WO2002034364A1

WO2002034364A1 - Triboelektrische aufladung von geweben und gewirken

Info

Publication number: WO2002034364A1
Application number: PCT/EP2001/012233
Authority: WO
Inventors: Andreas Schröder; Claus Grobe; Dieter Wenninger; Jens Kranz
Original assignee: Tesa Ag
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2002-05-02
Also published as: US7004995B2; EP1347815A1; US20040045441A1

Abstract

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

Description

Beschreibung

Triboelektrische Aufladung von Geweben und Gewirken

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gewebe oder Gewirk, welches durch eine spezielle Behandlung eine elektrostatische Aufladung erhält sowie der Nutzbarmachung dieser Aufladung zum Filtern von durch die Atmosphärenluft transportierten, staubförmigen Allergenen wie Pollen in einem vollflächig vor Fenstern und Türen applizierbaren Pollenschutz.

Seit mehreren Jahren wird in der Bundesrepublik das Auftreten von Pollinose (Heuschnupfen), also der allergischen Reaktion der Schleimhäute des Auges sowie der oberen und unteren Atemwege mit Blütenpollen und anderen durch die Luft transportierten Allergenen, in der Bevölkerung verfolgt. Dabei wurde ermittelt, dass in Deutschland in den letzten Jah- ren der Bevölkerungsanteil bei etwa 11-15% liegt. Die allergische Reaktion einer Pollenal- lergie äußert sich meist durch Rötungen und Tränenfluss der Augen (Konjunktivitis), Niesattacken (Rhinitis) sowie Reizhusten (Asthma bronchiale) als Frühreaktionen. Ais Spätreaktion auf die Pollenallergie sind z.B. Neurodermitis oder Ekzeme an der Haut bekannt. Als weitreichendere Konsequenzen neben den persönlichen Beschwerden der Betroffenen las- sen sich Verdienstausfall bzw. Arbeitsunfähigkeit während der Pollenflugperiode oder Anstieg von ärztlichen Behandlungskosten leicht ableiten, so dass für ein Pollenschutzgitter im Sinne der Erfindung zur Anbringung vor Fenster und Türen von Wohn- und Arbeitsräumen ein großer Bedarf besteht. Weiteres über Pollinose läßt sich im Ratgeber Pollenallergie, Ute Künkele, München 1992 recherchieren.

Vollflächig vor Fenstern und Türen angebrachte Schutzsysteme, die das Eindringen von größeren Objekten wie z B Insekten in Wohnräume verhindern sollen, sind bekannt (=Flιegengιtter) In DE 3045723 werden z.B. Gardinen, Netze, Filter oder Siebe für einen solchen Zweck beschrieben, die mittels Druckknopfen an Fenster- oder Türrahmen aπge-

BESTATIGUNGSKOPIE bracht werden. Aufgrund ihrer relativ großen Maschenweiten von 1 - 2mm besitzen diese eine gute visuelle Transparenz und erlauben eine ausreichende Belüftung der Wohnräume, der ausreichende Schutz vor Pollenstaub (Größe etwa 10-50μm) und Pilzsporen (Größe etwa 200μm) ist aufgrund der höheren Maschenweite nicht möglich.

Filtrationseinrichtungen, die Luft völlig von Pollen, Keimen und Sporen befreien, finden Einsatz in der Klimatechnik und im Automobil. Die hohe Filterwirkung wird in DE 3904623 z.B. dadurch erreicht, dass Filtermatten, auch oft mehrlagig, aus Vliesstoffen eingesetzt werden, die durch ihre Faserigkeit die Filterstufe unpassierbar für o.a. Allergene machen. Zur Erhö- hung des Kontaktes der partikelbeladenen Luft mit dem Filter wird das Laminat aus Filtermatten zusätzlich zickzackgefaltet. Solche Filtermatten besitzen jedoch aufgrund ihrer nicht vorhandenen visuellen Transparenz keine Eignung als Schutzvorrichtung im Sinne der vorgeschlagenen Erfindung.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, mit einem Gewebe oder Gewirk einzig durch das Einstellen der Maschenweite die in eine Räumlichkeit einströmende Luft von Pollen zu reinigen. Die Größen der meisten in Europa vorkommenden, allergieauslösenden Pollen, im wesentlichen Birke, Süßgräser, Gänse- und Beifuß, Wegerich, Hasel, liegen in der Region von 20 - 40 μm. Die für eine rein mechanische Filterung notwendige Maschenweite beträgt daher wenigstens 20 μm und lässt somit keine ausreichende visuelle Transparenz mehr zu.

Eine weitere vor Fenstern angebrachte Schutzvorrichtungen gegen Pollen, Keime und Sporen wird z.B. in DE 4300422 angegeben. Hier erfolgt die Anbringung eines Stoffmaterials als Schutzvorrichtung jedoch nicht vollflächig vor der Fensterscheibe, sondern in den bei- den keilartigen Zwischenräumen sowie der rechteckigen Öffnung an der Oberseite eines in Kippstellung stehenden Fensters. Das Problem der nicht vorhandenen, visuellen Transparenz des Schutzes wird durch diese Art der Anbringung umgangen, jedoch muss der Schutz für eine völlige Öffnung des Fensters durch Aufschwenken entfernt werden, so dass keine Schutzwirkung mehr existent ist.

Die Unterstützung der Abscheideeigenschaften von Filtrationsmedien durch elektrostatische Aufladungen ist bekannt und wird beispielsweise für Filtrationsaufgaben in der Klϊmaanla- gentechnik, Lüftungstechnik für Automobile oder Reinigungsprozesse von industriellen Verfahren eingesetzt. Das Prinzip dieser Elektrofilter basiert darauf, dass an wenigstens zwei Elektroden unterschiedliche Potentiale angelegt sind, so dass zwischen ihnen ein Hochspannungsfeld entsteht. Eine der beiden Elektroden fungiert dabei als lonisations- quelle für Gasmoleküle, so dass diese beschleunigt werden in Richtung der Niederschlagselektrode. Auf dem Weg zur Niederschlagselektrode übertragen die Gasmoleküle ihre La- düng auf Staubpartikel und bewirken, dass die Staubpartikel zur Niederschlagselektrode transportiert, sich dort abscheiden und so aus dem zu reinigendem Luftstrom entfernt werden. DE19819989.2 beschreibt beispielsweise für eine solche Aufgabe in der Automobiltechnik eine Elektronenanordnung, bei der die lonisationselektrode in einem Rohrleitungsstück als axial angeordneter Draht vorliegt und die Niederschlagselektrode sich als Ge- webe- oder Drahtgespinst an der Rohrwand befindet. Das Prinzip, durch Anlegen einer Fremdspannung die Filtrationseigenschaften eines Pollenschutzes zu verbessern, eignet sich nicht für ein Gewebe oder Gewirk, welches vor Fenstern und Türen appliziert werden soll.

Eine weitere Anwendung von elektrostatischen Aufladungen für ähnliche Filtrationsaufgaben wird auch in DE4414728 beschreiben. Durch die Aufladung von netzförmigen Geweben aus synthetischen hochpolymeren Fasern soll ein elektrischen Feld zwischen dem Allergen und dem Gewebe entstehen, welches zur Filtration genutzt werden soll. Auf die Art der Aufbringung der elektrostatischen Aufladung wird jedoch nicht näher eingegangen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die triboelektrische Aufladung von Polymer- und Naturfasern nutzbar zu machen für die Filterung von durch die Atmosphärenluft transportierten Pollen in Gestalt eines Gewebes oder Gewirks, welches vor Fenstern und Türen appliziert werden kann.

Das Prinzip des Aufbringens einer triboelektrischen Aufladung basiert auf der Trennung von Ladungen, die makroskopisch durch Reib- oder Trennvorgänge von mindestens zwei Materialien geschieht. Ausschlaggebend für das Vorzeichen und die Höhe der Aufladung sind dabei zunächst die Austrittsenergien W_a der oberflächennahen Elektronen der Materialien, da oberflächennahe Elektronen aus der Oberfläche des einen Materials austreten und in die des anderen übergehen. Folglich entsteht in der Oberfläche des einen Materials ein Elektronenmangel, der zu einer positiven Aufladung der Oberfläche führt, während die andere Oberfläche durch den Elektronenüberschuss eine negative Aufladung erfährt Aus Lütt- gens/Glor Elektrostatische Aufladungen begreifen und sicher beherrschen, 2 Auflage, lasst sich ableiten, dass für eine möglichst rasche und hohe Aufladung der Materialien, wie bei der Erfindung vorgesehen, die Differenz ihrer Elektronenaustπttsenergien einen möglichst großen Betrag besitzen muss

Neben den Elektronenaustrittsenergien gehen auch Parameter wie Temperatur, Rauhigkeit und Verschmutzungsgrad der Oberflachen sowie Reib- bzw Trenngeschwindigkeit und Luftfeuchte in einen tπboelektrischen Aufladungsvorgang ein

Das Unterbinden der Ableitung der elektrostatischen Aufladung wird dadurch erzielt, dass der Durchgangswiderstand sowie der Oberflachenwiderstand der Materialien der Größenordnung von 10¹² - 10¹⁵ Ω hegt Für das Gewebe oder Gewirk werden deshalb bevorzugt Fasern bzw auf dem Gewirk oder Gewebe aufgebrachte Beschichtungen mit Oberflachen- widerstanden von 10¹² - 10¹⁵ Ω eingesetzt

Elektrostatische Aufladungen durch Ladungstrennung können beispielsweise durch das rasche Entfernen einer vollflachig ein- oder beidseitig, ohne Lufteinschlusse an das Gewirk angebrachten Polymerfohe geschehen Ebenfalls ist eine Aufladung durch die Reibung von partikelbeladener Luft an dem Schutzgewirk möglich, indem das Schutzgewirk intensiv mit Hilfe eines Haushalts- oder Industπefones, Geblases, Ventilators oder einer sonstigen Art eines Lufters mit hohen Volumenstromen durchströmt wird

Die bevorzugte Möglichkeit im erfinderischen Sinne ist das manuelle Reiben eines polyme- ren oder natürlichen Stoffes an dem applizierten Schutzgewirk nach der Anbringung vor dem Fenster

Neben der Nutzbarmachung der elektrostatischen Aufladung zur Filterung von Pollen ermöglicht die Erfindung zudem die Eigenschaften der genugenden Luftdurchlassigkeit und ausreichender visueller Transparenz, da die zur Filterung notwendige Maschenweite über den Pollendurchmesser hinaus vergrößert werden kann

Im Falle der Ableitung der Aufladung z B durch ein Ansteigen der Luftfeuchte oder Regen kann die Aufladung nach dem Niederschlag durch Trocknung und anschließender Reibung mit dem passenden Polymerwerkstoff wiederhergestellt werden Denkbar ist auch eine Trocknung und Wiederaufladung in einem Arbeitsgang allein durch das intensives Durchströmen des Schutzsystems mit partikelbeladener Luft bei Anwenden eines Haushaltsfönes.

Claims

Patentansprüche

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

2. Gewebe oder Gewirke nach Anspruch 1 , wobei deren Fasern aus einem oder mehreren reinen oder heteroatomhaltigen Kohlenwasserstoffen bestehen und einen Oberflächen- widerstand zwischen 10¹² und 10¹⁵ Ω besitzen.

3. Gewebe oder Gewirke nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung des Gewebes oder Gewirks aus einem oder mehreren reinen oder heteroatomhaltigen Kohlenwasserstoffen besteht und einen Oberflächenwiderstand zwischen 10¹² und 10¹⁵ Ω besitzt.

4. Gewebe oder Gewirke nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser der Fäden zwischen 50 und 1000 μm beträgt.

5. Gewebe oder Gewirke nach Anspruch 1, wobei die freie Fläche einer Masche zwischen 300 und 90000 μm² beträgt.

6. Gewebe oder Gewirke nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei die Gewebe oder Gewirke zum Schutz vor staubförmigen Allergenen wie Pollen vor Fensterflächen oder Türöffnungen angebracht werden.