EP1347815A1 - Triboelektrische aufladung von geweben und gewirken - Google Patents

Triboelektrische aufladung von geweben und gewirken

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EP1347815A1
EP1347815A1 EP01988618A EP01988618A EP1347815A1 EP 1347815 A1 EP1347815 A1 EP 1347815A1 EP 01988618 A EP01988618 A EP 01988618A EP 01988618 A EP01988618 A EP 01988618A EP 1347815 A1 EP1347815 A1 EP 1347815A1
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EP
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woven
knitted fabric
pollen
charge
fabric according
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EP01988618A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Schröder
Claus Grobe
Dieter Wenninger
Jens Kranz
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Tesa SE
Original Assignee
Tesa SE
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
    • B01D46/0032—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions using electrostatic forces to remove particles, e.g. electret filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/10—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filter plates, sheets or pads having plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/28—Plant or installations without electricity supply, e.g. using electrets
    • B03C3/30—Plant or installations without electricity supply, e.g. using electrets in which electrostatic charge is generated by passage of the gases, i.e. tribo-electricity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/39—Electrets separator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/43—Knitted filter mediums
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/45—Woven filter mediums

Definitions

  • the invention relates to a fabric or knitted fabric which receives an electrostatic charge through a special treatment and the utilization of this charge for filtering dust-like allergens transported by the atmospheric air, such as pollen, in a pollen protection which can be applied over the entire surface of windows and doors.
  • pollinosis hay fever
  • pollinosis i.e. the allergic reaction of the mucous membranes of the eye as well as the upper and lower respiratory tract with pollen and other airborne allergens
  • the allergic reaction to a pollen allergy usually manifests itself as reddening and tearing of the eyes (conjunctivitis), sneezing attacks (rhinitis) and irritable cough (bronchial asthma) as early reactions.
  • Ais late reaction to pollen allergy are e.g. Known eczema or eczema on the skin.
  • BESTATIGUNGSKOPIE be brought. Due to their relatively large mesh sizes of 1 - 2mm, these have good visual transparency and allow adequate ventilation of the living spaces, adequate protection against pollen dust (size approx. 10-50 ⁇ m) and fungal spores (size approx. 200 ⁇ m) is not possible due to the larger mesh size.
  • Filtration systems that completely remove air from pollen, germs and spores are used in air conditioning technology and in automobiles.
  • the high filter effect is described in DE 3904623 e.g. achieved by using filter mats, also often multi-layered, made of nonwovens, which due to their fibrous nature make the filter stage impassable for the above. Make allergens.
  • the laminate of filter mats is additionally folded in a zigzag.
  • such filter mats are not suitable as a protective device in the sense of the proposed invention.
  • a woven or knitted fabric to purify the air flowing into a room from pollen solely by adjusting the mesh size.
  • the mesh size required for purely mechanical filtering is therefore at least 20 ⁇ m and therefore no longer allows adequate visual transparency.
  • Another protective device against pollen, germs and spores installed in front of windows is e.g. specified in DE 4300422.
  • a material material is applied as a protective device not over the full area in front of the window pane, but in the two wedge-like spaces and the rectangular opening at the top of a window in the tilted position.
  • the problem of the lack of visual transparency of the protection is avoided by this type of attachment, but the protection for a complete opening of the window has to be removed by swinging open so that the protective effect no longer exists.
  • the support of the separation properties of filtration media by electrostatic charges is known and is used, for example, for filtration tasks in air conditioning systems, ventilation technology for automobiles or cleaning processes of industrial processes.
  • the principle of these electrostatic filters is based on the fact that at least two electrodes have different potentials, so that a high-voltage field is created between them.
  • One of the two electrodes acts as an ionization source for gas molecules, so that they are accelerated in the direction of the precipitation electrode.
  • the gas molecules transfer their charge to dust particles and cause the dust particles to be transported to the precipitation electrode, to separate there and thus be removed from the air flow to be cleaned.
  • DE19819989.2 describes, for example, an electron arrangement for such a task in automotive engineering, in which the ionization electrode is present in a pipe section as an axially arranged wire and the precipitation electrode is located on the pipe wall as woven or woven wire.
  • the principle of improving the filtration properties of a pollen protection by applying an external voltage is not suitable for a woven or knitted fabric that is to be applied in front of windows and doors.
  • the object of the present invention is to make the triboelectric charging of polymer and natural fibers usable for filtering pollen transported through the atmospheric air in the form of a woven or knitted fabric which can be applied in front of windows and doors.
  • the principle of applying triboelectric charging is based on the separation of charges, which is done macroscopically by rubbing or separating processes from at least two materials. Decisive for the sign and the amount of the charge are the exit energies W a of the near-surface electrons of the materials, since near-surface electrons emerge from the surface of one material and pass into that of the other. As a result, there is an electron deficiency in the surface of one material, which leads to a positive charge on the surface, while the other surface experiences a negative charge due to the excess of electrons.
  • the dissipation of the discharge of the electrostatic charge is achieved in that the volume resistance and the surface resistance of the materials are of the order of 10 12 - 10 15 ⁇ from 10 12 - 10 15 ⁇
  • Electrostatic charges by charge separation can be done, for example, by quickly removing a polymer film attached to one or both sides of the knitted fabric without air inclusions. Charging by the friction of particle-laden air on the knitted fabric is also possible, by intensively using a household or Indust ⁇ efones, blowers, fans or other types of air with high volume flows
  • the preferred possibility in the inventive sense is the manual rubbing of a polymeric or natural substance on the applied protective fabric after the application in front of the window
  • the invention In addition to utilizing the electrostatic charge for filtering pollen, the invention also enables the properties of sufficient air permeability and sufficient visual transparency, since the mesh size required for filtering can be increased beyond the pollen diameter
  • the charge can be restored after the precipitation by drying and subsequent rubbing with the appropriate polymer material Drying and recharging in one work step simply through the intensive flow of particle-laden air through the protective system when using a household hair dryer.

Landscapes

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Abstract

Gewebe oder Gewirke, dadurch gekennzeichnet, dass durch Reibung am Gewebe oder Gewirk eine elektrostatische Aufladung erzeugt wird, die eine Verbesserung seiner Filtrationseigenschaften bewirkt.

Description

Beschreibung
Triboelektrische Aufladung von Geweben und Gewirken
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gewebe oder Gewirk, welches durch eine spezielle Behandlung eine elektrostatische Aufladung erhält sowie der Nutzbarmachung dieser Aufladung zum Filtern von durch die Atmosphärenluft transportierten, staubförmigen Allergenen wie Pollen in einem vollflächig vor Fenstern und Türen applizierbaren Pollenschutz.
Seit mehreren Jahren wird in der Bundesrepublik das Auftreten von Pollinose (Heuschnupfen), also der allergischen Reaktion der Schleimhäute des Auges sowie der oberen und unteren Atemwege mit Blütenpollen und anderen durch die Luft transportierten Allergenen, in der Bevölkerung verfolgt. Dabei wurde ermittelt, dass in Deutschland in den letzten Jah- ren der Bevölkerungsanteil bei etwa 11-15% liegt. Die allergische Reaktion einer Pollenal- lergie äußert sich meist durch Rötungen und Tränenfluss der Augen (Konjunktivitis), Niesattacken (Rhinitis) sowie Reizhusten (Asthma bronchiale) als Frühreaktionen. Ais Spätreaktion auf die Pollenallergie sind z.B. Neurodermitis oder Ekzeme an der Haut bekannt. Als weitreichendere Konsequenzen neben den persönlichen Beschwerden der Betroffenen las- sen sich Verdienstausfall bzw. Arbeitsunfähigkeit während der Pollenflugperiode oder Anstieg von ärztlichen Behandlungskosten leicht ableiten, so dass für ein Pollenschutzgitter im Sinne der Erfindung zur Anbringung vor Fenster und Türen von Wohn- und Arbeitsräumen ein großer Bedarf besteht. Weiteres über Pollinose läßt sich im Ratgeber Pollenallergie, Ute Künkele, München 1992 recherchieren.
Vollflächig vor Fenstern und Türen angebrachte Schutzsysteme, die das Eindringen von größeren Objekten wie z B Insekten in Wohnräume verhindern sollen, sind bekannt (=Flιegengιtter) In DE 3045723 werden z.B. Gardinen, Netze, Filter oder Siebe für einen solchen Zweck beschrieben, die mittels Druckknopfen an Fenster- oder Türrahmen aπge-
BESTATIGUNGSKOPIE bracht werden. Aufgrund ihrer relativ großen Maschenweiten von 1 - 2mm besitzen diese eine gute visuelle Transparenz und erlauben eine ausreichende Belüftung der Wohnräume, der ausreichende Schutz vor Pollenstaub (Größe etwa 10-50μm) und Pilzsporen (Größe etwa 200μm) ist aufgrund der höheren Maschenweite nicht möglich.
Filtrationseinrichtungen, die Luft völlig von Pollen, Keimen und Sporen befreien, finden Einsatz in der Klimatechnik und im Automobil. Die hohe Filterwirkung wird in DE 3904623 z.B. dadurch erreicht, dass Filtermatten, auch oft mehrlagig, aus Vliesstoffen eingesetzt werden, die durch ihre Faserigkeit die Filterstufe unpassierbar für o.a. Allergene machen. Zur Erhö- hung des Kontaktes der partikelbeladenen Luft mit dem Filter wird das Laminat aus Filtermatten zusätzlich zickzackgefaltet. Solche Filtermatten besitzen jedoch aufgrund ihrer nicht vorhandenen visuellen Transparenz keine Eignung als Schutzvorrichtung im Sinne der vorgeschlagenen Erfindung.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, mit einem Gewebe oder Gewirk einzig durch das Einstellen der Maschenweite die in eine Räumlichkeit einströmende Luft von Pollen zu reinigen. Die Größen der meisten in Europa vorkommenden, allergieauslösenden Pollen, im wesentlichen Birke, Süßgräser, Gänse- und Beifuß, Wegerich, Hasel, liegen in der Region von 20 - 40 μm. Die für eine rein mechanische Filterung notwendige Maschenweite beträgt daher wenigstens 20 μm und lässt somit keine ausreichende visuelle Transparenz mehr zu.
Eine weitere vor Fenstern angebrachte Schutzvorrichtungen gegen Pollen, Keime und Sporen wird z.B. in DE 4300422 angegeben. Hier erfolgt die Anbringung eines Stoffmaterials als Schutzvorrichtung jedoch nicht vollflächig vor der Fensterscheibe, sondern in den bei- den keilartigen Zwischenräumen sowie der rechteckigen Öffnung an der Oberseite eines in Kippstellung stehenden Fensters. Das Problem der nicht vorhandenen, visuellen Transparenz des Schutzes wird durch diese Art der Anbringung umgangen, jedoch muss der Schutz für eine völlige Öffnung des Fensters durch Aufschwenken entfernt werden, so dass keine Schutzwirkung mehr existent ist.
Die Unterstützung der Abscheideeigenschaften von Filtrationsmedien durch elektrostatische Aufladungen ist bekannt und wird beispielsweise für Filtrationsaufgaben in der Klϊmaanla- gentechnik, Lüftungstechnik für Automobile oder Reinigungsprozesse von industriellen Verfahren eingesetzt. Das Prinzip dieser Elektrofilter basiert darauf, dass an wenigstens zwei Elektroden unterschiedliche Potentiale angelegt sind, so dass zwischen ihnen ein Hochspannungsfeld entsteht. Eine der beiden Elektroden fungiert dabei als lonisations- quelle für Gasmoleküle, so dass diese beschleunigt werden in Richtung der Niederschlagselektrode. Auf dem Weg zur Niederschlagselektrode übertragen die Gasmoleküle ihre La- düng auf Staubpartikel und bewirken, dass die Staubpartikel zur Niederschlagselektrode transportiert, sich dort abscheiden und so aus dem zu reinigendem Luftstrom entfernt werden. DE19819989.2 beschreibt beispielsweise für eine solche Aufgabe in der Automobiltechnik eine Elektronenanordnung, bei der die lonisationselektrode in einem Rohrleitungsstück als axial angeordneter Draht vorliegt und die Niederschlagselektrode sich als Ge- webe- oder Drahtgespinst an der Rohrwand befindet. Das Prinzip, durch Anlegen einer Fremdspannung die Filtrationseigenschaften eines Pollenschutzes zu verbessern, eignet sich nicht für ein Gewebe oder Gewirk, welches vor Fenstern und Türen appliziert werden soll.
Eine weitere Anwendung von elektrostatischen Aufladungen für ähnliche Filtrationsaufgaben wird auch in DE4414728 beschreiben. Durch die Aufladung von netzförmigen Geweben aus synthetischen hochpolymeren Fasern soll ein elektrischen Feld zwischen dem Allergen und dem Gewebe entstehen, welches zur Filtration genutzt werden soll. Auf die Art der Aufbringung der elektrostatischen Aufladung wird jedoch nicht näher eingegangen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die triboelektrische Aufladung von Polymer- und Naturfasern nutzbar zu machen für die Filterung von durch die Atmosphärenluft transportierten Pollen in Gestalt eines Gewebes oder Gewirks, welches vor Fenstern und Türen appliziert werden kann.
Das Prinzip des Aufbringens einer triboelektrischen Aufladung basiert auf der Trennung von Ladungen, die makroskopisch durch Reib- oder Trennvorgänge von mindestens zwei Materialien geschieht. Ausschlaggebend für das Vorzeichen und die Höhe der Aufladung sind dabei zunächst die Austrittsenergien Wa der oberflächennahen Elektronen der Materialien, da oberflächennahe Elektronen aus der Oberfläche des einen Materials austreten und in die des anderen übergehen. Folglich entsteht in der Oberfläche des einen Materials ein Elektronenmangel, der zu einer positiven Aufladung der Oberfläche führt, während die andere Oberfläche durch den Elektronenüberschuss eine negative Aufladung erfährt Aus Lütt- gens/Glor Elektrostatische Aufladungen begreifen und sicher beherrschen, 2 Auflage, lasst sich ableiten, dass für eine möglichst rasche und hohe Aufladung der Materialien, wie bei der Erfindung vorgesehen, die Differenz ihrer Elektronenaustπttsenergien einen möglichst großen Betrag besitzen muss
Neben den Elektronenaustrittsenergien gehen auch Parameter wie Temperatur, Rauhigkeit und Verschmutzungsgrad der Oberflachen sowie Reib- bzw Trenngeschwindigkeit und Luftfeuchte in einen tπboelektrischen Aufladungsvorgang ein
Das Unterbinden der Ableitung der elektrostatischen Aufladung wird dadurch erzielt, dass der Durchgangswiderstand sowie der Oberflachenwiderstand der Materialien der Größenordnung von 1012 - 1015 Ω hegt Für das Gewebe oder Gewirk werden deshalb bevorzugt Fasern bzw auf dem Gewirk oder Gewebe aufgebrachte Beschichtungen mit Oberflachen- widerstanden von 1012 - 1015 Ω eingesetzt
Elektrostatische Aufladungen durch Ladungstrennung können beispielsweise durch das rasche Entfernen einer vollflachig ein- oder beidseitig, ohne Lufteinschlusse an das Gewirk angebrachten Polymerfohe geschehen Ebenfalls ist eine Aufladung durch die Reibung von partikelbeladener Luft an dem Schutzgewirk möglich, indem das Schutzgewirk intensiv mit Hilfe eines Haushalts- oder Industπefones, Geblases, Ventilators oder einer sonstigen Art eines Lufters mit hohen Volumenstromen durchströmt wird
Die bevorzugte Möglichkeit im erfinderischen Sinne ist das manuelle Reiben eines polyme- ren oder natürlichen Stoffes an dem applizierten Schutzgewirk nach der Anbringung vor dem Fenster
Neben der Nutzbarmachung der elektrostatischen Aufladung zur Filterung von Pollen ermöglicht die Erfindung zudem die Eigenschaften der genugenden Luftdurchlassigkeit und ausreichender visueller Transparenz, da die zur Filterung notwendige Maschenweite über den Pollendurchmesser hinaus vergrößert werden kann
Im Falle der Ableitung der Aufladung z B durch ein Ansteigen der Luftfeuchte oder Regen kann die Aufladung nach dem Niederschlag durch Trocknung und anschließender Reibung mit dem passenden Polymerwerkstoff wiederhergestellt werden Denkbar ist auch eine Trocknung und Wiederaufladung in einem Arbeitsgang allein durch das intensives Durchströmen des Schutzsystems mit partikelbeladener Luft bei Anwenden eines Haushaltsfönes.

Claims

Patentansprüche
1. Gewebe oder Gewirke, dadurch gekennzeichnet, dass durch Reibung am Gewebe oder Gewirk eine elektrostatische Aufladung erzeugt wird, die eine Verbesserung seiner Filtrationseigenschaften bewirkt.
2. Gewebe oder Gewirke nach Anspruch 1 , wobei deren Fasern aus einem oder mehreren reinen oder heteroatomhaltigen Kohlenwasserstoffen bestehen und einen Oberflächen- widerstand zwischen 1012 und 1015 Ω besitzen.
3. Gewebe oder Gewirke nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung des Gewebes oder Gewirks aus einem oder mehreren reinen oder heteroatomhaltigen Kohlenwasserstoffen besteht und einen Oberflächenwiderstand zwischen 1012 und 1015 Ω besitzt.
4. Gewebe oder Gewirke nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser der Fäden zwischen 50 und 1000 μm beträgt.
5. Gewebe oder Gewirke nach Anspruch 1, wobei die freie Fläche einer Masche zwischen 300 und 90000 μm2 beträgt.
6. Gewebe oder Gewirke nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei die Gewebe oder Gewirke zum Schutz vor staubförmigen Allergenen wie Pollen vor Fensterflächen oder Türöffnungen angebracht werden.
EP01988618A 2000-10-26 2001-10-23 Triboelektrische aufladung von geweben und gewirken Withdrawn EP1347815A1 (de)

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DE10053227 2000-10-26
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