ES2200925T3 - Filtro compuesto y procedimiento de fabricacion del mismo. - Google Patents

Abstract

Un filtro compuesto que comprende una pluralidad de capas no pre-unidas en el que cada capa independiente comprende al menos un material de filtración y que es diferente a las capas adyacentes, en el que la pluralidad de capas se unen entre sí para formar una estructura estratificada unitaria dotada de una primera superficie límite adaptada para recibir partículas arrastradas por el aire y una segunda superficie límite adaptada para descargar aire filtrado, y en el que la primera capa comprende fibras de polímero que se pueden unir termofundidas, bicomponente o monocomponente, tendidas en seco, y la segunda capa comprende fibras hiladas en estado fundido, estando la primera capa situada más próxima a la primera superficie límite que la segunda capa.

Description

Filtro compuesto y procedimiento de fabricación del mismo.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un medio de filtro poroso para extraer las partículas sólidas arrastradas por un flujo de gas en movimiento. Más específicamente, se refiere a un compuesto de filtro que comprende una pluralidad de capas de material de filtración no pre-unida, montadas en una yuxtaposición predeterminada y unidas entre sí para formar una estructura unitaria estratificada que sirve para filtrar partículas del aire.

Antecedentes

En estos últimos tiempos, la tecnología de filtración de partículas de los gases ha adquirido una considerable sofisticación, tanto en aplicaciones comunes, como las tareas de limpieza por aspiración de suciedad y polvo orientadas al consumidor, como las extremadamente exigentes aplicaciones industriales, como la extracción de fracciones de partículas de un tamaño específico de una gran variedad de contaminantes de los gases, incluyendo elementos inertes y elementos bioquímicamente sensibles, entre otros. Actualmente, es un hecho bien conocido que las partículas contaminantes de un flujo de gas pueden presentar una gran diversidad de tamaños, formas geométricas (por ejemplo, alargadas y esféricas) y composiciones químicas y físicas (por ejemplo, partículas inodoras o emisoras de olor).

En consecuencia, la tecnología de la filtración ha evolucionado para proporcionar medios adaptados al filtrado óptimo de fracciones específicas de partículas contaminantes. Además, esta tecnología ha desarrollado técnicas para maximizar las diversas características de rendimiento de los filtros, tales como la de mantener una reducida caída de presión a través del filtro y de incrementar la vida de servicio del mismo para alargar el tiempo transcurrido entre sustituciones de los elementos de filtro.

El planteamiento tradicional para lograr estos objetivos ha consistido en proporcionar un medio de filtro compuesto de múltiples capas separadas y de diseño individual, siendo la finalidad primordial de cada una de ellas efectuar una u ocasionalmente varias funciones de filtrado específicas. Por ejemplo, se suele utilizar una tela muy abierta, porosa y fina para proteger a las capas de filtro subyacentes de la abrasión producida por partículas grandes y duras que se desplazan con rapidez. Típicamente, se usa una capa porosa y voluminosa para captar cantidades considerables de partículas que en su mayoría son grandes, y se suele prescribir una capa de baja porosidad, con filamento de diámetro ultrafino, para extraer las partículas más pequeñas e incrementar la eficiencia del filtrado. De las múltiples posibilidades de las que se dispone, se seleccionan unas capas filtrantes individuales que se combinan en una secuencia predeterminada y se montan en grupo para formar un filtro de múltiples capas, y consecuentemente de múltiples funciones. La capa o capas adyacentes pueden estar o no unidas entre sí. Opcionalmente, las capas individuales se pueden intercalar entre unas tapas, que típicamente son de papel, para fines de integridad estructural y facilidad de manipulación.

Uno de los inconvenientes del citado sistema de múltiples capas empleado en la fabricación de filtros multifuncionales reside en el procesamiento repetitivo del medio de filtro, que puede resultar excesivo. Es decir, el material de filtración de una determinada capa se procesa primeramente para formar la capa individual y luego para montar dicha capa en el filtro de múltiples capas. Cada etapa añade compactación y cobertura, aunque sea de forma somera, al producto de filtro final. Esto tiende a incrementar la caída de presión a través del filtro y a reducir su capacidad de retención de polvo, limitando su vida de servicio. Es deseable disponer de un filtro multifuncional y multicomponente que pueda producirse con un mínimo de compactación y cobertura del medio de filtro.

Resumen de la invención

Por consiguiente, la presente invención proporciona un filtro compuesto según la reivindicación 1.

Se proporciona también un procedimiento según la reivindicación 17.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 es un diagrama esquemático de un proceso en línea para producir un filtro compuesto según una realización preferente de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, una realización del original compuesto de filtro con una estructura estratificada unitaria de dos capas.

La figura 3 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, otra realización del original compuesto de filtro con una estructura estratificada unitaria de tres capas.

La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, otra realización del original compuesto de filtro con una estructura estratificada unitaria de cuatro capas.

La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, otra realización del original compuesto de filtro con una estructura estratificada unitaria de cinco capas.

La figura 6 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, otra realización del original compuesto de filtro de dos capas de la figura 2 en combinación con una capa de filtro adyacente a las mismas.

La figura 7 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, otra realización del original compuesto de filtro de tres capas de la figura 3 en combinación con una capa de filtro adyacente a las mismas.

La figura 8 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, otra realización del original compuesto de filtro de cuatro capas de la figura 4 en combinación con una capa de filtro adyacente a las mismas.

La figura 9 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, otra realización del original compuesto de filtro de cinco capas de la figura 5 en combinación con una capa de filtro adyacente a las mismas.

La figura 10 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, el compuesto de filtro de dos capas de la figura 6 adherido a una capa de filtro adyacente por medio de una capa de adhesivo o ultrasonidos.

La figura 11 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, el compuesto de filtro de tres capas de la figura 7 adherido a una capa de filtro adyacente por medio de una capa de adhesivo o ultrasonidos.

La figura 12 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, el compuesto de filtro de cuatro capas de la figura 8 adherido a una capa de filtro adyacente por medio de una capa de adhesivo o ultrasonidos.

La figura 13 es un diagrama esquemático que muestra, en sección transversal, el compuesto de filtro de cinco capas de la figura 9 adherido a una capa de filtro adyacente por medio de una capa de adhesivo o ultrasonidos.

Descripción detallada

Básicamente, esta invención proporciona un original compuesto de filtro que incluye una pluralidad de capas apiladas de material filtrante unidas entre sí para formar una estructura estratificada unitaria. La composición del material filtrante de cualquiera de las capas se preselecciona de manera que realice una función de filtrado específica. Por ejemplo, se pueden seleccionar fibras finas (es decir, de escaso diámetro) densamente aglomeradas para captar partículas de polvo de un pequeñísimo tamaño de aproximadamente 5 micrómetros o menos. También se pueden emplear fibras con carga electrostática para captar partículas de este tipo, e incluso de menor tamaño. Además, se puede emplear un medio voluminoso y altamente poroso que brinde una elevada capacidad de retención de polvo y atrape partículas de tamaño mediano a grande.

El original compuesto de filtro presenta la característica distintiva de que al menos una de las capas, y preferentemente todas, no han sido previamente ligadas antes del apilado o durante el mismo. El término "previamente ligadas" significa, en este caso, que la composición de un medio filtrante, tal como de fibras fundentes de adherencia térmica o fibras susceptibles de enlace mediante adhesivo, es tratada de manera efectiva para activar el mecanismo de enlace y formación de una tela independiente, erecta, cohesionada y típicamente autosoportante de dicha composición de filtro. Una tela de este tipo, previamente ligada, puede ser manipulada mecánicamente a través de los procesos en cuestión mediante enrollado, desenrollado, corte y operaciones similares. Por consiguiente, en uno de los aspectos de esta invención, la adherencia de al menos una de las capas, y preferentemente de todas ellas, para formar la estructura unitaria comienza solamente cuando se ha completado el apilamiento de todas las capas para una determinada estructura deseada del compuesto filtrante. La estructura resultante es un cuerpo único compuesto por diferentes tipos de material filtrante en diferentes estratos vistos en sección transversal a través del compuesto filtrante, según se explica en mayor medida en la siguiente descripción y en los dibujos.

Según lo indicado, la estructura estratificada se forma elaborando un apilado de capas con los materiales filtrantes seleccionados. Debido a que las capas no han sido previamente ligadas, los componentes de cada una de ellas, es decir, las fibras, los gránulos, etc., se van instalando holgadamente, mediante procesos mecánicos o neumáticos, sobre la capa subyacente. Dentro de cada capa, la composición del material filtrante es mayormente uniforme, con una cara de contacto "rizada" entre las capas, tal como la cara de contacto 36A de la figura 2, representada también en línea discontinua en las figuras 3-13.

Debido a que lo que se desea es proporcionar una estructura estratificada, una de las características de esta invención consiste en que las capas adyacentes de un apilado tienen composiciones diferentes. No obstante, la composición de una capa se puede repetir en el apilado, aunque al menos una capa de composición diferente deberá estar presente entre capas de la misma composición.

Esta estructura es diferente a la de los medios convencionales de filtrado de múltiples capas formados por laminación de una pluralidad de medios filtrantes individuales, cada uno de los cuales ha sido objeto de ligazón previa para componer una tela autosoportante antes de la formación del laminado de múltiples capas. El término "capa" empleado define a una banda de material filtrante no pre-unida que forma un estrato de una estructura estratificada unitaria. Por el contrario, "banda" define a un velo independiente, previamente ligada y erecta de material filtrante.

La estructura estratificada unitaria de este original compuesto filtrante ofrece varias ventajas respecto a los medios de filtro convencionales. En un aspecto, la estructura estratificada unitaria se puede hacer más voluminosa, con objeto de proporcionar mayor capacidad de retención de polvo que la de un laminado de bandas individuales previamente ligadas cuyas composiciones corresponden a las capas respectivas de la estructura unitaria. Esto se debe a que cada parte del medio de filtro convencional se comprime al menos dos veces: una primera vez al formar la banda individual mediante ligazón adhesiva y una segunda vez al laminar las bandas individuales para formar el filtro.

Según otro aspecto, esta original estructura puede requerir menos adhesivo que los filtros convencionales. Esto se debe a la capacidad de extender en seco sucesivas capas sobre el apilado sin necesidad de usar adhesivo en las caras intermedias. Aunque típicamente los adhesivos, tales como el adhesivo de látex, se aplican en pequeña cantidad, cada aplicación adicional, aunque somera, incrementa la cobertura. En consecuencia, mientras más adhesivo se use, mayor será la caída general de presión a través del filtro y mayor será la rapidez con que el filtro quede obstruido con partículas de polvo y suciedad.

Incluso en otro aspecto, esta original estructura preferentemente comprende una o más capas sumamente endebles. Es decir, tienen una porosidad tan elevada, o bien presentan una cantidad tan reducida de material filtrante sólido, que la capa no es autosoportante. En otras palabras, la composición de la capa no presenta, en sí misma, una integridad estructural suficiente como para formar una tela individual y erecta como la utilizada en un laminado convencional de múltiples capas. Por lo tanto, este original compuesto filtrante proporciona la posibilidad de incorporar una o más capas individualmente débiles, aunque altamente funcionales, al compuesto estratificado. Debido a su estructura unitaria, el compuesto presenta una adecuada resistencia y rigidez, además de otras propiedades útiles para un filtro. Por ejemplo, se puede incorporar una capa altamente porosa, y consecuentemente individualmente débil, a un apilado de este original compuesto para proporcionar una elevada capacidad de retención de polvo incluso si fuera imposible fabricar una capa independiente de la misma composición para su utilización en un laminado convencional. También se podría incorporar una capa muy delgada y estructuralmente débil al apilado con el fin de conseguir una superior filtración de polvo fino, aunque esta misma composición podría resultar demasiado débil como para formar por sí misma una capa.

La debilidad de una capas se puede probar en la forma siguiente. Si la sustancia de la capa no puede disponerse sobre un soporte para luego enrollarla hasta formar un rollo y seguidamente desenrollarla desde el rollo en cuestión, se estima que la sustancia es débil dentro del significado de esta invención.

Los compuestos de filtro de esta invención se pueden utilizar para la bolsa de una aspiradora de limpieza, y en términos más generales, para los filtros de vacío. Por "filtro de vacío" se pretende definir una estructura de filtro destinada a actuar cuando un gas, preferentemente aire, que normalmente arrastra partículas sólidas secas, pasa a través de la estructura. Se ha adoptado la norma de referirse, en esta aplicación, a los lados, capas y capas de la estructura haciendo referencia a la dirección en que fluye el aire. Es decir, el lado de entrada del filtro se encuentra "aguas arriba" y el lado de descarga del filtro "aguas abajo", por ejemplo. Ocasionalmente, los términos "frente a" y "detrás de" se emplean, en el presente documento, para definir las posiciones relativas de elementos estructurales situados aguas arriba y aguas abajo, respectivamente. Desde luego, se produce una gradiente de presión que ocasionalmente se denomina "caída de presión" a través el filtro durante el filtrado. Típicamente, las aspiradoras de limpieza utilizan filtros con forma de bolsa. Normalmente, el lado aguas arriba de un filtro de bolsa de vacío es el interior y el lado aguas abajo es el exterior.

Además de su uso en bolsas para aspiradoras de limpieza, este original compuesto de filtro se puede utilizar en aplicaciones tales como sistemas de ventilación de calefacción y de aire acondicionado (HVAC), filtros de aire de cabina de vehículos, filtros de alta eficiencia (denominados "HEPA") para salas limpias, filtros domésticos para bolsas de control de emisiones, respiradores, máscaras quirúrgicas y similares. Opcionalmente, el compuesto de filtro se puede emplear en las citadas aplicaciones con una capa adicional de fibra de carbono o de contención de partículas instalada en serie con el original compuesto de filtro - para absorción de olores o contaminantes tóxicos, por ejemplo. Además, en ciertas aplicaciones, como filtros HEPA y salas limpias, se pueden utilizar capas adicionales situadas en serie con este original compuesto, en forma de una membrana de politetrafluoroetileno (PTFE) de baja porosidad laminada a la superficie límite de un filtro compuesto que tenga una adecuada estructura estratificada unitaria.

Se usa la prueba DIN 44956-2 para determinar el incremento de caída de presión de cinco ejemplos diferentes de construcciones de bolsas de aspiradoras de limpieza después de cargarlas con polvo fino hasta los niveles siguientes: 0, 05, 1,0, 1,5, 2,0 y 2,5 gramos.

Permeabilidad del aire después de la prueba de carga de polvo fino: la parte de carga de polvo de la DIN 44956-2 se realiza en incrementos de 0,5 gramos, desde 0 hasta 2,5 g/(m^{2} x s) en siete bolsas de la misma muestra. No obstante, los valores de caída de presión no se vuelven a registrar. A continuación, se determinan los valores máximos sostenibles de permeabilidad del aire en bolsas con los niveles especificados de carga de polvo.

Las composiciones de material filtrante a las que se hace referencia en esta solicitud de patente se describen más detalladamente a continuación.

Material convencional de bolsa de filtro de aspiradora de limpieza

Este material, al que ocasionalmente se denomina "papel estándar", ha sido utilizado tradicionalmente como un pliego único que proporciona filtración y contención de polvo, y tiene la fuerza y resistencia a la abrasión que requiere una bolsa para aspiradora de limpieza. Además, este material es suficientemente rígido como para facilitar su fabricación empleando un equipo convencional de producción de bolsas. El papel está predominantemente compuesto por pulpa de madera sin blanquear, contiene 6-7% de una fibra sintética, tal como un poliéster del tipo poli(tereftalato de etileno) (PET), y se produce con un proceso de laminado húmedo. Típicamente, el papel estándar tiene un peso básico del orden de 30-80 g/m^{2}, y normalmente del orden de 50 g/m^{2}. Típicamente, las fibras PET tienen una finura de 1,7 dtex y una longitud de 6-10 mm. Este papel presenta una permeabilidad al aire del orden de 200-500 L/(m^{2} x s) y un tamaño de poro medio del orden de 30 mm. No obstante, su eficacia, determinada por la prueba DIN 44956-2, es sólo del orden de 86%. Otra característica consiste en que los poros se obstruyen fácilmente con el polvo, viéndose la capacidad de retención de polvo limitada aún más por el escasísimo espesor del papel, de no más de aproximadamente 0,20 mm.

Fibras no tejidas unidas por centrifugación

Se pueden desplegar fibras de polímero no tejidas unidas por centrifugación a modo de capa de filtración en la estructura. Las fibras pueden ser de algunos polímeros susceptibles de ligazón por centrifugación, tales como poliamidas, poliésteres o poliolefinas. El peso básico de las fibras no tejidas unidas por centrifugación debería ser del orden de 10-100 g/(m^{2}, y preferentemente del orden de 30-40 g/(m^{2}. Las fibras no tejidas unidas por centrifugación deberían tener una permeabilidad al aire del orden de 500-10.000 L/(m^{2} x s), y preferentemente del orden de 2.000-6.000 L/(m^{2} x s), determinada por la prueba DIN 53887. Además, la ligazón por centrifugación puede tener carga electrostática.

Gasa o lana de soporte

La gasa se refiere a un papel poroso muy abierto o tela no tejida con un peso base generalmente ligero. El peso base de la gasa es típicamente del orden de 10-30 g/ m^{2}, y frecuentemente del orden de 13-17 g/m^{2}. La gasa, a la que ocasionalmente se denomina lana de soporte, suele tener una permeabilidad al aire del orden de 500-10.000 L/(m^{2} x s). Se emplea principalmente como protección de las demás capas o capas contra la abrasión. Además, la gasa puede filtrar partículas de gran tamaño. La gasa, al igual que cualquier capa del compuesto de filtro, puede tener carga electrostática siempre que el material disponga de unas adecuadas propiedades dieléctricas.

Material de alta capacidad de polvo tendida en húmedo

El material de alta capacidad de polvo extendido en húmedo, al que frecuentemente se denomina "papel de capacidad tendida en húmedo" en el presente texto, es más voluminoso, tiene más espesor y es más permeable que el papel convencional de bolsa de filtro de aspiradora de limpieza. Realiza múltiples funciones. Estas funciones incluyen la resistencia a la carga de impacto, el filtrado de partículas de polvo de gran tamaño, el filtrado de una parte considerable de partículas de polvo de pequeño tamaño, y la retención de grandes cantidades de partículas, a la vez que permite el flujo pasante del aire con toda facilidad, proporcionando así una baja caída de presión con una elevada carga de partículas, lo cual prolonga la vida del filtro.

El papel de capacidad tendida en húmedo suele comprender una mezcla de fibras de pulpa de madera y fibras sintéticas. Típicamente, contiene del orden de 70% de fibra de madera, y una cantidad correspondiente mayor de fibra sintética, tal como PET, que el papel estándar anteriormente descrito. Tiene más espesor que el papel estándar - aproximadamente 0,32 mm, con un peso base típico de 50 g/m^{2}. El tamaño de los poros es mucho mayor, con un tamaño medio que puede superar los 160 mm. Por lo tanto, el papel es capaz de retener una cantidad de polvo mucho mayor en sus poros antes de taponarse. El peso base del papel de capacidad tendida en húmedo es típicamente del orden de 30-150 g/m^{2}, preferentemente del orden de 50-80 g/m^{2}.

El papel de capacidad tendida en húmedo tiene una eficiencia de filtración de partículas de polvo fino del orden de 66-67%, según DIN 44956-2. Es importante el hecho de que el papel de capacidad tendida en húmedo tiene una permeabilidad al aire superior a la del papel de filtro estándar. Preferentemente, el límite inferior de permeabilidad debería ser de al menos unos 500 L/(m^{2} x s), preferentemente de al menos unos 1.000 L/(m^{2} x s) y más preferentemente de al menos unos 2.000 L/(m^{2}x s). El límite superior de permeabilidad está definido de manera que garantice que el papel pueda filtrar y retener una fracción mayoritaria de las partículas de polvo de un tamaño superior a aproximadamente 10 mm. En consecuencia, un medio de filtro secundario de alta eficiencia situado aguas abajo tendría capacidad para filtrar y contener las partículas finas durante mucho más tiempo antes de dar señal de un incremento sustancial de la caída de presión a través del filtro. Por consiguiente, la permeabilidad máxima al aire del papel de capacidad tendida en húmedo preferentemente debería ser del orden de 8.000 L/(m^{2} x s), preferentemente del orden de 5.000 L/(m^{2} x s), y más preferentemente del orden de 4.000 L/(m^{2} x s). Podrá apreciarse que el papel de capacidad tendida en húmedo resulta especialmente apropiado para una capa de filtración de función múltiple situada aguas arriba de la capa secundaria de filtración de alta eficiencia.

\newpage

Material de alta capacidad de polvo extendido en seco

El material de alta capacidad de polvo extendido en seco, al que frecuentemente se denomina "papel de capacidad tendida en seco" en el presente texto, no había sido usado como filtro para bolsas de aspiradora de limpieza. El papel extendido en seco no se forma a partir de una lechada de agua, sino que se produce mediante tecnología tendida por aire, y preferentemente mediante un proceso de "pulpa de borra". La ligazón por hidrógeno, que juega un papel importante en la atracción entre sí de las cadenas moleculares, no actúa en ausencia de agua. Por lo tanto, con un mismo peso base, el papel de capacidad tendida en seco suele tener un espesor mucho mayor que el del papel estándar y del papel de capacidad tendida en húmedo. Para un peso típico de 70 g/m^{2}, el espesor sería de 0,90 mm, por ejemplo.

El papel de capacidad tendida en seco se puede unir empleando dos procedimientos básicos. El primer procedimiento es de ligazón por látex, en el que el aglomerante de látex puede ser aplicado desde dispersiones de base de agua. Se pueden emplear técnicas de saturación, tales como el pulverizado y la inmersión con exprimido (aplicación por rodillo almohadillado), seguidas en ambos casos por secado y curado mediante calor. Además, el aglomerante de látex se puede aplicar en diseños específicos, tales como puntos, diamantes, rayas cruzadas o líneas ondulantes, empleando un rodillo de grabado y una etapa de secado y curado posterior.

El segundo procedimiento es la ligazón térmica - por ejemplo, empleando fibras aglomerantes. Las fibras aglomerantes, ocasionalmente denominadas "fibras fundibles de ligazón térmica" en el presente documento, son definidas por el Nonwoven Fabric Handbook (edición 1992) como "Fibras con puntos de ablandamiento más bajos que el de otras fibras de la tela. Al aplicar calor y presión, actúan como adhesivo". Estas fibras fundibles de ligazón térmica suelen fundirse totalmente en las zonas de la tela en las que se ha aplicado suficiente calor y presión, adhiriendo entre sí las fibras de la matriz en sus puntos de cruce. Como ejemplo, se incluyen los polímeros de copoliéster, los cuales adhieren una amplia gama de materiales fibrosos al ser calentados.

En una realización preferente, la ligazón térmica se puede realizar mediante la adición de al menos 20%, preferentemente hasta 50%, de una fibra polímera bicomponente ("B/C") a la tela tendida en seco. Ejemplos de fibras B/C incluyen fibras con un núcleo de polipropileno ("PP") y un envolvente de polietileno ("PE") más sensible al calor. El término "sensible al calor" significa que las fibras termoplásticas se ablandan, se vuelven pegajosas o se derriten a una temperatura de 3-5ºC por debajo del punto de fusión. Preferentemente, el polímero del envolvente debería tener un punto de fusión de aproximadamente 90-160ºC; el polímero del núcleo debería tener un punto de fusión más alto, preferentemente al menos 5ºC más alto que el del polímero del envolvente. Por ejemplo, el PE se funde a 121ºC y el PP a 161-163ºC. Esto propicia la adherencia de la tela tendida en seco cuando pasa entre el dispositivo de estrechamiento de una calandria térmica o al penetrar en un horno de aire pasante, logrando que las fibras se liguen térmicamente con menor calor y presión para producir una estructura menos compactada, más abierta y más respirable. En una realización más preferente, el núcleo del núcleo/envolvente de la fibra B/C se sitúa excéntricamente respecto al envolvente. Mientras más lateralmente se sitúe el núcleo de la fibra, más probable será que la fibra B/C se ondule durante la etapa de ligazón térmica, lo cual incrementa el volumen del material con capacidad tendida en seco. Desde luego, esto mejora el potencial de retención de polvo. Por consiguiente, en una realización aún más preferente, el núcleo y el envolvente se sitúan lado a lado en la fibra B/C para fines de ligazón en horno de aire pasante. Una calandria térmica, que comprimiría la tela en mayor medida que la ligazón de aire pasante, es menos recomendable en este caso. Otras combinaciones de polímeros que se pueden emplear en las fibras núcleo/envolvente o B/C lado a lado incluyen el PP con polímeros de copoliéster de baja fusión, además de poliéster con nailon 6. La capa de alta capacidad tendida en seco también se puede constituir esencialmente en su totalidad con fibras bicomponente. Se pueden emplear otras variedades de fibras bicomponente, además de la núcleo/envolvente, tales como las de las realizaciones "lado a lado", "islas en el mar" y "naranja" descritas en Nonwoven Textiles, Jirsak, O., y Wadsworth, L.C., Carolina Academic Press, Durham, Carolina del Norte, 1999, págs. 26-29, descripción que se incorpora totalmente, por referencia, al presente documento.

Generalmente, el tamaño de poro medio de la capa con capacidad tendida en seco tiene una dimensión intermedia entre el tamaño de poro del papel estándar y del papel de capacidad tendida en húmedo. La eficiencia de filtración, determinada por la prueba DIN 44956-2, es de aproximadamente 80%. El papel de capacidad tendida en húmedo debería tener aproximadamente el mismo peso base y la misma permeabilidad que el citado papel de capacidad tendida en húmedo, es decir, de aproximadamente 500-8.000 L/(m^{2} x s), preferentemente de aproximadamente 1.000-5.000 L/(m^{2} x s) y más preferentemente de aproximadamente 2.000-4.000 L/(m^{2} x s). Presenta una excelente capacidad de retención de polvo, con la ventaja de una uniformidad de peso y espesor mucho mayor que la de los papeles tendida en húmedo.

Se contemplan varias realizaciones preferentes del papel de capacidad tendida en seco. Una de ellas es la composición de fibra de pulpa de borra ligada con látex. Es decir, las fibras comprendidas en el papel son esencialmente de pulpa de borra. El término "pulpa de borra" define a un componente no tejido del filtro de esta invención que se prepara mediante trituración de rollos de pulpa - o sea, material fibroso de celulosa de madera o algodón - seguida de transporte aerodinámico de la pulpa hasta los componentes de formación de la tela que se encuentran en las máquinas tendida por aire o de formación en seco. Se puede utilizar una trituradora Wiley para triturar la pulpa. Las denominadas máquinas Dan Web ó M&J son útiles para la formación en seco. Un componente de la pulpa de borra de las capas de pulpa de borra aplicada en seco es isotrópico, lo que caracteriza la orientación aleatoria de las fibras en la dirección de las tres dimensiones ortogonales. Es decir, tienen gran parte de sus fibras orientadas en sentido contrario al plano de la tela no tejida, particularmente perpendiculares al plano, en comparación con las telas no tejidas anisotrópicas tridimensionales. Preferentemente, las fibras de pulpa de borra utilizadas en esta invención tienen una longitud del orden de 0,5-5 mm. Las fibras se mantienen unidas entre sí por medio de un aglomerante de látex. El látex se puede aplicar en forma de polvo o de emulsión. Normalmente, el aglomerante está presente en el papel de capacidad tendida en seco en el intervalo aproximado de 10-30% en peso, preferentemente 20-30% en peso, de sólidos aglomerantes sobre la base del peso de las fibras.

En otra realización preferente, el papel de capacidad tendida en seco comprende una mezcla ligada térmicamente de fibras de pulpa de borra y al menos uno de los componentes de "fibras de lámina dividida" y fibras de polímero bicomponente. Más preferentemente, la mezcla de fibras de pulpa de borra comprende fibras de pulpa de borra y fibras de polímero bicomponente.

Fibras de lámina dividida

Las fibras de lámina dividida son esencialmente fibras planas y rectangulares que han recibido una carga electrostática después de ser incorporadas a la estructura compuesta de la invención. El espesor de las fibras de lámina dividida está en el intervalo de 2-100 micrómetros, el ancho puede estar en el intervalo de 5 a 500 micrómetros, y la longitud puede estar en el intervalo de 0,5 a 15 mm. No obstante, las dimensiones preferentes de las fibras de lámina dividida son un espesor del orden de 5 a 20 micrómetros, un ancho del orden de 15 a 60 micrómetros y una longitud del orden de 0,5 a 8 mm.

Preferentemente, las fibras de lámina dividida de la invención se fabrican a partir de una poliolefina, tal como polipropileno. No obstante, cualquier polímero apropiado para la elaboración de fibras puede ser utilizado para las fibras de lámina dividida de las estructuras compuestas de la invención. Ejemplos de polímero apropiados, sin limitarse a los mismos, incluyen poliolefinas tales como los homopolímeros y los copolímeros de polietileno, politereftalatos tales como poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(tereftalato de butileno) (PBT), poli(terefta-lato de cicloexil-dimetileno) (PCT), policarbonato, y poli-clorotrifluoro-etileno (PCTFE). Otros polímeros apropiados incluyen nailon, poliamidas, poliestirenos, poli-4 -metilpenteno-1, poli(metacrilato de metilo), poliuretanos, siliconas y poli(sulfuro de fenileno). Además, las fibras de lámina dividida pueden comprender mezclas de homopolímeros o copolímeros. En la presente aplicación, la invención se ejemplifica mediante fibras de lámina dividida fabricadas con polipropileno.

El empleo de polímeros de PP con diversos pesos moleculares y morfologías de sus estructuras de película laminada demuestra que se pueden producir láminas con el adecuado equilibrio entre las propiedades mecánicas y de fragilidad. Subsiguientemente, a estas fibras de lámina dividida de PP se les puede proporcionar el nivel deseado de ondulación. Desde luego, todas las dimensiones de las fibras de lámina dividida pueden ser modificadas durante la fabricación de las fibras.

Un procedimiento de fabricación de fibras divididas se describe en la patente de los Estados Unidos Nº 4.178.157. El polietileno se funde y se somete a extrusión hasta formar una lámina que luego se sopla hasta convertirla en un gran tubo (globo), en el que se introduce aire ambiental según la tecnología convencional de estiramiento por soplado. El inflado de aire del globo sirve para enfriar rápidamente la lámina y para orientar biaxialmente la estructura molecular de las cadenas moleculares de PP, lo cual aumenta su resistencia. A continuación, el globo se colapsa y la lámina se estira entre dos o más pares de rodillos, manteniéndose la lámina afianzada entre dos rodillos que contactan entre sí y aplicándose diversas cantidades de presión entre los citados dos rodillos en contacto. Esto produce un estiramiento adicional en la dirección de la máquina al accionar un segundo conjunto de rodillos a una velocidad superficial más rápida que la del primer conjunto. El resultado es una orientación molecular aún mayor de la lámina en la dirección de la máquina, que subsiguientemente se convertirá en la dimensión larga de las fibras de lámina dividida.

La lámina puede recibir una carga electrostática antes o después de que se haya enfriado. Aunque se pueden emplear diferentes técnicas para la carga electrostática de la lámina, existen dos procedimientos preferentes. El primer procedimiento es el de hacer pasar la lámina por un punto aproximadamente intermedio de una abertura del orden de 3,81 a 7,62 cm, entre dos electrodos de CC con efecto corona. Se pueden emplear unas barras corona con conectores emisores de cable metálico en las que un electrodo de efecto corona tiene un potencial CC positivo de aproximadamente 20 a 30 kV y el electrodo opuesto tiene un potencial CC negativo de aproximadamente 20 a 30 kV.

El segundo procedimiento preferente emplea las tecnologías de carga electrostática descritas en la patente de los Estados Unidos Nº 5.401.446 (Wadsworth y Tsai, 1995), denominadas Técnica I y Técnica II de Tantret(tm) y que se describen adicionalmente en el presente documento. Se observa que la Técnica II, en la que la lámina se suspende de unos rodillos aislados a medida que pasa en torno a la circunferencia interna de dos envolventes metálicos con carga negativa provistos de un cable de efecto corona positivo en cada envolvente, imparte unos potenciales de tensión más elevados a las láminas. Generalmente, con la Técnica II se puede impartir una tensión positiva de 1.000 a 3.000 voltios o más sobre uno de los lados de la lámina y unas similares magnitudes de tensión negativa sobre el lado opuesto de la lámina cargada.

La Técnica I - en la que las láminas están en contacto con un rodillo metálico con una tensión de CC de -1 a -10 kV y en la que un cable con una tensión de CC de +20 a +40 kV está situado aproximadamente 2,54 a 5,08 cm por encima del rodillo con carga negativa, estando cada lado de la lámina expuesto sucesivamente a esta configuración de carga de rodillo/cable - produce un menor potencial de tensión medido sobra las superficies de la lámina. Con la Técnica I, típicamente se obtienen unas tensiones de 300 a 1.500 voltios sobre la superficie de la lámina, con unas polaridades generalmente iguales aunque opuestas en cada lado. No obstante, se observa que los potenciales superficiales mayores obtenidos con la Técnica II no producen unas mayores eficiencias de filtración susceptibles de medición en las telas producidas con fibras de lámina dividida. Por consiguiente, y debido a que es más fácil enlazar y hacer pasar la lámina a través del dispositivo de la Técnica I, en la actualidad se utiliza predominantemente este procedimiento para cargar las láminas antes del proceso divisor.

A la lámina enfriada y estirada se le puede proporcionar carga electrostática en caliente o en frío. A continuación, la película se estira y divide simultáneamente para producir unas anchuras muy reducidas, típicamente del orden de 50 micrómetros. Seguidamente, los filamentos planos divididos se juntan para formar una estopa que se ondula atendiendo a un número controlado de ondulaciones por centímetro y luego se corta a las longitudes deseadas.

En una realización particularmente preferente, el papel de alta capacidad de polvo tendida en seco comprende una mezcla de fibras de pulpa de borra, fibras de polímero bicomponente y fibras de lámina dividida con carga electrostática. Preferentemente, las fibras de pulpa de borra estarán presentes en una cantidad aproximada de 5-85% en peso, más preferentemente de aproximadamente 10-70% en peso, y aún más preferentemente de aproximadamente 40% en peso; las fibras bicomponente, en una cantidad aproximada de 10-60% en peso, más preferentemente de aproximadamente 10-30% en peso, y aún más preferentemente de aproximadamente 20% en peso; y las fibras de lámina dividida con carga electrostática, en una cantidad aproximada de 20-80% en peso, y más preferentemente de aproximadamente 40% en peso. Este elemento de alta capacidad de polvo tendida en seco puede ser ligado térmicamente, preferentemente a una elevada temperatura de 90-160ºC, más preferentemente a una temperatura inferior a 110ºC y aún más preferentemente a aproximadamente 90ºC.

Fibras electrostáticas mixtas

Otras realizaciones preferentes del papel de capacidad tendida en seco se refieren a un papel ligado térmicamente dotado de 100% de "fibras electrostáticas mixtas"; una mezcla de 20-80% de fibras electrostáticas mixtas y 20-80% de fibras B/C; y una mezcla de 20-80% de fibras electrostáticas mixtas, 10-70% de pulpa de borra y 10-70% de fibras B/C. Los filtros de "fibras electrostáticas mixtas" se fabrican mezclando fibras con propiedades triboeléctricas marcadamente diferentes y luego frotándolas entre sí o contra partes metálicas de la máquina, tales como los cables de los cilindros de cardar, durante el cardado. Esto hace que uno de los tipos de fibra reciba una carga más positiva o negativa que la de los restantes tipos de fibra, potenciándose así la atracción culómbica de las partículas de polvo. La producción de filtros empleando estos tipos de fibras electrostáticas mixtas se describe en la patente de los Estados Unidos Nº 5.470.485 y en la solicitud de patente europea Nº EP 02 246 811 A2.

En la patente de los Estados Unidos Nº 5.470.485, el material de filtración consiste en una mezcla de (I) fibras de poliolefina y (II) fibras de poliacrilonitrilo. Las fibras (I) son fibras bicomponente de PP/PE, del tipo núcleo/envolvente o lado a lado. Las fibras (II) son "libres de halógeno". Las fibras (I) tienen algunas "poliolefinas sustituidas por halógeno", en tanto que las fibras de acrilonitrilo carecen de halógeno. La patente señala que las fibras deben ser lavadas a fondo con un detergente no iónico, con un álcali o con un disolvente, y seguidamente enjuagadas minuciosamente antes de mezclarlas entre sí para evitar la presencia de algún lubricante o agente antiestático. Aunque la patente indica que la esterilla de fibra producida debería ser troquelada, estas fibras también pueden ser cortadas a longitudes de 5-20 mm y luego mezcladas con fibras bicomponente con aglomerante térmico de una longitud similar, con la posible adición de pulpa de borra para que el papel ligado térmicamente tendida en seco pueda ser utilizado en esta invención.

El documento EP 0 246 811 describe el efecto triboeléctrico de frotar entre sí dos tipos diferentes de fibra. Especifica el uso de unos tipos de fibra similares a los de la patente de los Estados Unidos Nº 5.470.485, salvo que los grupos -CN de las fibras de poliacrilonitrilo pueden ser sustituidos por un halógeno (preferentemente flúor o cloro). Después de sustituir una cantidad suficiente de grupos -CN por -CI, a la fibra se la puede llamar "modacrílica" siempre que el copolímero comprenda de 35 a 85% en peso de unidades acrilonitrilo. El documento EP 0 246 811 estipula que la relación de poliolefina a acrilonitrilo sustituido (preferentemente modacrílico) puede estar en el intervalo de 30:70 a 80:20 en área superficial, y más preferentemente de 40:60 a 70:30. Igualmente, la patente de los Estados Unidos Nº 5.470.485 estipula que la relación de fibras de poliolefina a fibras de poliacrilonitrilo se sitúa en el intervalo de 30:70 a 80:20 respecto a la superficie del material de filtración. Por consiguiente, estos intervalos en las relaciones de las fibras poliolefínica a acrílica o modacrílica pueden emplearse en las proporciones anteriormente citadas para el papel de capacidad de ligazón térmica tendida en seco.

Lana hilada en estado fundido

Opcionalmente, se puede desplegar una capa de lana hilada en estado fundido de fibra polímera sintética entre una capa de función múltiple y una capa de filtración de alta eficiencia. La capa de lana hilada en estado fundido incrementa la eficiencia general de la filtración debido a que capta algunas de las partículas que hayan podido traspasar la capa de filtración de función múltiple. Además, y opcionalmente, la capa de lana hilada fundida puede recibir carga electrostática con el fin de ayudar en la filtración de partículas de polvo finas. La inclusión de una capa de lana hilada fundida supone una mayor caída de presión con una determinada carga de polvo comparada con un compuesto sin la capa de lana hilada en estado fundido.

Preferentemente, la lana hilada en estado fundido tiene un peso base del orden de 10-50 g/m^{2}, y una permeabilidad al aire del orden de 100-1.500 L/(m^{2} x s).

Tela no tejida hilada en estado fundido de alto volumen

Otro descubrimiento de la investigación reciente destinada al desarrollo de mejores bolsas para aspiradoras de limpieza ha sido el de una tela o capa hilada en estado fundido (MB) de alto volumen utilizable aguas arriba de una lana de MB de calidad de filtración como filtro previo en lugar del papel de capacidad tendida en húmedo o del papel de capacidad tendida en seco. El filtro previo de MB de alto volumen se puede fabricar a través de un proceso de soplado en estado fundido empleando aire helado para enfriamiento rápido, a una temperatura de aproximadamente 10ºC. Por el contrario, el MB convencional normalmente utiliza aire ambiental a una temperatura ambiente de 35-45ºC. Además, la distancia de captación desde la salida del troquel de MB hasta el transportador captador de la tela aumenta a 400-600 mm en el proceso de MB de alto volumen. La distancia normal es de unos 200 mm para producción convencional de MB. Además, el elemento no tejido soplado en estado fundido de alto volumen se fabrica usando una temperatura del aire de atenuación de aproximadamente 215-235ºC en lugar de la temperatura de atenuación de aire normal de 280-290ºC, y una menor temperatura de fusión del MB de aproximadamente 200-225ºC en lugar de los 260 -280ºC para producción de MB de calidad de filtración. La menor temperatura del aire de enfriamiento rápido, la menor temperatura del aire de atenuación y la mayor distancia de recogida proporcionan un mayor enfriamiento de los filamentos de MB. La eliminación del calor da lugar a una menor contracción de los filamentos y por consiguiente un mayor diámetro de la fibra que en el caso de los típicos velos de MB de calidad de filtración. Los filamentos más fríos son mucho menos susceptibles de fundirse térmicamente entre sí al ser depositados en la tolva. El elemento no tejido soplado en estado fundido de alto volumen dispondría de mayor superficie abierta. Incluso con un peso base de 120 g/ m^{2}, la permeabilidad al aire del elemento no tejido soplado en estado fundido de alto volumen es de 806 L/( m^{2} x s). Por el contrario, un velo MB de PP de un mucho menor calidad de filtración (por ejemplo, de 22 g/m^{2}) presenta una permeabilidad al aire máxima de sólo 45 L/( m^{2} x s). La eficiencia de filtración del material de MB no tejido de alto volumen, determinada por la prueba DIN 44956-2, fue de 98%. Al instalar ambos velos conjuntamente con el velo no tejido MB de alto volumen dentro de la bolsa, la permeabilidad del aire seguía siendo de 295 L/( m^{2} x s), con una eficiencia de filtración de 99,8% para el par. El elemento no tejido soplado en estado fundido de alto volumen puede usarse sin carga, u opcionalmente con carga electrostática, siempre que el elemento no tejido haya sido fabricado con un material de adecuadas propiedades dieléctricas.

La tela no tejida MB de alto volumen de esta invención es diferente a la "MB de calidad de filtración", que también se emplea para las estructuras de filtro de vacío de múltiples capas de la presente descripción. El velo de MB de calidad de filtración es un elemento convencional no tejido soplado en estado fundido caracterizado, en términos generales, por un bajo peso básico, típicamente del orden de 22 g/m^{2}, y por un reducido tamaño de los poros. En la Tabla I se incluyen otras características típicas del polipropileno no tejido de MB de calidad de filtración. Idealmente, un elemento de polipropileno no tejido de MB de alto volumen incluirá aproximadamente 5-20% en peso de acetato vinílico de etileno. El elemento no tejido de MB de calidad de filtración suele tener una elevada eficiencia de extracción de polvo, es decir, superior al 99%.

TABLA I

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 \+ \+ Más \+ Aún más\cr  \+ Preferente \+ preferente \+
preferente\cr  PP MB calidad filtración\+\+\+\cr  Peso, g/ m ^{2} 
\+ 5-100 \+ 10-50 \+ 25\cr  Espesor,
mm \+ 0,10-2 \+ 0,10-1 \+ 0,26\cr 
Permeabilidad aire, L/( m ^{2}  x s) \+ 100-5000 \+
100-2000 \+ 450\cr  Resistencia tracción, MD, N \+
0,5-15 \+ 1,0-10 \+ 3,7\cr 
Resistencia tracción, CD, N \+ 0,5-15 \+
1,0-10 \+ 3,2\cr  Diámetro de la fibra, mm \+
1-15 \+ 1-5 \+
2-3\cr  PP MB de alto volumen\+\+\+\cr  Peso, g/
m ^{2}  \+ 30-180 \+ 60-120 \+ 80\cr
 Espesor, mm \+ 0,3-3 \+ 0,5-2 \+
1,4\cr  Permeabilidad aire, L/( m ^{2}  x s) \+
300-8000 \+ 600-3000 \+ 2000\cr 
Resistencia tracción, MD, N \+ 1,0-30 \+
2-20 \+ 10\cr  Resistencia tracción, CD, N \+
1,0-30 \+ 2-20 \+ 9,2\cr  Diámetro
de la fibra, mm \+ 5-20 \+ 10-15 \+
10-12\cr}

La tela no tejida MB de alto volumen tiene una eficiencia de filtración similar a la de los papeles de capacidad tendida en seco y tendida en húmedo anteriormente citados. Por consiguiente, la tela no tejida MB de alto volumen está debidamente adaptada para extraer grandes cantidades de partículas de polvo de gran tamaño y para retener grandes cantidades de las mismas. Por lo tanto, resulta adecuado situar una capa de tela no tejida MB de alto volumen aguas arriba, y a modo de filtro previo, de una capa MB de calidad de filtración de la estructura de filtro de vacío de esta invención.

Tela no tejida (modular) hilada por centrifugación

Se dispone de un nuevo tipo de tecnología de soplado en estado fundido, descrita en Ward, G., Nonwovens World, verano de 1998, págs. 37-40, para producir una tela no tejida (modular) hilada por centrifugación apropiada para ser usada como capa de filtro grueso en la presente invención. Opcionalmente, la tela no tejida hilada por centrifugación se puede emplear en lugar de la capa de lana de calidad de filtración hilada en estado fundido, según exige esta original estructura. Las especificaciones de la tela no tejida (modular) hilada por centrifugación se incluyen en la Tabla II.

El proceso de fabricación de la tela no tejida (modular) hilada por centrifugación suele ser un procedimiento de soplado en estado fundido que usa un troquel modular más basto y un aire de atenuación más frío. Estas condiciones producen una tela hilada en estado fundido gruesa que presenta una mayor resistencia y una mayor permeabilidad al aire y que tiene un peso básico similar al de las telas hiladas en estado fundido convencionales.

Tela no tejida microdenier hilada por centrifugación

La tela no tejida hilada por centrifugación ("SB"), a la que ocasionalmente se denomina tela microdenier hilada por centrifugación en el presente documento, también puede ser utilizada en esta invención para los mismos fines que la capa de filtrado grueso o la capa de lana de calidad de filtración hilada en estado fundido anteriormente citada. Las especificaciones de la tela microdenier hilada por centrifugación se incluyen en la Tabla II. La tela microdenier hilada por centrifugación se caracteriza especialmente por tener unos filamentos de un diámetro inferior a 12 mm, correspondiente a 0,10 denier en el polipropileno. Las telas SB convencionales desechables típicamente tienen un diámetro medio de los filamentos de 20 mm. La tela microdenier hilada por centrifugación se puede obtener de Reifenhauser GmbH (Reicofil III), Koby Steel, Ltd. (Kobe-Kodoshi Spunbound Technology) y de Ason Engineering, Inc. (Ason Spunbound Technology).

TABLA II

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 \+ \+ Más \+ Aún más\cr  \+ preferente \+ preferente \+
preferente\cr  Hilada por centrifugación\+\+\+\cr 
(modular)\+\+\+\cr  Peso, g/ m ^{2}  \+ 10-150 \+
10-50 \+ 28\cr  Espesor, mm \+
0,20-2 \+ 0,20-1,5 \+ 0,79\cr 
Permeabilidad aire, L/( m ^{2}  x s) \+ 200-4000 \+
300-3000 \+ 1200\cr  Resistencia tracción, MD, N \+
10-60 \+ 15-40 \+ 43\cr  Resistencia
tracción, CD, N \+ 10-50 \+ 12-30 \+
32\cr  Diámetro de la fibra,  \mu m \+ 0,6-20 \+
2-10 \+ 2-4\cr  Ligada por
centrifugación, de PP\+\+\+\cr  (Ason, Kobe-Kodoshi,
Reicofil III)\+\+\+\cr  Peso, g/ m ^{2}  \+ 10-50 \+
20-30 \+ 17\cr  Espesor, mm \+
0,10-0,6 \+ 0,15-0,5 \+ 0,25\cr 
Permeabilidad aire, L/( m ^{2}  x s) \+ 1000-10000
\+ 2000-6000 \+ 2500\cr  Resistencia tracción, MD, N
\+ 10-100 \+ 20-80 \+ 50\cr 
Resistencia tracción, CD, N \+ 10-80 \+
10-60 \+ 40\cr  Diámetro de la fibra,  \mu m \+
4-18 \+ 6-12 \+
10\cr}

Un proceso preferente de producción de este original compuesto de filtro incluye una estructura estratificada unitaria de composiciones MB y FP, según se aprecia en la figura 1. El proceso ilustrado proporciona un producto laminado sobre gasa, papel o tela no tejida que facilita la manipulación, el plegado y el embalaje. También se puede proporcionar un compuesto de filtro no laminado mediante la sustitución de la gasa, el papel o la tela no tejida por un transportador de soporte que conduce las capas carentes de ligazón previa a lo largo del proceso. El compuesto de filtro unitario final consta de al menos dos capas, aunque cada una de ellas puede contener más de un tipo de filtro o material, y en general contiene de tres a cinco capas ligadas térmicamente o por medio de látex. Preferentemente, la carga electrostática del compuesto de filtro se realiza en línea usando el proceso de carga electrostática Tantret de tipo "frío", aunque las fibras MB también se pueden cargar en línea y en "caliente" a la salida del troquel de MB. Además, las fibras de la lámina dividida, con carga electrostática aplicada durante la producción, pueden ser introducidas por los aplicadores de FP. Las "fibras electrostáticas mixtas", dotadas de polaridad opuesta por frotamiento entre sí merced a las diferente propiedades triboeléctricas, también se pueden incorporar al compuesto empleando los aplicadores de FP.

Con referencia a la figura 1, un carrete opcional 1 se sitúa en el extremo de arranque de la línea para alimentar una capa de soporte opcional 2 de gasa, papel o tela no tejida. Los componentes 1, 2, 4 y 5 son opcionales en el sentido de que el compuesto de filtro unitario de la invención se lamina sobre gasa, papel o tela no tejida solamente en presencia de fibras fundentes que se derriten totalmente y que se conocen como "fibras de fusión", las cuales se pueden utilizar en lugar de las fibras B/C salvo en los componentes de capa aplicada en seco, que tienen un 100% de fibra B/C.

Además, la figura 1 ilustra un compactador opcional 10 que reduce el espesor de la tela e incrementa la adherencia de una fibra con otra en las capas de FP 7 y 9. Obsérvese que la extensa ligazón previa típicamente empleada en la producción de capas independientes no constituye el objetivo de esta etapa de compactación opcional empleado en el proceso en línea de esta invención. El compactador 10 puede ser una calandria, dotada o no de calentamiento. El medio de filtro MB o medio relacionado 12 y 14 puede ser depositado por uno o más troqueles MD 11 y 13 sobre las capas de FP 7 y 9. La función principal del componente MB es actuar como filtro de alta eficiencia, es decir, para la extracción de un reducido porcentaje de partículas de tamaño pequeño (inferior a aproximadamente 5 micrómetros). Las especificaciones del medio MB de calidad de filtración y de los tipos relacionados de medio de filtración con diámetro de fibra ultrafino se incluyen en la Tabla I.

El proceso puede incluir al menos uno o más troqueles de MB 11 y/o uno o más aplicadores de fibra 13 de denier fino (diámetro de fibra ultrafino), designados por X. Por ejemplo, si se utilizan dos unidades de MB idénticas, las unidades 11 y 13 serán iguales. Otras variaciones contempladas dentro del alcance de esta invención incluyen una primera unidad como sistema de tela (modular) hilada por centrifugación o tela microdenier ligada por centrifugación (SB) para formar una gradiente de filtro que va desde un filtro grueso hasta un filtro más fino de alta eficiencia. Otra variación contemplada consiste en uno o más sistemas de tela (modular) hilada por centrifugación o microdenier SB utilizados en tándem. Incluso otra variación consiste en emplear primeramente un sistema microdenier SB seguido de un sistema de soplado por centrifugación.

El siguiente componente del equipo mostrado en la figura 1 es otro aplicador de FP 15, que deposita una tela de FP sobre la capa 14 (o sobre la capa 12, si no se incluye una segunda capa MB 13). A continuación, el conjunto de capas no pre-unida, con la capa 16 en la posición superior, se desplaza a través de otro compactador opcional 17. Seguidamente, el producto intermedio es transportado por debajo de uno o más unidades FP 18 y 20. Los cabezales aplicadores de FP 15 y 18 incorporan la capa de capacidad tendida en seco a la estructura. El aplicador de FP 20 ha sido diseñado principalmente para producir un FP muy abierto (es decir, voluminoso) destinado a actuar con capacidad de retención de polvo más que como filtro. Preferentemente, la capa de FP 21, muy abierta, se produce con 100% de fibra bicomponente (B/C) o mezclas de B/C con unas relaciones de B/C a "pulpa" caracterizadas como más altas que las normalmente usadas para producir telas de FP gruesas previas al filtro. Además, una u otra, o ambas, capas de FP 16 y 19 pueden contener fibras de lámina dividida y "fibras electrostáticas mixtas". Si no se emplean fibras B/C u otros tipos de fibra de ligazón térmica para las capas de FP 16 y 19, será necesario aplicar un aglomerante de látex a las unidades 23 y 27 con el fin de adherir las capas. Si se incorporan fibras B/C u otros tipos de fibra de ligazón térmica en uno u otro de los cabezales aplicadores de FP 15 y 18, seguirá siendo necesario aplicar aglomerante de látex a las unidades 23 y 27.

A continuación, el producto intermedio, con la capa 21 situada en su parte superior, se desplaza a través de otro compactador 22 y consecuentemente a través de una sección de la línea de producción en la que las capas que anteriormente estaban sueltas o no ligadas son sometidas a uno o más etapas de un proceso de ligazón, etapas que son acumulativamente efectivas para formar la estructura estratificada unitaria del filtro compuesto. Todos los componentes de filtro que vayan a ser incorporados a la estructura estratificada unitaria preferentemente se incorporan al producto intermedio en esta etapa previa a la unión de las capas entre sí.

Haciendo una referencia adicional a la figura 1, podrá apreciarse que las etapas de aglomeración comienzan, en la realización ilustrada, con la aplicación de un aglomerante de látex 24 mediante un aplicador 23. El látex se puede pulverizar en forma de dispersión o emulsión líquida, se puede aplicar mediante rodillo o fotograbado, o bien se puede pulverizar en forma de un polvo seco sobre el substrato, al que luego se funde o liga por medios térmicos. El látex actúa también como sellante, ya que minimiza el polvo que podría emanar desde las superficies externas de la capa de FP. Después de serle agregado aglomerante de látex en 23, el producto intermedio se desplaza a través de una unidad térmica 25 que seca y cura el aglomerante para proporcionar adherencia al compuesto. La unidad térmica puede ser una calandria susceptible de calentamiento, o bien un horno infrarrojo, microondas o de convección. También se puede emplear una combinación de los mismos. Se prefiere un horno de aire pasante. Si en el producto intermedio están presentes fibras B/C u otros tipos de fibra fundente de ligazón térmica, los hornos 25 y 29 pueden servir para fundir térmicamente las citadas fibras para proseguir con la ligazón y formación de la estructura unitaria.

A partir del horno 25, el producto intermedio es enfriado por el sistema 26, después de lo cual se le aplica un segundo aglomerante de látex en 27. Según se ilustra, el trayecto de la unidad de desplazamiento y pulverización 27 está situado para que la aplicación del aglomerante de látex se produzca sobre el lado opuesto a la primera aplicación. A continuación, el producto intermedio, que contiene el segundo aglomerante de látex 28, pasa a través de un segundo horno de aire pasante 29 y a través de otra sección de enfriamiento 30. Seguidamente, la lámina compuesta totalmente ligada, provista de una estructura estratificada unitaria, se carga en la estación de carga electrostática fría 31, que preferentemente estará formada por un sistema Tantret J. Finalmente, la lámina de compuesto 32 se corta en el divisor 33 al ancho o múltiplo de ancho deseado y se enrolla en el carrete 34. Aunque la carga electrostática ilustrada se produce hacia el final del proceso, se contempla igualmente la posibilidad de que la carga se realice en una etapa previa a la aplicación del aglomerante, siempre que el aglomerante y subsiguientes etapas del proceso no drenen sustancialmente la carga del producto intermedio.

A continuación se describen más detalladamente unos productos representativos de la presente invención ilustrados en las figuras 2-13. En las figuras, la dirección del flujo de aire está indicada por la flecha A. En la figura 2 se ilustra un compuesto de fibra unitario 36 elaborado con dos capas. La capa interna 37 (lado de aire sucio) es una capa de FP con capacidad tendida en seco con el mayor peso de 10-150 g/ m^{2}, un peso típico en el intervalo de 20-80 g/ m^{2} y un peso preferente de 50 g/ m^{2}. La capa de FP 37 tiene diferentes mezclas de fibras de pulpa, fibras bicomponente (B/C), fibras de lámina dividida y " fibras electrostáticas mixtas". Las fibras de lámina dividida y las "fibras electrostáticas mixtas" no se utilizan en todas las variaciones de la capa 37, pero debería emplearse al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras B/C u otro tipo de fibra fundente de ligazón térmica para lograr la debida ligazón térmica. Generalmente se utiliza al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras de pulpa para potenciar la eficiencia del recubrimiento y de la filtración. La capa externa 38 es un componente MB de alta eficiencia con un peso de 5-100 g/ m^{2}. Debe resaltarse el hecho de que las capas compuestas independientes 37 y 38 se encuentran en la cara de contacto 36A. Esta cara de contacto es diferente a la de un laminado de dos capas previamente ligadas de un compuesto de múltiples capas. Debido al hecho de que no es necesario formar una capa previamente ligada para producir la estructura unitaria 36, al menos una de las capas 37 y 38 puede ser suficientemente débil como para no estar formada por una tela de erección propia incorporada como una de las capas de un compuesto convencional de múltiples capas.

La figura 3 ilustra un compuesto de filtro unitario 39 compuesto de tres capas. La capa interna 40 es un componente grueso tendida en seco elaborado con al 100% de fibras B/C. Actúa principalmente como filtro previo, y protege el material de filtración aguas abajo. El mayor intervalo de peso es de 10-100 g/m^{2}, con un peso típico en el intervalo de 20-80 g/m^{2} y un peso preferente de 50 g/m^{2}. La capa intermedia 41 es un componente de capacidad de FP tendida en seco con el mayor intervalo de peso de 10-150 g/ m^{2}, un peso típico en el intervalo de 30-80 g/ m^{2} y un peso preferente de 50 g/m^{2}. Típicamente, la capa 41 tiene al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras B/C; 10%, y preferentemente al menos 20% de FP; y también puede tener fibras de lámina dividida y "fibras electrostáticas mixtas". Debería emplearse al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras B/C u otros tipos de fibra de fusión de ligazón térmica para lograr una adecuada ligazón térmica. Generalmente, se emplea al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras de pulpa para potenciar la eficiencia de la cobertura y de la filtración. La capa puede estar libre de fibras B/C u otros tipos de fibra de fusión de ligazón térmica si se utiliza un aglomerante de látex. La capa externa 42 consiste en un medio de filtro MB de elevada eficiencia de filtración o de otros materiales dotados de un diámetro de fibra ultrafino, tal como el material modular soplado por centrifugación o el material microdenier ligado por centrifugación.

La figura 4 es un diagrama de un filtro compuesto unitario 43 elaborado con cuatro capas de material.

La capa interna 44 es un compuesto de 100% de fibras B/C de FP tendida en seco. El mayor intervalo de peso es de 10-100 g/ m^{2}, con un peso típico de 20-80 g/ m^{2} y un peso ideal de 50 g/ m^{2}. La segunda capa 45 es una capa de capacidad de FP tendida en seco con el mayor intervalo de peso de 10-150 g/ m^{2}, un peso típico en el intervalo de 30-80 g/ m^{2} y un peso preferente de 50 g/ m^{2}. La capa 45 tiene al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras B/C; 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras de pulpa; y además puede contener cantidades diversas de fibras de lámina dividida cargadas o no cargadas. Puede contener cantidades diversas de "fibras electrostáticas mixtas". Debería emplearse al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras B/C u otros tipos de fibra de fusión de ligazón térmica para conseguir una adecuada ligazón térmica. Generalmente, se emplea al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras de pulpa para potenciar la eficiencia de cobertura y de filtración. La capa puede estar libre de fibras B/C u otros tipos de fibra de fusión de ligazón térmica si se utiliza un aglomerante de látex. La tercera capa 46 contiene un medio de filtro MB con el mayor intervalo de peso de 5-100 g/ m^{2}, un peso típico de 10-50 g/ m^{2} y un peso preferente de 25 g/ m^{2}. La capa externa 47 es una capa de FP tendida en seco compuesta de fibras de pulpa y B/C tendida por aire.

La figura 5 es un diagrama de un filtro compuesto unitario 48 elaborado con cinco capas de material.

La capa interna 49 se compone de fibras B/C de FP tendida en seco. El mayor intervalo de peso es de 10-100 g/m^{2}, con un peso típico de 20-80 g/m^{2} y un peso ideal de 50 g/ m^{2}. La segunda capa es un componente de capacidad de FP tendida en seco con el mayor intervalo de peso de 10-150 g/m^{2}, un peso típico en el intervalo de 30-80 g/ m^{2} y un peso preferente de 50 g/ m^{2}. El componente 50 tiene al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras B/C; al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras de pulpa; y además puede contener cantidades diversas de fibras de lámina dividida cargadas o no cargadas. Debería usarse al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras B/C u otros tipos de fibra de fusión de ligazón térmica para conseguir una adecuada ligazón térmica. Generalmente, se emplea al menos 10%, y preferentemente al menos 20%, de fibras de pulpa para potenciar la eficiencia de cobertura y de filtración. La capa puede estar libre de fibras B/C u otros tipos de fibra de fusión de ligazón térmica si se utiliza un aglomerante de látex. El componente 51 contiene gránulos de carbono o fibras de carbono para absorber olores y extraer gases tóxicos y polucionantes del aire. El componente 53 es un medio MB de elevada eficiencia de filtración con el mayor intervalo de peso de 5-100 g/ m^{2}, un peso típico de 10-50 g/ m^{2} y un peso preferente de 25 g/ m^{2}. El componente 52 es un elemento de FP tendida en seco compuesto de fibras de pulpa y B/C tendida por aire.

La figura 6 ilustra un compuesto de filtro unitario 54 que tiene una construcción igual a la de la figura 2 y que comprende dos capas 55, 56 ligadas a una capa de soporte externa 57 de papel, gasa o tela no tejida con un peso en el intervalo de 10-100 g/ m^{2}.

La figura 7 ilustra un compuesto de filtro unitario 58 que tiene unas características iguales a las de la figura 3 y que comprende tres capas 59, 60 y 61 y una capa externa 62 de papel, gasa o tela no tejida con un peso en el intervalo de 10-100 g/ m^{2}.

La figura 8 ilustra un compuesto de filtro unitario 63 que tiene una construcción igual a la de la figura 4 y que comprende cuatro capas 64-67 y una capa externa 68 de papel, gasa o tela no tejida con un peso en el intervalo de 10-100 g/ m^{2}.

La figura 9 ilustra un compuesto de filtro unitario 69 que tiene una construcción igual a la de la figura 5 y que comprende cinco capas 71-75 y una capa externa 76 de papel, gasa o tela no tejida con un peso en el intervalo de 10-100 g/ m^{2}.

La figura 10 ilustra un laminado de un compuesto de filtro unitario 77 que tiene una construcción igual a la de la figura 2 y que comprende dos capas 78, 79 ligadas a una capa externa de soporte 81 de papel, gasa o tela no tejida con un peso en el intervalo de 10-100 g/ m^{2}, salvo que la capa externa está adherida mediante cola o adhesivo 80, pudiendo este último ser un aglomerante de látex o un adhesivo de fusión en caliente.

La figura 11 ilustra un laminado de un compuesto de filtro unitario 82 que tiene una construcción igual a la de la figura 3 y que comprende tres capas 83- 85 y una capa externa 87 de papel, gasa o tela no tejida con un peso en el intervalo de 10-100 g/ m^{2}, salvo que la capa externa está adherida mediante cola o adhesivo 86.

La figura 12 ilustra un laminado de un compuesto de filtro unitario 87A que tiene una construcción igual a la de la figura 4 y que comprende cuatro capas 88-91 y una capa externa 93 de papel, gasa o tela no tejida con un peso en el intervalo de 10-100 g/ m^{2}, salvo que la capa externa está adherida mediante cola o adhesivo 92.

La figura 13 ilustra un laminado de un compuesto de filtro unitario 94 que tiene una construcción igual a la de la figura 5 y que comprende tres capas 95- 99 y una capa externa 101 de papel, gasa o tela no tejida con un peso en el intervalo de 10-100 g/ m^{2}, salvo que la capa externa está adherida mediante cola o adhesivo 100.

Cuando se especifica ligazón entre capas en las realizaciones de las figuras 10-13, se pueden emplear procedimientos convencionales de unión entre las capas, tales como ligazón ultrasónica en lugar de, o conjuntamente con, adherencia mediante la citada cola o adhesivo.

Claims (24)

1. Un filtro compuesto que comprende una pluralidad de capas no pre-unidas en el que cada capa independiente comprende al menos un material de filtración y que es diferente a las capas adyacentes, en el que la pluralidad de capas se unen entre sí para formar una estructura estratificada unitaria dotada de una primera superficie límite adaptada para recibir partículas arrastradas por el aire y una segunda superficie límite adaptada para descargar aire filtrado, y en el que la primera capa comprende fibras de polímero que se pueden unir termofundidas, bicomponente o monocomponente, tendidas en seco, y la segunda capa comprende fibras hiladas en estado fundido, estando la primera capa situada más próxima a la primera superficie límite que la segunda capa.

2. El filtro compuesto de la reivindicación 1, en el que al menos una capa es no autosoportante.

3. El filtro compuesto de la reivindicación 2, en el que cada una de las capas no autosoportantes carece individualmente de integridad efectiva para ser extendida, enrollada y desenrollada como una entidad unitaria.

4. El filtro compuesto de la reivindicación 1, que comprende 2-5 capas.

5. El filtro compuesto de la reivindicación 4, en el que las capas están yuxtapuestas entre sí en un orden de porosidad decreciente, de manera que la capa de mayor porosidad se sitúa adyacente a la primera superficie límite y la capa de menor porosidad se sitúa adyacente a la segunda superficie límite

6. El filtro compuesto de la reivindicación 5, en el que cada una de las capas tiene una capacidad de retención de polvo característica y las capas están yuxtapuestas entre sí en un orden de capacidad de retención de polvo decreciente, de manera que la capa de mayor capacidad de retención de polvo se sitúa adyacente a la primera superficie límite y la capa de menor capacidad de retención de polvo se sitúa adyacente a la segunda superficie límite.

7. El filtro compuesto de la reivindicación 1, en el que la primera capa tiene una composición seleccionada del grupo constituido por 100% en peso de fibras de polímero bicomponente, una mezcla de al menos aproximadamente 10% en peso de fibras de polímero bicomponente con una cantidad complementaria de fibras de pulpa de borra, fibras cortadas o una mezcla de las mismas, y una mezcla de al menos aproximadamente 10% en peso de fibras de polímero monocomponente que se pueden unir termofundidas con una cantidad complementaria de fibras de pulpa de borra, fibras cortadas o una mezcla de las mismas.

8. El filtro compuesto de la reivindicación 7, en el que las fibras de polímero bicomponente tienen un revestimiento de un polímero y un núcleo de un polímero diferente, con un punto de fusión superior al del primer polímero.

9. El filtro compuesto de la reivindicación 8, en el que el núcleo es de polipropileno y el revestimiento es de polietileno.

10. El filtro compuesto de la reivindicación 8, en el que el núcleo está dispuesto excéntrico respecto al revestimiento.

11. El filtro compuesto de la reivindicación 1, en el que la primera capa comprende además fibras seleccionadas de al menos uno de entre fibras no cargadas de lámina dividida, fibras cargadas de lámina dividida y fibras electrostáticas mixtas.

12. El filtro compuesto de la reivindicación 1, que además comprende una primera capa situada más próxima a la primera superficie límite que la primera capa, y que consta esencialmente de fibras de polímero bicomponente tendidas en seco provistas de un revestimiento de un polímero y un núcleo de un polímero diferente con un punto de fusión superior al del primer polímero, y en el que la segunda capa comprende una velo seleccionado del grupo constituido por lana hilada en estado fundido de calidad de filtración, tela modular hilada por centrifugación y tela microdenier ligada por centrifugación.

13. El filtro compuesto de la reivindicación 12, que además comprende una capa de soporte situada más próxima a la segunda superficie límite que dicha segunda capa, y que consta esencialmente de una mezcla de fibras de polímero bicomponente y fibras de pulpa de borra tendidas en seco.

14. El filtro compuesto de la reivindicación 13, que además comprende una capa de absorción de olores situada entre la primera capa y la segunda capa, y que comprende un agente de absorción de olores.

15. El filtro compuesto de la reivindicación 14, en el que la capa de absorción de olores comprende una mezcla tendida al aire de fibras de polímero bicomponente con gránulos de carbono o fibras de carbono.

16. Una bolsa para aspiradora de limpieza que comprende un elemento de filtro para filtrar aire sucio que contiene contaminación en partículas y un medio de entrada de aire situado en el elemento de filtro para dirigir el aire sucio hacia el interior del elemento de filtro, en la cual el elemento de filtro comprende un filtro compuesto según una de las reivindicaciones precedentes.

17. Un procedimiento de fabricación de un filtro compuesto que comprende las etapas de:

(a) tender un material de filtración sobre un soporte para formar una capa no pre-unida,

(b) depositar sobre la capa previamente formada otro material de filtración con una composición diferente a la de la capa previamente formada para formar una capa de recubrimiento no pre-unida,

(c) ligar las capas de material de filtración para formar un filtro compuesto dotado de una estructura estratificada unitaria,

en el que el material de filtración seleccionado para la primera capa comprende fibras de polímero unibles por termofusión, bicomponente o monocomponente, o una mezcla de fibras de polímero bicomponente o monocomponente, y el material de filtración seleccionado para la segunda capa que comprende fibras hiladas en estado fundido.

18. El procedimiento de la reivindicación 17, que además comprende repetir la etapa de depositar las capas una pluralidad de veces para elaborar un apilado de capas en el que cada una de ellas tiene una composición adaptada para una función de filtración preseleccionada.

19. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que la ligazón de las capas no pre-unida se inicia sólo después de que todas las capas del apilado están formadas.

20. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que al menos uno de las etapas de extender y depositar las capas comprende, además, instalar material de filtración en cantidad suficiente sólo para proporcionar al menos una capa que no sea autosoportante.

21. El procedimiento de la reivindicación 20, en el que cada una de las capas no autosoportantes carece individualmente de integridad efectiva como para ser tendida, enrollada y desenrollada en forma de entidad unitaria.

22. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que la etapa de deposición se repite de una a tres veces para formar un apilado de tres a cinco capas.

23. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que el material de filtración seleccionado para cualquiera de las capas comprende además fibras de lámina dividida, fibras electrostáticas mezcladas o una mezcla de las mismas.

24. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que el material de filtración se selecciona para cada capa de manera que la porosidad medida en capas sucesivas del apilado sólo aumente o sólo disminuya.