ITUB20150723A1 - Materiale filtrante polimerico ad alta capacità di accumulo - Google Patents
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Description
Titolo: ?Materiale filtrante polimerico ad alta capacit? di accumulo?
Descrizione
Si descrive un multistrato filtrante comprendente almeno due strati, uno strato detto di ingresso e uno strato detto di uscita realizzati in tessuto non tessuto, dove ciascuna fibra di detto tessuto non tessuto ? costituita da una matrice polimerica di materiale termoplastico, dove il diametro medio delle fibre che costituiscono lo strato di ingresso ? maggiore del diametro medio delle fibre che costituiscono lo strato di uscita, caratterizzato dal fatto che i diametri delle fibre che costituiscono lo strato di ingresso e lo strato di uscita hanno una distribuzione gaussiana, dove il diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di ingresso varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 10% del valore medio e il diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di uscita varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 14% del valore medio.
Stato dell?arte
I materiali filtranti trovano impiego nella rimozione di materiale indesiderato da un fluido, forzando il passaggio del fluido attraverso il filtro.
Nello stato dell?arte, largo impiego nella filtrazione trova la microfibra di vetro. La microfibra di vetro garantisce elevata resistenza meccanica, chimica e fisica con buone prestazioni filtranti. Gli svantaggi che sempre accompagnano l?uso di questo materiale sono legati a non inceneribilit? e alla pericolosit? per la salute e sicurezza delle persone coinvolte nelle varie fasi di produzione.
Sono stati proposti, in alternativa, microfibre polimeriche, assemblate a formare filtri multistrato. Questi filtri ovviano al problema ambientale escludendo l?utilizzo della fibra di vetro e mantenendo accettabili le caratteristiche di efficienza filtrante.
Tuttavia, un problema ? fortemente avvertito utilizzando questa tipologia di prodotto alternativo alla fibra di vetro: una capacit? di accumulo inferiore rispetto a quello osservati impiegando la fibra di vetro.
WO2007126621 descrive un sistema filtrante multistrato, dove le fibre sono in polibutilene naftalato (PBN). In un primo strato, le fibre hanno un diametro compreso tra i 0,5 e gli 8 micron, in un secondo strato tra i 10 e i 35 micron.
US2001/0309012 descrive anch?esso un sistema filtrante multistrato polimerico che comprende almeno due strati: un loading layer dove le fibre hanno un diametro di 5-30 micron e una grammatura di 30-100 g/m2 e un efficiency layer dove le fibre hanno un diametro di 0,5-3 micron e una grammatura di 40-150 g/m2. In detto multistrato, l?obiettivo ? raggiunto utilizzando fibre bicomponenti, ovvero che comprendono una porzione di fibre termoplastiche avente un certo punto di fusione ed una seconda porzione di fibre avente un pi? basso punto di fusione.
I due filtri sopradescritti, pur risolvendo il problema ambientale, non raggiungono efficienze filtranti e capacit? di accumulo raggiungibili con l?impiego della fibra di vetro.
E? obiettivo della presente invenzione mettere a disposizione un sistema filtrante completamente inceneribile, quindi del tutto privo di fibra di vetro, con elevata resistenza meccanica, chimica e fisica. Il sistema della presente invenzione possiede un?elevata capacit? di accumulo rispetto allo stato dell?arte per i filtri polimerici di pari efficienza filtrante.
Descrizione dell?invenzione
L?invenzione riguarda un multistrato filtrante polimerico completamente inceneribile per il filtraggio di fluidi.
Il multistrato dell?invenzione comprende almeno due strati, uno strato detto di ingresso e uno strato detto di uscita, realizzati in tessuto non tessuto, dove ciascuna fibra di detto tessuto non tessuto ? costituita da una matrice polimerica di materiale termoplastico, dove il diametro medio delle fibre che costituiscono lo strato di ingresso ? maggiore del diametro medio delle fibre che costituiscono lo strato di uscita, caratterizzato dal fatto che i diametri delle fibre che costituiscono lo strato di ingresso e lo strato di uscita hanno una distribuzione gaussiana.
Descrizione delle figure
Figura 1: Esempio di una possibile distribuzione dei diametri delle fibre in un multistrato secondo la presente invenzione.
Figura 2: Immagine al microscopio elettronico a scansione di un multistrato polimerico in PBT secondo la presente invenzione.
Descrizione dettagliata dell?invenzione
La presente invenzione descrive e rivendica un multistrato filtrante comprendente almeno due strati, uno strato detto di ingresso e uno strato detto di uscita, realizzati in tessuto non tessuto, dove ciascuna fibra di detto tessuto non tessuto ? costituita da una matrice polimerica di materiale termoplastico, dove il diametro medio delle fibre che costituiscono lo strato di ingresso ? maggiore del diametro medio delle fibre che costituiscono lo strato di uscita, caratterizzato dal fatto che i diametri delle fibre che costituiscono lo strato di ingresso e lo strato di uscita hanno una distribuzione gaussiana, dove il diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di ingresso varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 10% del valore medio e il diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di uscita varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 14% del valore medio. Ancora pi? preferibilmente, il diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di ingresso varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 14% del valore medio e il diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di uscita varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 19% del valore medio.
In una forma preferita di realizzazione, il multistrato filtrante della presente invenzione comprende almeno due strati, dove il diametro medio delle fibre in detto strato di ingresso ? compreso tra 6 e 15 ?m e la distribuzione del diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di ingresso varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 14% del valore medio, preferibilmente di almeno il 15%; il diametro medio delle fibre in detto strato di uscita ? compreso tra 1 e 6 ?m, preferibilmente tra 3 e 5 ?m e la distribuzione del diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di uscita varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 19% del valore medio, preferibilmente di almeno il 20%.
Ancora pi? preferibilmente, il diametro medio delle fibre in detto strato di ingresso ? di circa 8 ?m, con una distribuzione normale di larghezza pari al 16% del valore medio e il diametro medio delle fibre in detto strato di uscita ? di circa 3,6 ?m, con una distribuzione normale di larghezza pari al 22% del valore medio.
Il multistrato filtrante della presente invenzione ha una caduta di pressione inferiore ai 7 kPa e una capacit? di accumulo superiore ai 19 mg/cm2. Suddetti dati di caduta di pressione e di capacit? di accumulo si intendono misurati secondo Test Multipass ISO16889 effettuato secondo i seguenti parametri: portata 3 l/min, delta-P terminale (a fine test) 500 kPa, campione realizzato con disco piano avente un?area filtrante di 102 cm2. Tutti i valori di caduta di pressione e capacit? d?accumulo mostrati in questo testo si intendono ottenuti mediante il sopracitato Test Multipass ISO16889 e con i parametri sopra menzionati.
Tra detto strato d?ingresso e detto strato di uscita, opzionalmente possono trovarsi ulteriori strati intermedi. In questi eventuali strati intermedi, il diametro medio delle fibre diminuisce spostandosi dallo strato di ingresso allo strato di uscita.
In una ulteriore forma preferita di realizzazione, detto multistrato comprende tre strati, dove il diametro medio delle fibre in detto strato di ingresso ? di circa 8,2 ?m, con una distribuzione normale di larghezza pari a circa il 16% del valore medio; il diametro medio delle fibre nello strato intermedio ? di circa 4,5 ?m, con una distribuzione normale di larghezza pari a circa il 16% del valore medio e il diametro medio delle fibre in detto strato di uscita ? di circa 3,9 ?m, con una distribuzione normale di larghezza pari a circa il 22% del valore medio.
In questa forma di realizzazione, il multistrato presenta un mean flow pore size di circa 18 ?m, un?efficienza filtrante ?1000 di circa 10 ?m?, una caduta di pressione inferiore ai 5 kPa e una capacit? di accumulo superiore ai 20 mg/cm2.
Dette fibre che costituiscono il tessuto non tessuto utilizzato nel multistrato filtrante della presente invenzione sono preferibilmente in poliestere termoplastico, preferibilmente sono in PET, Nylon, poliesteri, policarbonato, polietileni, PBT o in una miscela degli stessi. In una forma preferita di realizzazione, dette fibre sono in PBT.
La figura 2 riporta una foto al microscopio elettronico dove si evidenzia la morfologia delle fibre presenti in un multistrato in PBT secondo la presente invenzione.
Lo spessore di ciascuno degli almeno due strati che compongono il multistrato della presente invenzione varia tra 0,05 mm e 3 mm, preferibilmente tra 0,2 mm e 2 mm, ancora pi? preferibilmente ? compreso tra 0,3 mm e 1 mm.
A titolo comparativo, un singolo strato avente uno spessore di circa 0,5 mm, dove dette fibre sono in PBT e hanno un diametro medio di circa 8 ?m, con una distribuzione normale con una larghezza pari a circa il 16% del valore medio, se utilizzato singolarmente presenta una capacit? di accumulo di circa 13 mg/cm2 ed un?efficienza filtrante ?1000 di 12 ?m? o superiore.
Sempre a titolo comparativo, un singolo strato avente uno spessore di circa 0,5 mm, dove dette fibre sono in PBT e hanno un diametro medio di circa 3,9 ?m, con una distribuzione normale di larghezza pari a circa il 22% del valore medio, se utilizzato singolarmente, presenta una capacit? di accumulo di circa 14 mg/cm2 ed un?efficienza filtrante ?1000 inferiore a 12 ?m?.
Combinando detti due strati in un multistrato secondo la presente invenzione, il multistrato ottenuto dalla combinazione di detto strato di ingresso e detto strato di uscita porta ad una capacit? di accumulo pari o superiore ai 20 mg/cm2 ed un?efficienza filtrante ?1000 inferiore a 12 ?m?.
In un?ulteriore forma di realizzazione si rivendica un metodo per l?ottenimento di un multistrato filtrante secondo la presente invenzione, dove detto metodo comprende:
a) Mettere a disposizione una fibra polimerica, dove detta fibra ? completamente inceneribile, con la quale predisporre uno strato, eventualmente depositato su un materiale di supporto, ove le fibre in detto strato hanno un diametro medio compreso tra 6 e 15 ?m e la distribuzione del diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza pari ad almeno il 10%, preferibilmente il 14% del valore medio, ancor pi? preferibilmente di almeno il 15%;
b) Mettere a disposizione una fibra polimerica, dove detta fibra ? completamente inceneribile ed ? dello stesso o di un differente materiale rispetto alla fibra di cui al punto a), con la quale predisporre uno strato, eventualmente depositato su un materiale di supporto, ove le fibre in detto strato hanno un diametro medio compreso tra 1 e 6 ?m, preferibilmente tra 3 e 5 ?m e la distribuzione del diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza pari ad almeno il 14%, preferibilmente il 19% del valore medio, ancora pi? preferibilmente di almeno il 20%.
c) Opzionalmente, predisporre ulteriori strati come descritto nei passaggi a) e b), dove questi ulteriori strati andranno a costituire gli strati intermedi di detto multistrato e saranno caratterizzati da un diametro medio delle fibre che diminuisce spostandosi dallo strato di ingresso allo strato di uscita.
d) Unire detto strato ottenuto in a) con detto strato ottenuto in b) e, opzionalmente, con detti ulteriori strati ottenuti in c).
Si ? dimostrato che in un sistema multistrato come quello della presente invenzione la distribuzione del diametro delle fibre che costituiscono i singoli strati ha un ruolo fondamentale nel determinare non solo l?efficienza filtrante ma anche la capacit? di accumulo di detto filtro.
La presente invenzione mette a disposizione filtri che, pur non contenendo fibra di vetro, hanno una capacit? di accumulo paragonabile a quella sino ad oggi ottenibile soltanto con l?impiego di fibra di vetro.
Esempio 1
La figura 1 riporta la distribuzione del diametro delle fibre presenti in un multistrato secondo la presente invenzione, comprendente uno strato di ingresso (1A), uno di uscita (1C) ed uno strato intermedio (1B).
Il multistrato, complessivamente, presenta un ?mean flow pore size? indicativo di circa 18 ?m, un ?1000 di circa 12 ?m?, una caduta di pressione inferiore ai 5 kPa e una capacit? d?accumulo superiore ai 20 mg/cm2 (dati ottenuti secondo Test Multipass ISO16889 con i parametri indicati in precedenza).
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1.Multistrato filtrante comprendente almeno due strati, uno strato detto di ingresso e uno strato detto di uscita, realizzati in tessuto non tessuto, dove ciascuna fibra di detto tessuto non tessuto ? costituita da una matrice polimerica di materiale termoplastico, dove il diametro medio delle fibre che costituiscono lo strato di ingresso ? maggiore del diametro medio delle fibre che costituiscono lo strato di uscita, caratterizzato dal fatto che i diametri delle fibre che costituiscono lo strato di ingresso e lo strato di uscita hanno una distribuzione gaussiana, dove il diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di ingresso varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 10% del valore medio e il diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di uscita varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 14% del valore medio. 2.Il multistrato filtrante secondo la rivendicazione 1, dove detto diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di ingresso varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 14% del valore medio e detto diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato di uscita varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza almeno pari al 19% del valore medio. 3.Il multistrato filtrante secondo la rivendicazione 1 o 2, dove il diametro medio delle fibre in detto strato di ingresso ? compreso tra 6 e 15 ?m e il diametro medio delle fibre in detto strato di uscita ? compreso tra 1 e 6 ?m, preferibilmente tra 3 e 5 ?m. 4.Un multistrato filtrante secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, dove tra detto strato di ingresso e detto strato di uscita vi sono strati intermedi nei quali il diametro medio delle fibre diminuisce spostandosi dallo strato di ingresso allo strato di uscita. 5.Un multistrato filtrante secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, dove detto multistrato comprende tre strati, dove il diametro medio delle fibre in detto strato di ingresso ? di circa 8,2 ?m, con una distribuzione normale di larghezza pari a circa il 16% del valore medio; il diametro medio delle fibre nello strato intermedio ? di circa 4,5 ?m, con una distribuzione normale di larghezza pari a circa il 16% del valore medio e il diametro medio delle fibre in detto strato di uscita ? di circa 3,9 ?m, con una distribuzione normale di larghezza pari a circa il 22% del valore medio. 6.Un multistrato filtrante secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, dove detto multistrato presenta una caduta di pressione inferiore ai 7 kPa e una capacit? di accumulo superiore ai 19 mg/cm2. 7.Un multistrato filtrante secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, dove detto multistrato presenta un?efficienza definibile tramite rapporto ?? con particelle aventi dimensioni fino a 50 ?m? e/o un mean flow pore size fino a 60 ?m. 8.Un multistrato filtrante secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, dove detto multistrato presenta un mean flow pore size di circa 18 ?m, un?efficienza ?1000 di circa 10 ?m?, una caduta di pressione inferiore ai 5 kPa e una capacit? di accumulo superiore ai 20 mg/cm2. 9.Un multistrato filtrante secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, dove detto multistrato ? preferibilmente in poliestere termoplastico, preferibilmente in PET, Nylon, poliesteri, policarbonato, polietileni, PBT o in una miscela degli stessi, pi? preferibilmente in PBT. 10.Un multistrato filtrante secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, dove ciascuno degli strati che compongono detto multistrato ha uno spessore che varia tra 0,05 e 3 mm, preferibilmente tra 0,2 e 2 mm, ancora pi? preferibilmente ? compreso tra 0,3 e 1 mm. 11.Metodo per l?ottenimento di un multistrato filtrante secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10 che comprende: a)Mettere a disposizione una fibra polimerica con la quale predisporre uno strato in tessuto non tessuto, eventualmente depositato su un materiale di supporto, ove le fibre in detto strato hanno un diametro medio compreso tra 6 e 15 ?m e la distribuzione del diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza pari ad almeno il 10%, preferibilmente il 14% del valore medio, ancor pi? preferibilmente di almeno il 15%; b)Mettere a disposizione una fibra polimerica, dove detta fibra ? dello stesso o di un differente materiale rispetto alla fibra di cui al punto a), con la quale predisporre uno strato in tessuto non tessuto, eventualmente depositato su un materiale di supporto, ove le fibre in detto strato hanno un diametro medio compreso tra 1 e 6 ?m, preferibilmente tra 3 e 5 ?m e la distribuzione del diametro delle singole fibre che costituiscono detto strato varia attorno alla media con una distribuzione normale di larghezza pari ad almeno il 14% del valore medio, preferibilmente il 19%, ancor pi? preferibilmente di almeno il 20%; c)Opzionalmente, predisporre ulteriori strati come descritto nei passaggi a) e b), dove questi ulteriori strati andranno a costituire gli strati intermedi di detto multistrato e saranno caratterizzati da un diametro medio delle fibre che diminuisce spostandosi dallo strato di ingresso allo strato di uscita; d)Unire detto strato ottenuto in a) con detto strato ottenuto in b) e, opzionalmente, con detti ulteriori strati ottenuti in c).
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