PL212277B1 - Włóknina filtracyjna elektretowa, sposób wytwarzania włókniny filtracyjnej elektretowej oraz półmaska do filtracji powietrza - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest włóknina filtracyjna elektretowa, sposób wytwarzania włókniny filtracyjnej elektretowej oraz półmaska do filtracji powietrza, znajdujące zastosowanie w szczególności przy wychwytywaniu zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu.

Znany jest, na przykład z polskiego patentu o numerze PL 181008, materiał filtracyjny do powietrza o działaniu elektrostatycznym oraz sposób jego wytwarzania. Przedmiotowy materiał stanowi włóknina wytworzona z mieszaniny ciętych włókien poliolefinowych i poliamidowych, gładkich lub karbikowanych, o grubości mniejszej niż 100 μm i długości 10 - 200 mm, w której stosunek udziału powierzchniowego włókien poliolefinowych do udziału powierzchniowego włókien poliamidowych wynosi od 10:90 do 90:10. Jako włókna poliolefinowe stosuje się włókna jednoskładnikowe polipropylenowe, dwuskładnikowe polipropylenowo-polietylenowe lub wytworzone z kopolimeru polipropylenowo-polietylenowego. Sposób wytwarzania materiału filtracyjnego do powietrza o działaniu elektrostatycznym polega na tym, że wyżej wymienione włókna poliolefinowe miesza się ze sobą w podanym stosunku wagowym, a następnie usuwa się z włókien smary i substancje antyelektrostatyczne przez przemycie niejonowymi detergentami, środkami alkalicznymi lub rozpuszczalnikami i po wypłukaniu włókien, z przygotowanej mieszanki włókien wytwarza się przez zgrzeblenie runo, z którego formuje się, przez igłowanie, włókninę poddawaną następnie kalandrowaniu na zimno.

Ponadto, na przykład z polskiego opisu patentowego o numerze PL 178820 znany jest materiał filtracyjny do odpylania dla powietrza i sposób wytwarzania materiału filtracyjnego. Materiał filtracyjny, me zawierający smarów i środków antyelektrostatycznych, zawiera mieszaninę włókien poliolefinowych oraz włókien poliakrylonitrylowych, przy czym materiał filtracyjny jest stabilny kształtowo. Włókna poliolefinowe są włóknami dwuskładnikowymi polipropylenowo/polietylenowymi typu rdzeniowego lub sprzężonymi typu bok do boku, zaś włókna poliakrylonitrylowe nie zawierają chlorowca. W sposobie wytwarzania stosuje się mycie mieszaniny włókien. Materiał filtracyjny dla powietrza wykorzystuje się do wychwytywania stałych i ciekłych aerozoli.

Dodatkowo, na przykład z polskiego opisu patentowego o numerze PL 189896, znany jest sposób wytwarzania materiału elektretowego, przeznaczonego zwłaszcza na filtry do powietrza. Sposób ten polega na tym, że włókna poliolefinowe, takie jak jednoskładnikowe polipropylenowe, dwuskładnikowe polipropylenowo-polietylenowe lub wytworzone z kopolimeru polipropylenowo-polietylenowego i włókna poliamidowe, cięte, gładkie, lub skarbikowane o długości 10 - 200 mm i grubości mniejszej niż 100 μm, miesza się ze sobą stosunku wagowym tak, aby stosunek udziału powierzchniowego włókien poliolefinowych do udziału powierzchniowego włókien poliamidowych był równy od 20 : 80 do 80 : 20, a następnie usuwa się z włókien smary i substancje antyelektrostatyczne przez przemycie niejonowymi detergentami, środkami alkalicznymi lub rozpuszczalnikami i po wypłukaniu wodą z przygotowanej mieszanki włókien wytwarza się runo systemem zgrzeblarkowym w zjonizowanym powietrzu o wilgotności względnej nie większej niż 40%. Wytworzone runo poddaje się taflowaniu na układaczu, eliminując podczas tej operacji kontakt runa z częściami układacza wykonanymi z materiałów elektroprzewodzących, po czym formuje się z runa włókninę metodą igłowania na igłowarce.

Z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku o numerze P-333262 znany jest także materiał filtracyjny do powietrza z efektem tryboelektrycznym, który się z mieszaniny trzech składników: włókien poliolefinowych, włókien poliamidowych lub poliakrylonitrylowych oraz włókien elektroprzewodzących, których udział w mieszaninie zawiera się w granicach 1 - 25%. Wszystkie włókna stosowane do mieszanki nie posiadają preparacji przędzalniczej. Zgrzeblenie i formowanie materiału odbywa się na maszynie z uziemionymi elementami obrotowymi.

Ponadto z polskiego zgłoszenia wynalazku o numerze P-350896 znany jest sposób wytwarzania tryboelektrycznie naładowanego materiału włókniny, w którym mieszanina włókien z włókien poliakrylonitrylowych o masie liniowej 1,7 dtex i z włókien poliolefinowych o masie liniowej mniejszej od 1,7 dtex przez mycie uwalnia się od środków smarujących i antystatycznych, a następnie suszy do zawartości wilgoci mniejszej od 1% wagowych i zgrzebli na zgrzeblarce włókniny wzdłużnej lub skłębionej do tryboelektrycznie naładowanego runa włókna o ciężarze powierzchniowym zawierającym się pomię₂ dzy 15 - 80g/m², przy czym zdejmowanie runa włókna następuje przy użyciu dwóch współbieżnych walców i jednego walca przenoszącego, tak że odkładanie runa włókna w kierunku maszyny na przenośnik taśmowy i wzmacnianie w agregacie wzmacniania następuje bezpośrednio, przy czym dalsze prowadzenie niezwiązanego runa włókna zawiera jedynie 1 do 3 miejsc przenoszenia.

PL 212 277 B1

Ponadto z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku o numerze P-340480 znany jest filtr ochronny stosowany w sprzęcie filtrującym ochrony układu oddechowego, przeznaczony do kompletowania z maskami i półmaskami. Filtr składa się z warstw włókninowych lub też sam stanowi półmaskę filtrującą i odznacza się niskimi oporami przepływu powietrza wdychanego i wydychanego. Filtr charakteryzuje się tym, że posiada warstwę włókninową z efektem tryboelektrycznym.

Dodatkowo z znany jest z opisu patentowego US 6 623 548 odpowiadającego mu opisu patentu europejskiego EP 1 099 016 materiał filtracyjny posiadający wzmożony ładunek elektrostatyczny, zawierający mieszankę włókien polipropylenowych bezhalogenowych włókien akrylowych wytworzonych na drodze suchego przędzenia. Przedmiotowe włókna akrylowe mają zasadniczo gładkie powierzchnie, redukujące pęknięcia i szczeliny na powierzchni tych włókien otrzymywanych na drodze mokrego przędzenia, a jednocześnie obniżające ryzyko emisji DIOXIN podczas spiekania. Mieszanka jest przy tym w znacznej mierze wolna od smarów i środków antystatycznych na powierzchni włókien, co ma na celu dalsze wzmocnienie ładunku elektrostatycznego włókien. Sposób wytwarzania tego materiału filtracyjnego polega na wykorzystaniu włókien akrylowych bezhalogenowych, mających zasadniczo gładkie powierzchnie, otrzymanych na drodze suchego przędzenia, a następnie mieszaniu tych włókien akrylowych z włóknami polipropylenowymi i usuwaniu smarów oraz środków antystatycznych z powierzchni włókien przed, w trakcie, lub po mieszaniu celem dalszego wzmacniania ładunku elektrostatycznego włókien.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego składu materiału filtracyjnego i sposobu jego otrzymywania, który zapewni lepsze od dotychczasowych własności filtracyjne, w szczególności w półmaskach do filtracji powietrza, przy jednoczesnym uproszczeniu i potanieniu produkcji.

Istota wynalazku w odniesieniu do materiału filtracyjnego polega na tym, że zawiera włókna polipropylenowe, wytworzone bez stosowania preparacji elektrostatycznej, których udział w mieszance wynosi 45 - 69% wag., włókna akrylowe o udziale w mieszance wynoszącym 25 - 35% wag., oraz włókna poliestrowe o udziale w mieszance wynoszącym 5 - 15% wag.

Korzystnym jest, gdy materiał zawiera około 60% wag. włókien polipropylenowych wytworzonych bez preparacji elektrostatycznej, 29% wag. włókien akrylowych, oraz 11% wag. włókien poliestrowych, przy czym włókna mają niską wilgotność, korzystnie poniżej 2% wag.

Istota sposobu wytwarzania włókniny według wynalazku polega na tym, że cięte włókna polipropylenowe wytworzone bez stosowania preparacji elektrostatycznej miesza się z włóknami akrylowymi i włóknami poliestrowymi, z których uprzednio usunięto preparację i mieszankę tą poddaje się dwuetapowemu zgrzebleniu z dezaktywacją nadmiarowego ładunku elektrostatycznego, a następnie tak otrzymane runo poddaje się dwustopniowemu procesowi igłowania, przy czym procesy mieszania, zgrzeblenia igłowania prowadzi się przy wilgotności względnej powietrza w otoczeniu zawartej w granicach 40 - 60%, najlepiej niższej od 50%.

Najlepiej jest, gdy przed procesem zgrzeblenia dokonuje się dodatkowego, pneumatycznego mieszania włókien w mieszance.

W takim przypadku najkorzystniejszym jest dodatkowe mieszanie w trakcie pneumatycznego transportu mieszanki za pomocą, powietrza o wilgotności względnej wynoszącej 40 - 60%, najlepiej poniżej 50%.

Istota półmaski do filtracji powietrza według wynalazku polega na tym, że ma pomiędzy wewnętrzną a zewnętrzną warstwą wykonanymi z włóknin osłonowych, przynajmniej jedną warstwę materiału filtracyjnego składającego się z włókien polipropylenowych wytworzonych bez stosowania preparacji elektrostatycznej w ilości 45 - 69% wag. w mieszance, włókien akrylowych w ilości 25 - 35% wag. w mieszance, oraz włókien poliestrowych w ilości 5 - 15% wag w mieszance.

Zasadniczą zaletą włókniny filtracyjnej według wynalazku jest wyeliminowanie procesu usuwania preparacji z włókien polipropylenowych, co zasadniczo upraszcza proces przygotowywania składników do wytwarzania mieszaniny i obniża koszty produkcji. Jednocześnie taka włóknina ma lepsze od dotychczasowych właściwości filtracyjne, co jest szczególnie widoczne po oddziaływaniu termicznym w procesie sezonowania, wykazując dodatkowo zwiększoną odporność na działanie aerozoli ciekłych. Sposób wytwarzania takiej włókniny, zwłaszcza z dodatkowym mieszaniem za pomocą powietrza, pozwala na lepsze wymieszanie składników z jednoczesnym zmniejszeniem ich wilgotności, a jednocześnie upraszcza nitkę technologiczną pomiędzy procesem wstępnego mieszania a zgrzebleniem. Nie bez znaczenia jest okoliczność, że prowadzenie sposobu według wynalazku umożliwia wykorzystanie znanych powszechnie, tradycyjnych maszyn z niewielkim uzupełnieniem, dotyczącym zabudowy elektrod do dezaktywacji ładunku nadmiarowego.

PL 212 277 B1

Sposób według wynalazku przedstawiono w przykładowym wykonaniu, nie wyczerpującym wszystkich możliwości wynikających z zakresu ochrony.

Cięte włókna akrylowe i cięte włókna poliestrowe w pierwszej kolejności poddaje się znanemu procesowi mycia i suszenia, powodującym usunięcie preparacji elektrostatycznej. Następnie włókna te miesza się z ciętymi włóknami polipropylenowymi, wytworzonymi bez preparacji elektrostatycznej w takich proporcjach, że otrzymana mieszanka zawiera 60% wag. włókien polipropylenowych, 29% wag. włókien akrylowych, oraz 11% wag. włókien poliestrowych, przy wilgotności włókien w mieszance zbliżonej do 1,5% wag. Otrzymaną wstępną mieszankę włókien transportuje się następnie pneumatycznie za pomocą powietrza o wilgotności względnej 45% do stanowiska przygotowania do procesu zgrzeblenia. W trakcie tego transportu następuje dodatkowe mieszanie się włókien, połączone z dosuszaniem do żądanej wilgotności. Tak przygotowaną mieszankę poddaje się pierwszemu etapowi zgrzeblenia, przy czym zgrzeblenie prowadzi się z równoczesnym dezaktywowaniem nadmiarowego ładunku elektrostatycznego za pomocą elektrod. Bezpośrednio po pierwszym etapie zgrzeblenia mieszankę poddaje się drugiemu etapowi zgrzeblenia, również z dezaktywacją nadmiarowego ładunku elektrostatycznego, w wyniku którego dokonuje się zmiany ułożenia włókien w tak otrzymanym runie. Runo poddaje się następnie procesowi igłowania, również dwuetapowemu. W pierwszym etapie igłowania następuje wstępne przesuwanie włókien powodujące zmianę runa w włókninę wstępnie igłowaną o właściwej grubości wynoszącej 3,5 - 5,0 mm, natomiast w drugim etapie igłowania następuje dodatkowe ukierunkowywanie włókien w włókninie do położenia docelowego. W końcowej fazie całego cyklu następuje dzielenie otrzymanej włókniny na arkusze o wymiarach dobranych do konkretnych celów produkcyjnych. W wyniku tak prowadzonej obróbki otrzymuje się włókninę filtracyjną elektretową o następujących parametrach użytkowych, określonych w badaniach penetracji aerozolami chlorku sodu i mgły oleju parafinowego przy prędkości liniowej 0,122 m/s:

Penetracja aerozolem chlorku sodu [%]	Penetracja aerozolem chlorku sodu po kondycjonowaniu termicznym w temp. +70°C przez 24 h [%]	Penetracja aerozolem mgły oleju parafinowego [%]	Penetracja aerozolem mgły oleju parafinowego po kondycjonowaniu termicznym w temp. +70°C przez 24 h [%]
4,15	11,28	15,07	26,01

Zastrzeżenia patentowe

Claims (6)

1. Włóknina filtracyjna elektretowa, zawierająca mieszaninę włókien polipropylenowych, włókien akrylowych oraz włókien poliestrowych o niskiej wilgotności, znamienna tym, że zawiera włókna polipropylenowe wytworzone bez stosowania preparacji elektrostatycznej, których udział w mieszance wynosi od 45% do 69% wag., włókna akrylowe, których udział w mieszance wynosi od 25% do 35% wag. oraz włókna poliestrowe, których udział w mieszance wynosi od 5% do 15% wag.

2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera około 60% wagowych włókien polipropylenowych wytworzonych bez stosowania preparacji elektrostatycznej, 29% wagowych włókien akrylowych oraz 11% wagowych włókien poliestrowych, przy czym stosowane włókna mają niską wilgotność, najlepiej poniżej 2% wag.

3. Sposób wytwarzania włókniny filtracyjnej elektretowej do powietrza, w którym najpierw z wybranych włókien składników usuwa się preparację poprzez ich pranie, a następnie suszenie, po czym dokonuje się wstępnego mieszania ciętych włókien polipropylenowych, włókien akrylowych oraz włókien poliestrowych, a następnie w dalszej kolejności mieszankę poddaje się zgrzebleniu i otrzymane runo obrabia się w procesie igłowania otrzymując produkt finalny, znamienny tym, że do sporządzenia mieszanki wykorzystuje się włókna polipropylenowe wytworzone bez stosowania preparacji elektrostatycznej, a mieszankę tą poddaje się dwuetapowemu zgrzebleniu z równoczesną dezaktywacją nadmiarowego ładunku elektrostatycznego, po czym otrzymane runo poddaje się dwustopniowemu procesowi igłowania, przy czym procesy mieszania, zgrzeblenia i igłowania prowadzi się w warunkach wilgotności względnej powietrza w otoczeniu zawartej w granicach 40 - 60%, najlepiej niższej od 50%.

PL 212 277 B1

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że przed procesem zgrzeblenia dokonuje się dodatkowego pneumatycznego mieszania włókien w mieszance.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że proces dodatkowego pneumatycznego mieszania realizuje się w trakcie pneumatycznego transportu mieszanki za pomocą powietrza o wilgotności względnej wynoszącej 40 - 60%, najlepiej zaś poniżej 50%.

6. Półmaska do filtrowania powietrza, wyposażona korzystnie w zawór wydechowy, zacisk nosowy, uszczelkę nosową i taśmy zagłowia, oraz w wewnętrzną i zewnętrzną warstwę z włóknin osłonowych, znamienna tym, że ma pomiędzy wewnętrzną a zewnętrzną warstwą z włóknin osłonowych przynajmniej jedną warstwę włókniny filtracyjnej składającej się z włókien polipropylenowych wytworzonych bez stosowania preparacji elektrostatycznej w ilości 45 - 69% wag. w mieszance, włókien akrylowych w ilości 25 - 35% wag. w mieszance, oraz włókien poliestrowych w ilości 5 - 15% wag. w mieszance.