen haben ein molares Verhältnis von Calcium zu Phosphor (Ca/P) von 0,8 bis 2,0. Hierzu geeignete Calciumphosphatverbindungen sind Apatite wie Hydroxylapatit oder Fluorapatit, Tricalciumphosphat und Tetracalciumphosphat. Diese Verbindungen können allein oder als Mischung mit zwei oder mehr Anteilen verwendet werden.
  • Das Filtermedium für das Abgas hat eine gute Adsorptionsfähigkeit infolge der eingelagerten Calciumphosphatverbindung und kann deshalb nicht nur Rußstäube und andere Stäube wirksam adsorbieren, sondern auch gasförmige Substanzen wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe einschließlich aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe. Da die Calciumphosphatverbindung außerdem eine gute Wasseradsorptionseigenschaft hat, kann das Filtermedium zusätzlich Wasserdampf im Abgas adsorbieren, wodurch die Gasadsorptionswirkung des Filtermediums weiter verbessert wird. Ferner kann das Filtermedium leicht durch Erhitzen und Entzünden regeneriert werden, obwohl die Adsorptionswirkung mit der Zeit während der Reinigung des Abgases verringert wird. Um dieses Entzünden des gebrauchten Filtermediums zu beschleunigen, soll vorzugsweise mindestens ein Teil der Oberfläche des Filtermediums mit einem Oxidationskatalysator beschichtet sein. Geeignete Oxidationskatalysatoren sind beispielsweise Platinkatalysator oder Platin-Rodium-Katalysator. Die Ausbildung der Katalysatorschicht kann nach jedem geeigneten Verfahren ablaufen.
  • Wie in den vorstehenden Absätzen beschrieben, kann das funktionelle Papier ausgezeichnetes leisten und daher in unterschiedlichen Typen des Filterkörpers als Abgasfilter realisiert werden. Es hat sich gezeigt, daß bei wirksamer Anordnung des Filtermediums im Filterkörper die Adsorptionswirkung des resultierenden Filters weiter erhöht wird, das Abgas über das Filter diffundiert wird und die Gasbelastung gleichmäßig auf das Filter verteilt wird, wodurch ein verbessertes Abgasfilter entsteht, das keine lokale Blockierung der Filterporen hat.
  • Fig. 1 zeigt den Querschnitt der Filtervorrichtung mit einem funktionellen Papier nach der Erfindung. Die Filtervorrichtung ist ein rechteckiger Kasten 2 mit offener Ober- und Unterseite. Diese beiden Öffnungen dienen zum Einführen übelriechender Luft in die Filtervorrichtung bzw. zum Abführen der deodorierten Luft. Es sind vier deodorierende Blätter 1 vorgesehen, und eine Kante eines jeden deodorierenden Blattes 1 ist abwechselnd an den beiden Seitenwänden des Kastens 2 befestigt. Diese abwechselnde Anordnung der Blätter 1 erzeugt eine zickzackförmige Strömung 3 der Luft. Die Filtervorrichtung wird beispielsweise in einem Klimagerät zum Entfernen üblen Geruchs aus der klimatisierten Luft verwendet.
  • Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm der deodorierenden Einrichtung, in der das funktionelle Papier nach der Erfindung als deodorierendes Blatt vorgesehen ist. Die Einrichtung enthält einen Tedlar-Plastikbeutel 11, einen Filterhalter 12 mit dem Filterblatt 12a, eine Pumpe 13, einen Strömungsmesser 14 und einen Tedlar-Plastikbeutel 15, die in dieser Reihenfolge über eine Rohrleitung miteinander verbunden sind. Die Deodoriereinrichtung dient insbesondere zum Auswerten eines Deodoriereffekts des Filterblatts.
  • Die Erfindung wird weiter mit einigen Arbeitsbeispielen erläutert, die den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken.
    • Beispiel 1
  • Ein Hydroxylapatit mit einem Ca/P-Verhältnis von 1,67 wurde nach bekanntem Produktionsprozeß synthetisiert. Das Hydroxylapatit wurde bei 700ºC gesintert, um Körner mit einer Porosität von 60 % und einer Korngröße von 1 bis 4 mm zu erzeugen. Die so erhaltenen Körner hatten eine mittlere Porengröße von 2 µm und eine spezifische Oberfläche von 40 m²/g.
    • Beispiel 2
  • Ein Calciumphosphat mit einem Ca/P-Verhältnis von 1,5 wurde bei 100ºC gesintert, um Calciumphosphatkörner mit einer Porosität von 30 % und einer Korngröße von 1 bis 4 mm zu erzeugen. Die so erhaltenen Körner hatten eine mittlere Größe feiner Poren von 300 nm, eine mittlere Größe kleiner Poren von 8 µm und eine spezifische Oberfläche von 12 m²/g.
    • Beispiel 3
  • Eine Mischung von Weichholzbrei und Hartholzbrei mit einem Gewichtsverhältnis von 7:3 wurde geschlagen, um einen Faserbrei mit einem Entwässerungsgrad nach Canadian Standard von 360 cc zu erreichen. Der Faserbrei wurde in Wasser dispergiert, um eine Konzentration von 0,3 Gewichtsprozent zu erreichen. Ein Calciumphosphat (Hydroxylapatit) mit einem Ca/P- Verhältnis von 1,67 und einer spezifischen Oberfläche von 45 m²/g sowie einer mittleren Teilchengröße von 2 µm wurde nach einem Naßverfahren hergestellt, und 0,7 Gewichtsprozent Calciumphosphat wurden in den Faserbrei eingegeben. Dann wurde entspreöhend dem Verfahren JIS P8209 ein Papier hergestellt. Dieses funktionelle Papier hatte ein Grundgewicht von 85 g/m² und einen Calciumphosphatanteil von 70 Gewichtsprozent.
    • Testbeispiel 1
  • Dieses Beispiel soll den Deodoriereffekt des nach Beispiel 3 erzeugten Papiers auswerten.
  • Das Deodorierpapier nach Beispiel 3 wurde in rechteckige Blätter mit einer Größe von 25 x 25 cm geschnitten. Diese Blätter wurden in einen rechteckigen Kasten als Filtervorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art eingesetzt. Die Filtervorrichtung wurde an den Luftaustritt des Klimageräts angeschlossen, das eine übelriechende Luft erzeugte. Bei Vorhandensein und Fehlen der Filtervorrichtung wurde ein Flächentest auf das Vorhandensein schlechten Geruchs mit sechs Flächen ausgeführt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1
  • In Fig. 1 zeigen die Pfeile in der Filtervorrichtung die Richtung der Luftströmung.
    • Beispiel 4
  • Ein Weichholzbrei wurde geschlagen, um einen Faserbrei mit einem Entwässerungsgrad nach Canadian Standard von 650 cc herzustellen.
  • Der Faserbrei wurde in Wasser dispergiert, um eine Konzentration von 0,5 % zu erzielen. Ein Anteil von 0,5 Gewichtsprozent poröser Tricalciumphosphatkörner mit einer mittleren Korngröße von 6,2 µm, einer Porosität von 63 %, einem Ca/P- Verhältnis von 1,5 und einer mittleren Porengröße von 0,1 µm wurden in den Faserbrei eingegeben. Es wurde ein Papier in einer experimentellen Papiermaschine nach einem Handproduktionsverfahren hergestellt. Das Filterpapier hatte einen Tricalciumphosphatanteil von 50 Gewichtsprozent und ein Grundgewicht von 99 g/m².
    • Testbeispiel 2
  • Dieses Beispiel soll einen bemerkenswert ausgezeichneten Deodoriereffekt der Filterpapiere nach der Erfindung auswerten. Hierzu wurde die Deodoriereinrichtung nach Fig. 2 verwendet.
  • Die Filterpapiere oder Blätter aus Beispiel 4 wurden in Scheiben mit einem Durchmesser von 45 mm geschnitten, und jede Scheibe 12a nach Fig. 2 wurde in einen Filterhalter 12 der Deodoriereinrichtung eingesetzt.
  • Ein Testgas mit 14,7 ppm Ammoniak (NH&sub4;) in einem Tedlar-Plastikbeutel 11 wurde durch das Filterblatt 12a einem Tedlar- Plastikbeutel 15 zugeführt. 10 l Testgas wurden durch das Filterblatt 12a hindurchgeführt. Zum Auswerten eines Deodoriereffekts, d.h. Entfernung von Ammoniak durch das Filterblatt wurde die Konzentration des Ammoniakgases in dem gefilterten Testgas im Tedlar-Plastikbeutel 15 mit einem Indikatorrohr bestimmt. Die Ergebnisse sind zusammen mit dem entfernten Prozentsatz Ammoniak in der folgenden Tabelle 2 enthalten. Der ausgesonderte Prozentsatz Ammoniak wurde durch das Filterblatt adsorbiert. Tabelle 2
  • Die Ergebnisse dieser Tabelle zeigen, daß 90 % oder mehr des Ammoniakgases an den Filterblättern abhängig von deren spezieller Struktur adsorbiert werden können, und insgesamt kann ein bemerkenswert ausgezeichneter Deodoriereffekt durch Anwenden der Filterblätter nach der Erfindung erzielt werden.
    • Testbeispiel 3
  • Dieses Beispiel soll den Nutzen der Filterblätter nach Beispiel 4 als Virusadsorptionsmittel zeigen. Eine flüssige Lösung des Grippevirus PR8 in einer physiologischen Kochsalzlösung wurde als Testlösung verwendet.
  • Das funktionelle Papier wurde zu einem Teststück mit einem Durchmesser von 5 cm geschnitten. Dieses wurde auf einen Filtertrichter gesetzt, und 3 ml der Lösung des Grippevirus PR8 wurden in den Trichter geschüttet. Die aus dem Trichter erhaltene Viruslösung wurde getestet, um ihren Titer nach dem folgenden Verfahren zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 enthalten.
    • Bestimmung des Titers
  • Wenn der Grippevirus an roten Blutkörpern anhaftet, so schließen diese sich zusammen. Der Titer wird aus dieser Reaktion bestimmt. Die Viruslösung wird als Testlösung mit physiologischer Kochsalzlösung verdünnt (0,9 % wässrige Lösung von Natriumchlorid), um ein jeweils verdoppeltes Volumen (2- fach, 4-fach, 8-fach, 16-fach, ...) zu erzeugen, und die jeweilige verdünnte Lösung wird mit demselben Anteil einer 0,4%-Lösung roter Blutkörper des Huhns gemischt. Der Verdünnungsgrad, bei dem die Aggregationsreaktion verursacht wird, wird als Titer der Testlösung (unverdünnte Lösung) betrachtet. Tabelle 3
  • Der Titer ist proportional der Konzentration des Grippevirus in jeder Probenlösung.
  • Die Ergebnisse der Tabelle 3 zeigen, daß im Vergleich mit der Viruskonzentration der Testlösung (ungefiltert) die Viruskonzentration der durch das Filterblatt nach Beispiel 4 gefilterten Lösung auf 1/32 reduziert wird. Der Grippevirus wird also mit den Filterblättern nach der Erfindung wirksam adsorbiert.
    • Beispiel 5
  • Das Verfahren nach Beispiel 3 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß die Konzentration des Faserbreis auf 0,5 Gewichtsprozent erhöht und die Konzentration des Calciumphosphats in dem Faserbrei auf 0,5 Gewichtsprozent verringert wurde. Das erhaltene funktionelle Papier hatte ein Grundgewicht von 93 g/m² und einen Calciumphosphatanteil von 50 Gewichtsprozent.
    • Beispiel 6
  • Das Verfahren nach Beispiel 3 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß die Konzentration des Faserbreis auf 0,7 Gewichtsprozent erhöht und die Konzentration des Calciumphosphats in dem Faserbrei auf 0,3 Gewichtsprozent reduziert wurde. Das erhaltene funktionelle Papier hatte ein Grundgewicht von 101 g/m² und einen Calciumphosphatanteil von 30 Gewichtsprozent.
    • Beispiel 7
  • Das Verfahren nach Beispiel 5 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß nur der Weichholzbrei geschlagen wurde, um einen Faserbrei mit einem Entwässerungsgrad nach Canadian Standard von 650 cc zu erhalten. Das erhaltene funktionelle Papier hatte ein Grundgewicht von 103 g/m² und einen Calciumphosphatanteil von 50 Gewichtsprozent.
    • Beispiel 8
  • Das Verfahren nach Beispiel 7 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß ein Calciumphosphat (Tricalciumphosphat) mit einem Ca/P-Verhältnis von 1,5, einer spezifischen Oberfläche von 1,5 m²/g und einer mittleren Teilchengröße von 1 µm nach einem Naßverfahren hergestellt wurde und daß 0,55 Gewichtsprozent des Calciumphosphats in den Faserbrei eingegeben wurden. Das erhaltene funktionelle Papier hatte ein Grundgewicht von 105 g/m² und einen Calciumphosphatanteil von 50 Gewichtsprozent.
    • Beispiel 9
  • Das Verfahren nach Beispiel 7 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß Calciumphosphat (Hydroxylapatit) mit einem CA/P- Verhältnis von 1,67, einer spezifischen Oberfläche von 10 m²/g und einer mittleren Teilchengröße von 8 µm nach einem Naßverfahren hergestellt und dann bei 800ºC gesintert wurde, und daß 0,5 Gewichtsprozent des Calciumphosphats in den Faserbrei eingegeben wurden. Das erhaltene funktionelle Papier hatte ein Grundgewicht von 98 g/m² und einen Calciumphosphatanteil von 50 Gewichtsprozent.
    • Beispiel 10
  • Das Verfahren nach Beispiel 7 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß der Faserbrei von Beispiel 8 in Wasser dispergiert wurde, um einen Faserbrei mit einer Konzentration von 0,3 Gewichtsprozent zu erhalten, und es wurden 0,3 Gewichtsprozent des Calciumphosphats in den Faserbrei eingegeben. Das erhaltene funktionelle Papier hatte ein Grundgewicht 48 g/m² und einen Calciumphosphatanteil von 50 Gewichtsprozent.
    • Testbeispiel 4
  • Dieses Beispiel soll den Nutzen der funktionellen Papiere nach Beispiel 3 und 5 bis 10 als Virusadsorptionsmittel erläutern.
  • Das Verfahren des oben beschriebenen Testbeispiels 3 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß die Filterblätter nach Beispiel 4 durch die funktionellen Papiere der Beispiele 3 und 5 bis 10 ersetzt wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 enthalten. Tabelle 4

Claims (5)

1. Funktionelles Papier, das 10 bis 80 Gewichtsprozent einer Kalzium-Phosphat-Verbindung als Füllstoff enthält, die ein Molverhältnis von Kalzium zu Phosphor von 0,8 bis 2, hat, wobei das Kalziumphosphat Apatit, Trikalziumphosphat, Tetrakalziumphosphat oder eine Mischung dieser Stoffe ist.
2. Funktionelles Papier nach Anspruch 1, bei dem die Kalzium-Phosphat-Verbindung aus Sekundärteilchen mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 30 µm besteht.
3. Verwendung eines funktionellen Papiers nach Anspruch 1 oder 2 als Deodorant.
4. Verwendung eines funktionellen Papiers nach Anspruch 1 oder 2 als Filtermedium.
5. Verwendung eines funktionellen Papiers nach Anspruch 1 oder 2 als Adsorptionsmittel.
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