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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Luftfilter, der für eine Verwendung
in Luftreinigern, Raumklimaanlagen oder insbesondere in Autoklimaanlagen
geeignet ist, in denen Luft mit einem hohen Strömungsmodus bewegt wird.
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Für einen
hohen Wirkungsgrad der Entstaubung und Geruchsverbesserung mit einem
verringerten Druckverlust wurde die Verwendung eines gefalteten
papierartigen Entstaubungs- und/oder Geruchsverbesserungsfilters
vorgeschlagen. Infolge des Faltens kann der Filter eine vergrößerte Oberfläche für einen
Kontakt mit der Luft aufweisen. Der papierartige Filter wird aus
einem elektrisierten Faservlies oder einer elektrisierten Faserschicht
gebildet, die wie ein Faservlies ausgebildet ist. Es ist bekannt,
dass die elektrisierte Faserschicht Staubteilchen im Submikronbereich
ebenso wie infolge einer Coulombschen Kraft, die der Faserschicht
durch die Elektrisierung erteilt wird, sammelt, und eine elektrisierte
Faserschicht mit einer geringen Masse pro Flächeneinheit ist sogar in der
Leistung bei der Entstaubung einem nicht elektrisierten Faservlies überlegen.
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Beim
konventionellen Luftfilter, der in Autoklimaanlagen verwendet wird,
in denen Luft mit einem hohen Strömungsmodus bewegt wird, ist
jedoch die mechanische Entstaubung (durch die Trägheit und Kollision) wichtiger
als die Coulombsche Kraft. Nämlich,
die Elektrisierung wird nicht zu einer wirksamen Entstaubung führen, wenn
ein Luftfilter mit einer Coulombschen Kraft in einer derartigen
Autoklimaanlage eingesetzt wird. In einem Luftreiniger, in dem die
Luft mit einem hohen Strömungsmodus
bewegt wird, kann ein hoher Wirkungsgrad der Entstaubung mittels
eines Luftfilters erreicht werden, der einen breiten und effektiven
Kontakt mit Staubteilchen aufweist. Da jedoch ein faser- oder papierartiger
Luftfilter, der bei Verwendung eines Faservlieses oder einer Faserschicht
als ein Grundmaterial hergestellt wird, einen großen Druckverlust
auf sich zieht, wird eine Vergrößerung der
Oberfläche
des Luftfilters durch Falten nur zu einer gewissen Verringerung
des Druckverlustes führen.
Indem dem Luftfilter die Funktion der Geruchsverbesserung erteilt
wird, wird das zusätzlich
den Druckverlust verstärken.
Derartige Luftfilter bewirken keine effektive und wirksame Entstaubung und
Geruchsverbesserung bei Anwendungen, bei denen der Druckverlust
klein sein sollte. Da die mechanische Entstaubung für das Sammeln
von groben Staubteilchen von 5 μm
oder mit größerer Abmessung
ebenfalls wichtiger ist, gestattet die Elektrisierung des Grundmaterials
für den
Luftfilter nicht eine effektive Entstaubung bei Anwendungen, bei
denen Luft mit einem hohen Strömungsmodus
bewegt werden soll, und bei denen grobe Staubteilchen gesammelt
werden sollen.
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Die
Aufmerksamkeit wird ebenfalls auf die Offenbarungen des FR-A-2678522
und DE-A-4241605
gelenkt.
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Die
vorliegende Erfindung hat das Ziel der Überwindung der vorangehend
erwähnten
Nachteile der Luftfilter nach dem bisherigen Stand der Technik,
indem ein verbesserter Luftfilter bereitgestellt wird, der sehr effektiv
und wirksam entstauben und eine Geruchsverbesserung bei Anwendungen
bewirken kann, bei denen Luft mit hohem Strömungsmodus bewegt wird, wie
beispielsweise Autoklimaanlagen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Luftfilter bereit, der aus einem
gefalteten Grundmaterial hergestellt wird, das aufweist: einen Polyurethanschaumstoff,
der auf einer oder beiden Seiten davon eine dreidimensionale Netzskelettkonstruktion
aus Mikrozellen aufweist; eine lösungsmittelfreie
Bindemittelschicht, die auf und in die Oberfläche der porösen Skelettkonstruktion des
Polyurethanschaumstoffes aufgebracht wird; und eine Schicht von
adsorbierenden Teilchen, die mit einem Teil davon an der Bindemittelschicht
angelagert ist, während
der restliche Teil davon freigelegt ist, wobei das Grundmaterial
auf seiner Oberfläche
eine Staubfilterschicht ausgebildet aufweist, wobei die Anordnung
von Grundmaterial und Staubfilterschicht gefaltet wird.
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Der
Luftfilter entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in der Lage,
sehr effektiv und wirksam mit einem verringerten Druckverlust zu
entstauben, selbst wenn er in einer Autoklimaanlage eingesetzt wird,
in der Luft mit einem hohen Strömungsmodus
bewegt wird.
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Die
Erfindung wird weiter mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer ersten Ausführung
eines Luftfilters, der jedoch nicht der vorliegenden Erfindung entspricht;
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2 ein
Verfahren zum Messen des Druckverlustes durch einen Luftfilter entsprechend
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Verfahren zum Messen der Luftdurchlässigkeit eines Luftfilters
entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Seitenansicht einer zweiten Ausführung
eines Luftfilters, der jedoch nicht der vorliegenden Erfindung entspricht;
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5 ein
Verfahren zum Messen des Gasadsorptionsvermögens eines Luftfilters entsprechend
der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine
Seitenansicht einer dritten Ausführung
eines Luftfilters, die der vorliegenden Erfindung entspricht.
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In 1,
die eine erste Ausführung
eines Luftfilters zeigt, verweist die Bezugszahl 1 auf
ein Grundmaterial, das mittels einer Harmonikafaltmaschine gefaltet
wurde. Das Grundmaterial 1 weist einen Polyurethanschaumstoff
auf, der auf einer oder beiden Seiten davon eine dreidimensionale
Netzskelettkonstruktion aus Mikrozellen aufweist. Die dreidimensionale
Netzskelettkonstruktion betrifft eine Skelettkonstruktion, die aus Polyurethanharz
besteht und die Form eines regelmäßigen Dodekaeders aufweist.
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Das
Grundmaterial 1 weist eine flache Schicht aus Polyurethanschaumstoff
mit einer dreidimensionalen Netzskelettkonstruktion von 5 mm Dicke
und 50 Poren pro Zoll auf. Bei Verwendung einer Harmonikafaltmaschine
wird das flache Grundmaterial 1 gefaltet, damit es eine
Scheitelhöhe
h von 20 mm, einen Faltenabstand (Abstand zwischen den Scheiteln)
p von 10 mm und einen Faltfaktor von 4 (die Länge des gefalteten Grundmaterials
beträgt
ein Viertel der des ursprünglichen
flachen Grundmaterials vor dem Falten) aufweist. Das gefaltete Grundmaterial 1 wird
als eine erste Ausführung
genommen. Das Grundmaterial 1 wird vor dem Falten als ein
Vergleichsbeispiel #1 genommen. Ein Faservlies aus Polypropylen
wird so gefaltet, dass es eine Scheitelhöhe von 15 mm, einen Faltfaktor
von 4,4 und einen Faltenabstand von 7 mm aufweist. Dieses Faservlies
wird als Bezugsbeispiel genommen. Diese Luftfilter wurden betreffs
Druckverlust und Wirksamkeit der Entstaubung geprüft. Die
Versuchsergebnisse werden in der Tabelle 1 gezeigt.
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Für die Messung
des Druckverlustes und des Entstaubungswirkungsgrades, die in der
Tabelle 1 angegeben werden, wurde eine Messvorrichtung verwendet,
wie sie in 2 gezeigt wird. Die Vorrichtung
besteht aus einem Windkanal 11, Gebläse 12, Druckverlustmessgerät 13,
Windgeschwindigkeitsanzeigegerät 14,
einer Schalttafel 15 und einem Teilchenzähler 16.
Im Windkanal 11 wurde ein zu prüfender Luftfilter 10 zwischen
dem stromaufwärts
und dem stromabwärts
gelegenen Messfühler
des Druckverlustmessgerätes 13 ebenso
wie zwischen dem stromaufwärts
und dem stromabwärts
gelegenen Messfühler
des Teilchenzählers 16 angeordnet.
Ein Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 3 m/sec wurde durch
das Gebläse 12 erzeugt.
Zur Ermittlung des Druckverlustes durch den Filter 10 wurde
der Winddruck stromaufwärts
und stromabwärts
vom Filter 10 mittels der jeweiligen Messfühler des
Druckverlustmessgerätes 13 gemessen.
Der Unterschied zwischen den gemessenen Winddrücken wurde berechnet und am
Druckverlustmessgerät 13 angezeigt.
Der gemessene Unterschied ist der Druckverlust durch den Filter 10.
Für die
Ermittlung des Entstaubungswirkungsgrades des Filters 10 wurden
Staubteilchen von 1 μm
oder mehr in der Luft stromaufwärts
und stromabwärts vom
Filter 10 mittels der jeweiligen Messfühler des Teilchenzählers 16 gezählt. Die
Staubteilchen wurde pro 0,01 ft3 gezählt. Für diese
Prüfung
wurde die Atmosphäre
im Laborraum gemessen. Die Innenabmessungen des Abschnittes des
Windkanals 11, wo der Versuchsfilter 10 angeordnet
wurde, betrugen 250 × 250
mm.
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Infolge
des Faltens weist die erste Ausführung
eine vergrößerte Kontaktfläche mit
der Luft, einen verringerten Druckverlust und eine vergrößerte Leistung
der Entstaubung verglichen mit dem Vergleichsbeispiel #1 auf. Da
die erste Ausführung
das Grundmaterial 1 verwendete, das einen Polyurethanschaumstoff
mit einer dreidimensionalen Netzskelettkonstruktion aufweist, kann
sie ebenfalls nahezu die gleiche Entstaubung bewirken wie das Bezugsbeispiel
mit einem geringen Druckverlust.
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Die
Luftdurchlässigkeit
(cm3/cm2/sec) des
Grundmaterials 1, das eine Dicke von 10 mm aufweist, sollte vorzugsweise
150 oder mehr oder, mehr bevorzugt, 250 oder mehr betragen, gemessen
mittels einer FRAGILE-Prüfvorrichtung,
wie sie im Standard JIS L 1004-1972 (Prüfverfahren für Baumwollstoffe)
spezifiziert wird, wie in 3 gezeigt
wird. Die Hauptbauteile der FRAGILE-Prüfvorrichtung, die in 3 gezeigt
wird, umfassen: einen Zylinder 17, der einen Versuchsfilter 10 auf
dessen Oberseite aufnehmen soll; ein Druckzuggebläse 18,
das am Boden des Zylinder 17 vorhanden ist; eine Trennwand 20,
die innerhalb des Zylinders 17 in der Zwischenhöhe des letzteren
vorhanden ist und ein darin ausgebildetes Loch 19 aufweist;
ein geneigtes Barometer 21; und ein aufrechtstehendes Barometer 22.
Das geneigte Barometer 21 wird reguliert, um einen Wassersäulendruck
von 1,27 cm abzulesen. Nachdem ein Versuchsfilter 10 oben
auf dem Zylinder 17 angebracht wurde, wird Luft in den
Zylinder 17 durch das Druckzuggebläse 18 gedrückt. Ein
Luftdurchgang durch den Versuchsfilter 10 oder dessen Luftdurchlässigkeit
wird auf der Basis eines Druckes, der am vertikalen Barometer 22 angezeigt
wird, wenn das geneigte Barometer 21 den voreingestellten
Wassersäulendruck
von 1,27 cm abliest, und der Art des Loches 19 in der Trennwand 20 ermittelt,
die bei dieser Messung verwendet wird. Die Anzahl der Poren pro
Zoll des Grundmaterials 1 sollte vorzugsweise 6 bis 80
betragen, oder mehr bevorzugt 9 bis 50.
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Im
Allgemeinen wird der Luftfilter durch Falten einer einzelnen Schicht
des Grundmaterials 1 hergestellt. Er kann jedoch hergestellt
werden, indem auf das Grundmaterial 1 ein Polyurethanschaumstoff
der behandelt wurde, um eine antibakterielle Wirkung zu haben, oder
einer, der behandelt wurde, damit er klebrig ist und eine verbesserte
Entstaubungsleistung zeigt, oder ein Schichtgebilde von Polyurethanschaumstoffen
mit unterschiedlichen Zellendichten überlagert wird, und die so
gebildete Grundmaterialkonstruktion gefaltet wird.
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4 zeigt
eine zweite Ausführung
eines Luftfilters. Dieser Luftfilter wird durch Falten eines Grundmaterials 2 hergestellt,
das aufweist: einen Polyurethanschaumstoff der auf einer oder beiden
Seiten davon eine dreidimensionale Netzskelettkonstruktion aus Mikrozellen
aufweist; eine lösungsmittelfreie
Bindemittelschicht, die auf und in die Oberfläche der porösen Skelettkonstruktion des
Polyurethanschaumstoffes aufgebracht wird; und eine Schicht von
adsorbierenden Teilchen, von denen einige in Berührung mit der Bindemittelschicht
angelagert und andere davon freigelegt sind. Die adsorbierenden
Teilchen weisen vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße auf,
die in einen Bereich von 1/50 bis 1/1,5 des mittleren Zwischenskelettabstandes
des Polyurethanschaumstoffes fällt.
Bei der zweiten Ausführung,
die in 4 gezeigt wird, weist das Grundmaterial 2 eine
Dicke t von 2,5 mm, einen Faltenabstand p von 10 mm und eine Scheitelhöhe h von
20 mm auf. Selbst wenn auf die Oberfläche der Bindemittelschicht
gespritzt, zeigen die adsorbierenden Teilchen mit einer mittleren
Teilchengröße von mehr
als 1/1,5 (67%) des mittleren Zwischenskelettabstandes (Zellendurchmesser)
des Polyurethanschaumstoffes eine Schwierigkeit beim tiefen Eindringen
in die poröse
Skelettkonstruktion. Die meisten von ihnen haften in der Nähe der Oberfläche des
Grundmaterials 2. Ihre Adhäsion ist jedoch so schwach,
dass die adsorbierenden Teilchen, sobald sie auf die Oberfläche des
Grundmaterials aufgebracht sind, leicht von der Oberfläche weggehen.
Es wird in Betracht gezogen, dass das durch die Größe der adsorbierenden
Teilchen bewirkt wird, die relativ größer ist als ihre Adhäsionsfläche am Polyurethanschaumstoff.
Ebenfalls, wenn die mittlere Größe der adsorbierenden
Teilchen kleiner ist als 1/50 (2%) des Zellendurchmessers, wird
nur eine auffallend verringerte Anzahl von Teilchen am Polyurethanschaumstoff
haften. Es wird in Betracht gezogen, dass das bewirkt wird, weil
eine dünne
Schicht von feinen adsorbierenden Teilchen die Bindemittelschicht
bedecken wird, die auf den Polyurethanschaumstoff aufgebracht ist,
so dass keine weiteren Teilchen an der Oberfläche des Polyurethanschaumstoffes
haften können.
Im Ergebnis dessen weisen die adsorbierenden Teilchen als Ganzes
eine verringerte Leistung der Staubadsorption auf. Daher wird der vorangehend
erwähnte
Bereich der mittleren Teilchengröße von 1/50
bis 1/1,5 des Zellendurchmessers beträchtlich für die adsorbierenden Teilchen
bevorzugt, um einzeln in die poröse
Konstruktion einzugreifen oder einzudringen und ihr Adsorptionsvermögen aufrechtzuerhalten.
Für das
Aufrechterhalten der Luftdurchlässigkeit
und die Erhöhung
des absoluten Adsorptionsvermögens
sollte die mittlere Größe der adsorbierenden
Teilchen mehr bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 1/10 bis 1/2
des Zellendurchmessers eingeschlossen sein. Außerdem sollte die Verteilung
der Teilchengröße der adsorbierenden
Teilchen vorzugsweise so sein, dass 95 Gew.-% oder mehr der Teilchen
Größen mit
dem 1/5- bis 5-fachen, oder mehr bevorzugt, dem 1,2- bis 2-fachen
der mittleren Teilchengröße aufweisen.
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Die
Luftdurchlässigkeit
(cm3/cm2/sec) des
Grundmaterials 2, das eine Dicke von 10 mm aufweist, sollte vorzugsweise
150 oder mehr oder, mehr bevorzugt, 250 oder mehr betragen, gemessen
mittels einer FRAGILE-Prüfvorrichtung,
wie sie im Standard JIS L 1004-1972 (Prüfverfahren für Baumwollstoffe)
spezifiziert wird, wie in 3 gezeigt
wird. Die Anzahl der Poren pro Zoll des Grundmaterials 2 sollte
vorzugsweise 6 bis 80 betragen oder mehr bevorzugt 9 bis 50.
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Die
adsorbierenden Teilchen können
entsprechend einem beabsichtigten Zweck frei unter jenen ausgewählt werden,
die bereits in der Praxis verwendet werden, wie beispielsweise Aktivkohle,
aktivierter Ton, aktive Tonerde, Silikagelpulver oder dergleichen.
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Das
lösungsmittelfreie
Bindemittel kann eines sein, das in geeigneter Weise unter den verschiedenen gegenwärtig verfügbaren Arten
ausgewählt
wird. Es sollte jedoch vorzugsweise eines sein, das eine hohe Adhäsion zeigt,
und das wahrscheinlich nicht die feinen Löcher in den adsorbierenden
Teilchen verstopft. Beispielsweise sollte ein lösungsmittelfreies Bindemittel
mit einem hohen nichtflüchtigen
Bestandteil und einem geringeren flüchtigen Bestandteil, nämlich einem
nichtflüchtigen
Bestandteil von 30 Gew.-% oder mehr oder, mehr bevorzugt, 50 Gew.-%
oder mehr, ausgewählt
werden. Genauer gesagt, ein Urethanvorpolymer, das überschüssiges NCO
enthält
oder, mehr bevorzugt ein Urethanvorpolymer, das MDI (Methylendiisocyanat)
als Basis enthält,
sollten als das lösungsmittelfreie
Bindemittel verwendet werden. Das Vorpolymere auf MDI-Basis wird
nicht leichter freies Isocyanat erzeugen und wird weniger sanitäre Probleme
beim Herstellungsprozess hervorrufen als ein Urethanvorpolymer,
das TDI (Tolylendiisocyanat) als Basis enthält. In dem Fall, dass ein Urethanvorpolymer,
das überschüssiges NCO
enthält,
als das Bindemittel verwendet wird, wird, wenn seine Viskosität zu hoch
ist, eine minimal erforderliche Menge eines organischen Lösungsmittels
dem Vorpolymeren zugesetzt, und danach wird das Vorpolymer auf den
Polyurethanschaumstoff aufgebracht. Der größte Teil des organischen Lösungsmittels
wird durch Trocknen des Bindemittels mit heißer Luft verdampft, und danach
werden die adsorbierenden Teilchen auf das Bindemittel aufgebracht.
Dieses Verfahren ist darin vorteilhaft, dass die Herstellung des
Luftfilters entsprechend der vorliegenden Erfindung erleichtert
werden kann, während
verhindert werden kann, dass das Lösungsmittel adsorbiert wird.
Das lösungsmittelfreie
Bindemittel kann auf den Polyurethanschaumstoff durch Tauchen des
letzteren in einem Bindemittelimprägnierbad und danach Entfernen
des überschüssigen Bindemittels
vom Polyurethanschaumstoff durch Abquetschen des Bindemittels mit einer
Walze, durch Aufbringen des Bindemittels auf die Oberfläche des
Polyurethanschaumstoffes durch Spritzen oder Walzenauftrag und danach
Abquetschen des Bindemittels mit einer Walze, damit das Bindemittel
in den Polyurethanschaumstoff eindringt, oder mittels irgendeines
anderen geeigneten Mittels aufgebracht werden. Um die adsorbierenden
Teilchen an dem Polyurethanschaumstoff anzulagern, auf den das Bindemittel vorher
aufgebracht wurde, wie es vorangehend erwähnt wird, kann ein Wirbelsintern,
ein Pulverspritzen oder -sieben angewandt werden. Beim Wirbelsintern
wird der Polyurethanschaumstoff in den fluidisierten adsorbierenden
Teilchen getaucht, während
Schwingungen erzeugt werden. Beim Pulverspritzen oder -sieben wird
der Polyurethanschaumstoff gleichmäßig auf beiden Seiten davon
mit den adsorbierenden Teilchen beschichtet, die aufgespritzt oder
gesiebt werden, während
der Schaumstoff umgekehrt oder umgewendet wird. Während und/oder
nach der Aufbringung der adsorbierenden Teilchen wird der Polyurethanschaumstoff
in Schwingungen versetzt, um die Imprägnierung oder das Eindringen
der adsorbierenden Teilchen in den Polyurethanschaumstoff und die
zwangläufige
Adhäsion
der adsorbierenden Teilchen am Polyurethanskelett zu fördern. Außerdem wird
der Polyurethanschaumstoff, der mit den adsorbierenden Teilchen
beschichtet ist, durch einen einzelnen Satz oder eine Vielzahl von
Sätzen
von Walzen geführt.
Während
sie leicht zwischen den Walzen gepresst werden, können die
adsorbierenden Teilchen sicherer am Polyurethanschaumstoffskelett
angelagert werden. Ein geeigneter Zwischenwalzenabstand für diesen
Zweck beträgt
90 bis 60% der Dicke des Polyurethanschaumstoffes.
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Die
lösungsmittelfreien
Bindemittel können
mittels geeigneter Verfahren dafür
entsprechend verfestigt werden. Wenn das Bindemittel ein Urethanvorpolymer
ist, kann es in einem heißen
Strom ausgehärtet
werden. Dieses Aushärten
ist einfach und gestattet das Bewirken einer beträchtlichen
Adhäsion
des Bindemittels am Polyurethanschaumstoff.
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Ein
Polyurethanschaumstoff mit einer Dicke von 15 mm und 100 × 100 mm
bei den anderen Abmessungen, einer Luftdurchlässigkeit von 300 oder mehr,
einem Gewicht von 4,2 g und einem Zwischenskelettabstand (Zellendurchmesser)
von 2,5 mm wurde für
Versuche am Luftfilter hergestellt. Auf den Polyurethanschaumstoff
wurde durch Imprägnierung
ein lösungsmittelfreies
Bindemittel (Karbodiimid-denaturiertes
MID und Vorpolymer aus Polypropylenglykol) mit dem gleichen Gewicht
wie der Polyurethanschaumstoff aufgebracht. Sechs Stücke dieses
Polyurethanschaumstoffes wurden hergestellt. Auf diese wurden durch
Pulverspritzen, zuerst auf eine Seite davon und danach auf die andere
Seite, aktivierte Kokosnussschalenkohleteilchen mit einer mittleren
Teilchengröße von 2,2
mm (für
das Vergleichsbeispiel #2) aufgebracht, jeweils eines mit 1,5 mm
(für das
Grundmaterialbeispiel #1), eines mit 0,6 mm (für das Grundmaterialbeispiel
#2), eines mit 0,3 mm (für
das Grundmaterialbeispiel #3), eines mit 0,1 mm (für das Grundmaterialbeispiel
#4) und eines mit 0,02 mm (Vergleichsbeispiel #3). Danach wurde
jedes Versuchsstück
in Schwingungen versetzt, um die Aktivkohleteilchen abzuschütteln, die
nicht am Polyurethan gesichert waren, während die Adhäsion der
Aktivkohleteilchen, die am Polyurethanschaumstoff haften, verbessert
wurde. Die Vergleichsbeispiele #2 und #3 und die Grundmaterialbeispiele
#1 bis #4 wurden hinsichtlich der Menge (g) der Aktivkohleteilchen,
die am Polyurethanschaumstoff gesichert wurden, der Imprägnierung
oder Eindringung in das Polyurethan und der Adhäsion der Aktivkohleteilchen
und des Adsorptionsvermögens
der Aktivkohleteilchen geprüft.
Das Adsorptionsvermögen
wurde geprüft,
wie es im Standard JIS K 1474-1975 (Prüfverfahren für Aktivkohle)
spezifiziert wird, wie in 5 gezeigt
wird. 5 zeigt eine Vorrichtung für das Messen des Staubadsorptionsvermögens. Die
Vorrichtung weist Temperatursteuerspiralrohre A1 und A2, Gasreinigungsflaschen
B1 bis B3 (jeweils mit einem Fassungsvermögen von 250 ml), eine Mischflasche
C, ein U-förmiges
Rohr D für
die Messung des Adsorptionsvermögens,
einen Dreiwegehahn E, einen Durchflussmesser F1 für die Lösungsmittelverdampfungsluft,
einen Durchflussmesser F2 für
die Verdünnungsluft,
einen Überschussgasaustritt,
einen Trockenlufteintritt I, eine Austrittsöffnung J, Gasströmungsgeschwindigkeitssteuerhähne K1 und
K2, Benzol L und einen thermostatischen Ofen oder ein Wasserbad
N mit konstanter Temperatur auf. Ein jedes der Versuchsstücke wurde
in Würfel
von 15 × 15 × 15 mm
Abmessungen geschnitten. Sechs Würfel
wurden in das U-förmige
Rohr D gebracht. Luft, die den Benzoldampf enthält, wurde durch das U-förmige Rohr
D mit einer Geschwindigkeit von 2 Liter/min. geführt. Die Gewichtszunahme der
Probe, wenn das Probengewicht (20,25 cm3)
nicht weiter zunehmen würde,
wurde als die Gleichgewichtsmenge für die Benzoladsorption genommen.
Die Versuchsergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
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In
der Tabelle bedeutet „⌾" sehr gut, "O" bedeutet gut, "Δ" bedeutet nicht so
gut und „X" bedeutet schlecht.
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Wie
aus Tabelle 2 ersichtlich ist, zeigt das Vergleichsbeispiel #2 bei
Verwendung von Aktivkohle, deren mittlere Teilchengröße 2,2 mm
(88% beim Teilchengrößen/Zellendurchmesser-Verhältnis) beträgt, eine
große Menge
an angelagerter Aktivkohle und zeigte ein entsprechend hohes Adsorptionsvermögen. Es
wurde jedoch nur ein kleiner Teil der Aktivkohle imprägniert oder
drang in das Polyurethanschaumstoffskelett ein. Der größte Teil
wurde nahe der Oberfläche
des Polyurethanschaumstoffes angelagert, aber die Adhäsion war
schwach. Das Vergleichsbeispiel #3 bei Verwendung einer Aktivkohle,
deren mittlere Teilchengröße 0,02
mm (0,8% beim Teilchengrößen/Zellendurchmesser-Verhältnis) beträgt, zeigte,
dass die Aktivkohle am Polyurethanschaumstoff in einer kleinen Menge
angelagert wurde, weil die feinen Aktivkohleteilchen eine dünne Schicht
bildeten, die die Bindemittelschicht bedeckte. Daher zeigte dieses
Vergleichsbeispiel #3 nicht ein so beträchtliches Adsorptionsvermögen. Wie
aus der Tabelle 2 zu sehen ist, zeigten die Grundmaterialbeispiele
#1 bis #4 bei Verwendung von Aktivkohle, deren Teilchengrößen/Zellendurchmesser-Verhältnisse
zwischen jene der Vergleichsbeispiele #2 und #3 fallen, ein gutes
Gleichgewicht zwischen der angelagerten Menge der Aktivkohle und
dem Adsorptionsvermögen.
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Auf
einen Polyurethanschaumstoff von 16 Poren pro Zoll und einer Dicke
von 2,3 mm wurden durch Imprägnierung
bis zu 27 g/Liter eines Acrylemulsionsbindemittels (mit einem nichtflüchtigen
Bestandteil bei 50%) aufgebracht und danach getrocknet. Auf den
so behandelten Polyurethanschaumstoff wurden auf beide Seiten davon
und in diesen hinein aktivierte Kokosnussschalenkohleteilchen mit
jeweils einer Größe entsprechend
einer 60-er Siebnummer und mit einer Adsorptionsfläche von
1500 m2/g aufgebracht, wodurch das Grundmaterial 2 gebildet
wurde, wie in 4 gezeigt wird. Eine Harmonikafaltmaschine
wurde eingesetzt, um das Grundmaterial 2 wie im Folgenden
zu falten. Das Grundmaterial 2 wurde so gefaltet, dass
es eine Scheitelhöhe
h von 20 mm, einen Faltenabstand p von 10 mm und einen Faltfaktor
von etwa 4 (die Länge
des gefalteten Grundmaterials ist annähernd ein Viertel der des ursprünglichen
flachen Grundmaterials vor dem Falten) aufweist. Das Grundmaterial 2 wurde
auf diese Weise gefaltet, um eine zweite Ausführung bereitzustellen. Ebenfalls
wurde ein gleiches Grundmaterial 2, das nicht gefaltet
wurde, als ein Vergleichsbeispiel #4 genommen. Unterschiede wurden
zwischen der zweiten Ausführung
und dem Vergleichsbeispiel #4 vorgefunden, wie in Tabelle 3 gezeigt
wird. Die angelagerte Menge der adsorbierenden Teilchen betrug 1140
g/m2 bei der zweiten Ausführung und
290 g/m2 beim Vergleichsbeispiel #4.
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Die
gefaltete Form des Grundmaterials trug zu einer beträchtlichen
Reduzierung des Druckverlustes durch den Luftfilter im Vergleich
mit der flachen Form und daher zu einer beträchtlich verbesserten Geruchsverbesserung
bei. Der Druckverlust wurde mit einem Versuchsfilter 10 gemessen,
der in den Windkanal 11 eingesetzt wurde. Luft wurde in
den Windkanal 11 mit einer Geschwindigkeit von 3 m/sec.
mittels des Gebläses 12 geführt oder
geblasen. Für
die Ermittlung des Druckverlustes durch den Filter 10 wurde
der Winddruck stromaufwärts
und stromabwärts
vom Filter 10 durch die jeweiligen Messfühler des
Druckverlustmessgerätes 13 gemessen.
Der Unterschied zwischen den so gemessenen Winddrücken ist
der Druckverlust durch den Luftfilter 10. Für die Ermittlung
des Geruchsverbesserungsvermögens
des Luftfilters wurde ein Versuchsstück mit einem Durchmesser von
14 mm, das aus einem Versuchsfilter herausgeschnitten wurde, in
die Mitte eines Glasröhrchens
mit einem Innendurchmesser von 14 mm und einer Länge von 200 mm eingebracht.
Ein Gas, wie es in der Tabelle 4 angegeben wird, wurde in das Glasröhrchen mit
einer Strömungsmenge
von 12 Liter/min. und einer Geschwindigkeit von 1,3 m/sec. geblasen.
Ein Gaschromatograph mit einer Wasserstoffflammenionisationsdetektion
wurde verwendet, um die Gaskonzentration vor und nach dem Einsetzen
des Versuchsfilters in das Glasröhrchen
zu messen. Der Unterschied bei der so gemessenen Gaskonzentration wurde
verwendet, um den Gasentzug zu bewerten.
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Das
Grundmaterial 2 weist als Basis einen Polyurethanschaumstoff
mit einer dreidimensionalen Netzskelettkonstruktion auf. Daher ist
die Luftdurchlässigkeit
des Grundmaterials 2 sehr hoch. Da trockene adsorbierende
Teilchen am Grundmaterial 2 angelagert werden, wird das
Bindemittel ebenfalls nicht die Oberflächen der adsorbierenden Teilchen
so umfassend bedecken, das Geruchsverbesserungsvermögen wird
weniger verringert, und die adsorbierenden Teilchen können in
einer großen
Menge pro Flächeneinheit
angelagert werden.
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Für eine optimale
gefaltete Form kann der Faltenabstand in geeigneter Weise für das Grundmaterial 2 bei
Berücksichtigung
der zulässigen
Dicke und des Druckverlustes eines beabsichtigten Luftfilterproduktes ausgelegt
werden. Während
der Faltenabstand kleiner wird, wird jedoch der Faltfaktor entsprechend
vergrößert, und
das Geruchsverbesserungsvermögen
des Filters wird erhöht,
aber der Druckverlust wird größer. Andererseits,
wenn der Faltenabstand zu groß ist,
wird der Druckverlust größer, und
das Geruchsverbesserungsvermögen
wird ebenfalls verringert. Da der Faltenabstand für einen
geringsten Druckverlust in Abhängigkeit von
der Scheitelhöhe
der Falten, der Dicke des Grundmaterials 2, der Anzahl
der Poren pro Zoll und der Größe der am
Grundmaterial 2 angelagerten adsorbierenden Teilchen variiert,
muss der Faltenabstand für
ein beabsichtigtes Luftfilterprodukt ausgelegt werden. Das Grundmaterial 2 sollte
vorzugsweise 1 bis 10 mm dick sein oder, mehr bevorzugt, 2 bis 5
mm, und die Zellenanzahl der Poren pro Zoll sollte vorzugsweise
6 bis 80 betragen oder mehr bevorzugt 9 bis 50.
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Wie
es im Vorangegangenen beschrieben wurde, stellt die vorliegende
Erfindung einen Luftfilter bereit, der stark verbesserte Wirkungen
bei der Entstaubung und Geruchsverbesserung zeigt, selbst wenn Luft
mit einem hohen Strömungsmodus
bewegt wird.
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6 zeigt
eine dritte Ausführung
entsprechend der vorliegenden Erfindung. Der Luftfilter entsprechend
dieser Ausführung
verwendet ein Grundmaterial 3, das drei Schichten aufweist:
eine Polyurethanschaumstoffschicht mit einer dreidimensionalen Netzskelettkonstruktion
aus kleinen Zellen auf einer oder beiden Seiten davon; eine lösungsmittelfreie
Bindemittelschicht, die auf oder in die poröse Skelettkonstruktionsoberfläche des
Polyurethanschaumstoffes aufgebracht wird; und eine Schicht von
adsorbierenden Teilchen, die auf die Bindemittelschicht aufgebracht
wird, wobei ein jedes der Teilchen an einem Abschnitt davon an der Bindemittelschicht
gesichert ist, während
der Rest davon freigelegt ist. Auf der Oberfläche des Grundmaterials 3 wurde
eine Staubfilterschicht 4 gebildet, und diese Anordnung
als Ganze wird gefaltet. Das Grundmaterial 3 dient ebenfalls
als ein Geruchsverbesserungsfilter.
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Die
adsorbierenden Teilchen bei dieser Ausführung sind die gleichen wie
bei der zweiten Ausführung. Die
Luftdurchlässigkeit
(cm3/cm2/sec) des
Polyurethanschaumstoffes für
dieses Grundmaterial 3 mit einer Dicke von 10 mm sollte
vorzugsweise 150 oder mehr oder, mehr bevorzugt, 250 oder mehr betragen,
gemessen mittels der FRAGILE-Prüfvorrichtung,
wie sie im Standard JIS L 1004-1972 (Prüfverfahren für Baumwollstoffe) spezifiziert
wird. Die Anzahl der Poren pro Zoll des Grundmaterials 3 sollte
vorzugsweise 6 bis 80 oder mehr bevorzugt 9 bis 50 betragen.
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Die
Staubfilterschicht 4 wird auf der Oberfläche des
Grundmaterials 3 gebildet, wie beispielsweise die Grundmaterialbeispiele
#1 bis #4, wie in Tabelle 2 gezeigt wird. Das als Basis für das Grundmaterial 3 verwendete
Polyurethan, ein Faservlies, Papier oder dergleichen können in
geeigneter Weise verwendet werden, um den Staubfilter 4 herzustellen.
Nämlich,
die Staubfilterschicht 4 kann aus irgendeinem Material
gebildet werden, das zu einer Entstaubung fähig ist.
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Um
ein Schichtgebilde des Grundmaterials 3 und der Staubfilterschicht 4 zu
falten, wurde eine Harmonikafaltmaschine eingesetzt, um einen Luftfilter
mit einer Faltenscheitelhöhe
h von 20 mm und einem Faltenabstand p von 10 mm zu bilden. Das Grundmaterial 3 zeigte
eine Dicke t von 2,5 mm, und die Staubfilterschicht 4 weist
eine Dicke von 1 mm auf. Daher zeigte das Schichtgebilde aus diesem
Grundmaterial 3 und der Schicht 4 eine Dicke von
4,5 mm.
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Die
Geruchsverbesserungsfilterschicht bei dieser dritten Ausführung benutzte
das vorangehend erwähnte
Grundmaterial 3, und der Staubfilterbestandteil 4 wurde
aus Polyurethanschaumstoff mit einer dreidimensionalen Netzskelettkonstruktion
mit 40 Poren pro Zoll und einer Dicke von 1 mm hergestellt. Der
Polyurethanschaumstoff wurde auf das Grundmaterial 3 überlagert,
um ein Schichtgebilde mit einer Dicke von 4,5 mm zu bewirken. Danach
wurde die Harmonikafaltmaschine eingesetzt, um einen Luftfilter
zu liefern, der so gefaltet ist, dass er einen Faltfaktor von 4,
eine Scheitelhöhe
h von 20 mm und einen Faltenabstand p von 10 mm aufweist. Für diese
Schichtenbildung wurde ein Acrylemulsionsbindemittel (von der Soken
Chemical & Engineering
Co. Ltd.) auf eine Seite des Grundmaterials 3 vorher bis
zu einer Dicke von 40 g/m2 beschichtet,
um eine Verschlechterung der Luftdurchlässigkeit zu vermeiden. Nach
dem Trocknen des so aufgebrachten Bindemittels wurde der vorangehend
erwähnte
Polyurethanschaumstoff mit einer Dicke von 1 mm auf beide Seiten
des Grundmaterials 3 aufgebracht, um die Staubfilterschicht 4 zu
bilden. Anderenfalls kann ein Schmelzklebstoffvlies, eine Folie
oder ein Pulver auf das Grundmaterial 3 beschichtet werden,
und danach kann die Staubfilterschicht 4 durch Erwärmen auf
das Grundmaterial 3 zum Zeitpunkt des Faltens der Anordnung
aus dem Grundmaterial 3 und der Schicht 4 geschweißt werden.
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Eine
vierte Ausführung
wurde bei Verwendung eines Grundmaterials 3 gleich dem
bei der dritten Ausführung
hergestellt. Dieses Grundmaterial 3 wurde auf einer Seite
davon (stromaufwärts)
mit einer Staubfilterschicht aus einem Polypropylenfaservlies (EB-04HZ5,
Masse von 20 g/m2 von der Mitsui Petrochemical),
das in einem Kern aus einem Polypropylenharznetz verhakt ist, und
auf der anderen Seite (stromabwärts)
mit einem Staubfilter versehen, der dem in der dritten Ausführung gleicht.
Diese Anordnung wurde wie bei der dritten Ausführung gefaltet.
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Für einen
Vergleich mit der dritten und vierten Ausführung wurde ein Vergleichsbeispiel
#5 hergestellt, wobei ein Grundmaterial auf Papierbasis mit einer
Dicke von 20 mm, einem Faltfaktor von 12,5, einer Scheitellöhe von 2,0
mm und einem Faltenabstand von 3,2 mm verwendet wurde, und auf dem
ein Geruchsverbesserer in einer Menge von 115 g/m2 aufgebracht
wurde.
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Die
Ergebnisse des Leistungsvergleichs zwischen der dritten und vierten
Ausführung
und dem Vergleichsbeispiel #5 sind so, wie es in Tabelle 5 gezeigt
wird.
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Wie
aus der Tabelle 5 ersichtlich ist, sind die dritte und die vierte
Ausführung
zu einer sehr wirksamen und effektiven Geruchsverbesserung und Entstaubung
in der Lage, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel #5. Der Grund
für diese
Leistungsfähigkeit
scheint in der guten Luftdurchlässigkeit
und hohen Leistung bei der Geruchsverbesserung des Grundmaterials 3 aus
einem Polyurethanschaumstoff mit einer dreidimensionalen Netzskelettkonstruktion
zu liegen, und es dient als ein Geruchsverbesserungsfilter.
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Alle
Ausführungen,
die im Vorangegangenen beschrieben wurden, weisen eine dreischichtige
Konstruktion auf. Sie können
jedoch so hergestellt werden, dass sie eine zweischichtige Konstruktion,
bei der die Staubfilterschicht 4 nur auf eine Seite des
Grundmaterials 3 laminiert ist, oder eine mehrschichtige
Konstruktion aufweisen, bei der ein Polyurethanschaumstoff, ein
Faservlies oder Papier, die einer antibakteriellen Behandlung unterworfen
wurden, auf eine oder beide Seiten des Grundmaterials 3 laminiert
wird. Außerdem, wenn
das Grundmaterial 2, das ein Geruchsverbesserungsfilter
ist, wie in 4 gezeigt wird, und das Grundmaterial 3,
das ebenfalls der Geruchsverbesserungsfilter ist, der in 6 gezeigt
wird, bei Verwendung eines Polyurethanschaumstoffes mit einer dreidimensionalen
Netzskelettkonstruktion als Basis hergestellt werden, kann der Geruchsverbesserungsfilter
durch einfaches Tauchen des Polyurethanschaumstoffes in einer Aufschlämmung, einer
Mischung eines Geruchsverbesserers und Bindemittels, und dessen
Trocknen hergestellt werden.
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Da
die optimale Scheitelhöhe
und der Faltenabstand für
das Falten in Abhängigkeit
von der Dicke und der Anzahl der Poren pro Zoll der Staubfilterschicht 4 und
des Grundmaterials 3, der Masse pro Flächeneinheit für ein Faservlies
oder Papier, das als das Grundmaterial verwendet wird, oder von
der Teilchengröße der adsorbierenden
Teilchen, die am Grundmaterial 3 angelagert werden, variieren,
können
sie in geeigneter Weise bei Berücksichtigung
der Dicke und des zulässigen
Druckverlustes eines beabsichtigten Luftfilterproduktes ausgelegt
werden. Die Falttemperatur muss in geeigneter Weise für eine ausgewählte Faltgeschwindigkeit
und Art des Grundmaterials 3 ausgewählt werden. Für die erste
und zweite Ausführung
erfolgte das Falten mit einer Einstellung sowohl der oberen als
auch unteren Heizkörper
auf eine Heiztemperatur von 175°C
und mit einer Geschwindigkeit von 30 Scheiteln pro Minute. Bei der
dritten Ausführung
erfolgte das Falten, indem der untere Heizkörper mit der Polypropylenfaservliesschicht
in Berührung
kam, reguliert auf eine Heiztemperatur von 60°C, und indem der untere Heizkörper mit
dem Polyurethanschaumstoff in Berührung kam, reguliert auf eine Heiztemperatur
von 175°C
und mit einer Geschwindigkeit von 30 Scheiteln pro Minute.
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Das
Vorhandensein der Staubfilterschicht 4 trägt zu der
zusätzlichen
sekundären
Entstaubung und dazu bei, dass verhindert wird, dass sich die adsorbierenden
Teilchen vom Grundmaterial 3 lösen.
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Wie
er im Vorangegangenen beschrieben wurde, ist der Luftfilter entsprechend
der vorliegenden Erfindung in der Lage, eine hohe Leistung bei der
Entstaubung und Geruchsverbesserung zu bringen, weil er einen verminderten
Druckverlust durch das Grundmaterial selbst sichert und die Staubfilterschicht
zur verbesserten Leistung der Entstaubung beiträgt und verhindert, dass sich
die adsorbierenden Teilchen vom Grundmaterial lösen.
