WO2013029697A2 - Mehrlagiges filtermaterial und daraus hergestelltes filterelement - Google Patents

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Ingrid Meyr
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Neenah Gessner Gmbh
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Definitions

  • Multi-layer filter material and filter element made from it
  • the invention relates to multilayer, cleanable Filterma ⁇ terialien and derived filter elements for the separation of coarse and fine impurities from liquids and gases.
  • One type is depth filter materials, which are designed to absorb and store as much dust as possible before clogging.
  • Such filter materials ideally have an asymmetric structure, that is, the pore and fiber diameters are in manströmungsraum seen smaller and smaller.
  • the large dust particles are preferably deposited and stored in the uppermost layer of the depth filter material, while the small dust particles continue to penetrate before they are deposited.
  • the second type is surface filter materials.
  • the first filtration layer seen in the direction of flow, has the smallest pore and fiber diameters.
  • the following layer is usually porous and has thicker fibers. It mainly serves as a carrier for the first filtration layer and gives the entire filter material the required mechanical strength and rigidity. All dust particles, whether large or small, are ideally deposited on the first layer and will not penetrate the filter material.
  • a dust cake forms on the surface of the filter material over time, which increasingly hampers the liquid or gas flow. Since the dust cake sits quite loosely on the surface of the filter material, it can also be relatively easily cleaned again.
  • the cleaning is ideally carried out either by knocking, shaking, washing, pressure surge pulse or backwashing.
  • backwashing and pressure surge pulse is the filter material briefly with clean liquid or clean gas against the original flow direction acted upon.
  • the dust cake is detached from the surface of the filter material and the filter material cleaned in this way is ready for the next filtration cycle.
  • backwashing this is done over a longer period of time with a relatively low flow rate of the cleaning fluid, while the pressure surge pulse, the cleaning fluid is applied in a short, powerful shock.
  • Filter materials for surface filtration are constructed either in one or more layers.
  • Single-layer surface filter materials are, for example, filter papers which have smaller pores on the upstream side than on the downstream side, or single-ply needle felts or spunbonded nonwovens.
  • a unilaterally compressed spunbonded fabric is described by way of example in the document DE 10 039 245 A1.
  • the single-layer filter materials still have relatively large pores on the compacted side and are only suitable for very coarse-grained dusts. Finer dust particles penetrate into the depth of the filter material and can not be cleaned. As a result, the filter material clogged after a relatively short time and must be replaced.
  • filter materials with a minimum of two layers are used.
  • a carrier with a high mechanical strength and rigidity is either a membrane, a nanofiber layer or a meltblown layer as a filtration layer applied.
  • the filtration layer is, seen in the direction of flow, the first layer.
  • a filter material with a PTFE membrane is e.g. in the journal CAV 12/92 (p.86). Such filter materials are very well suited to deposit fine dusts even at high temperatures. The Abinstituts against all types of dusts is extremely good. However, these filter materials are very expensive and the membrane breaks very easily and is not particularly resistant to wear.
  • European Patent EP 1 326 698 B1 describes by way of example a filter material with a nanofiber layer.
  • the nanofibers are produced by electrospinning.
  • the filter material disclosed in this document is also suitable for depositing fine dusts. It also has a very good cleaning behavior. Due to the small layer thickness of less than 10 ⁇ and the very small fiber diameter of 0.01 to 0.5 ⁇ the nanofiber layer is mechanically not very stable and easy to destroy. In addition, the entire filter material is very expensive due to the low productivity of the electrospinning process.
  • meltblown nonwovens as filter materials has been known for a long time.
  • the eltblown process is described in more detail, for example, in A. van Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, pp.
  • the protrusion of the dendrites from the surface of the meltblown web is further enhanced when the meltblown web can be electrostatically charged.
  • Filter elements with such filter materials made of meltblown nonwovens tend to clog after a short time, with the consequence that the filter element must be replaced.
  • the mechanical strength and the surface smoothness can be improved by thermal surface compaction by means of a calender.
  • a surface condensation that clearly demonstrates the mechanical strength of the meltblown web increases, but at the same time affects the porosity and air permeability negative.
  • thermal compaction represents an additional process step.
  • the meltblown nonwoven can be solidified alone or together with a carrier with a binder in order to increase the abrasion and abrasion resistance.
  • this process has a negative effect on the air permeability of the filter material and represents another expensive process step.
  • the object of the present invention is therefore to provide a filter material, in particular for motor vehicle, vacuum cleaner and industrial filters, which has a very good degree of separation according to EN 779 and ISO EN 1822 in the filter classes F5 to H12 and can be cleaned very well. Furthermore, a filter element produced from such a filter material is to be created. This object is achieved by the features of claims 1 and 12. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.
  • the first layer of the filter material according to the invention consists of a melt blown fleece that is at least substantially free of dendrites.
  • the meltblown nonwoven consists of elastic polymer fibers and has an elongation at break according to DIN EN ISO 1924-2 of at least 100%, wherein the polymer for the production of the elastic polymer fibers an elongation at break at 23 ⁇ 2 ° C according to DIN 53504 of has at least 100%. It has been found that without such dendrites, the cleanability of meltblown webs consisting of fine fibers is substantially improved.
  • Suitable polymers are preferably thermoplastic elastomers or blends of thermoplastic elastomers with non-elastic thermoplastic polymers. Particularly preferred are thermoplastic elastomers and blends of thermoplastic elastomers with non-elastic thermoplastic polymers having antistatic properties.
  • the thermoplastic elastomers suitable for the production of the filter material according to the invention or mixtures of thermoplastic elastomers and non-elastic thermoplastic polymers have an elongation at break according to DIN 53504 of at least 100%, preferably of at least 200% and more preferably of at least 400%.
  • the shoulder bars are air-conditioned for 24 hours at 23 ⁇ 2 ° C and 50 + 2% humidity before measurement. Due to the high elasticity of the mechanical forces, such as those caused by friction, absorbed by the fibers and absorbed. Instead of tearing the fibers stretch and take after the end of the force substantially their original shape. As a result, there are no changes in the porosity and in the air permeability.
  • thermoplastic elastomers or blends of thermoplastic elastomers and non-elastic thermoplastic polymers, which have antistatic properties and therefore can not be electrostatically charged, provide a further advantage. If, despite the high elasticity, a fiber rupture nevertheless occurs, the fiber ends remain substantially on the nonwoven surface and do not stand on the nonwoven surface due to electrostatic repulsion. Either the polymer used is inherently antistatic, e.g. thermoplastic polyurethane, or the polymer gets by the addition of a suitable agent antistatic properties. Suitable antistatic agents are e.g. Carbon black, quaternary ammonium salts.
  • thermoplastic elastomers are, for example, thermoplastic polyurethane, olefinic thermoplastic elastomer, styrene block. Copolymer, thermoplastic polyester elastomer, thermoplastic polyether-polyamide or mixtures thereof.
  • Suitable non-elastic thermoplastic polymers for blending with thermoplastic elastomers are, for example, polypropylene, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyamide, polycarbonate or mixtures thereof.
  • meltblown nonwovens To prepare the meltblown nonwovens, the meltblown process known in the art is used as described e.g. in Van A. Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, pp. 1342-1346
  • the meltblown web has a basis weight of 5-200 g / m 2 , an air permeability of 10-8000 l / m 2 s, a thickness of 0.05-2.0 mm, an elongation at break of at least 100%, a mean fiber diameter of 0.3
  • a degree of purification after 10040 cycles of at least 80% a degree of purification after 10040 cycles of at least 80%, a pressure loss after 10040 cycles of at most 600 Pa after cleaning and a total time for 10070 cycles of at least 2000 min.
  • a surface mass of 10 - 150 g / m 2 an air permeability of 20
  • the further, in particular second, layer of the filter material according to the invention is a carrier layer for the first layer.
  • the carrier layer is substantially non-stretchable and open-pored and more permeable to air than the first layer. It therefore contributes only insignificantly to the dust separation.
  • Their task is to give the filter material according to the invention the required tensile strength and rigidity. How high the tear strength must be depends on the purpose of the filter material. However, it must always be so high that the filter material does not break under the given conditions of use and does not deform. If the filter material is to be folded for its use, it is necessary to select as rigid a carrier layer as possible, for example a resin-impregnated paper, so that the folds retain their shape even during the given operating conditions. The person skilled in the art knows from the large number of available carriers to select the optimal one for the given intended use.
  • Suitable carrier layers are, for example, impregnated papers made of cellulose fibers, inorganic fibers, carbon fibers, synthetic fibers or mixtures thereof, spunbonded nonwovens, needled felt, woven fabric of glass fibers or synthetic fibers, mesh structures (woven, extruded) and any combination of the materials mentioned herein.
  • the mentioned carrier layer preferably has the following physical properties:
  • Thickness 0, 05 - 60 mm
  • Bursting strength after wastes greater than 100 kPa
  • Air permeability 10 - 8000 l / m 2 s
  • the filter material according to the invention may also contain a third layer.
  • the third layer is a support grid, which, viewed in the flow direction, forms the last layer or is disposed between the first layer (meltblown web) and the further layer (carrier layer).
  • Suitable support grids are, for example, plastic mesh, metal mesh, spunbonded nonwoven, glass fiber fabric, glass fiber fleece with surface masses between 5 and 75 g / m 2 and a minimum air permeability of 100 1 / m 2 . All layers of the filter material according to the invention are preferably connected to one another either with an adhesive or via welded joints or a combination thereof.
  • Suitable adhesives for this application include polyurethane adhesive, polyamide adhesive and polyester adhesive, polyacrylate adhesive, polyvinyl acetate adhesive or styrene block polymer adhesive. Particularly preferred are polyurethane adhesives that crosslink with the humidity.
  • the adhesives can be applied as powder or melted by means of anilox rolls or spray nozzles. If the adhesive is applied as a powder, the adhesive must then be melted by a thermal treatment. In this case, the adjacent layers of the filter material according to the invention are then connected to each other under pressure. If the adhesive is applied via anilox rolls or spray nozzles, it is already in liquid form before being sprayed, either melted or as a solution or dispersion.
  • the order of spray nozzles can be done in the form of fine droplets or in the form of threads. Subsequently, in this process as well, the adjacent layers of the filter material according to the invention are connected to one another by pressure.
  • the application weight of the adhesive typically ranges from 2 to 20 g / m 2 , preferably from 4 to 15 g / m 2 and more preferably from 5 to 10 g / m 2 .
  • the welded joint can be made both by an ultrasound system and by a thermal calender.
  • the polymers of the layers to be welded are partially melted and welded together.
  • the welded joints may have any geometric shapes such as e.g. Points, straight lines, curved lines, diamonds, triangles, etc.
  • the area of the welded joints is advantageously at most 10% of the total area of the filter material according to the invention.
  • the filter material according to the invention can be further processed to all conventional element shapes.
  • Hoses, bags or bags are made.
  • it can be embossed on all common processing machines, folded, corrugated transversely, longitudinally rilled, etc.
  • the filter material according to the invention and the filters produced therefrom are very easy to clean to increase the service life.
  • Suitable cleaning methods include, for example, washing off, backwashing, tapping off, shaking off and the pressure impulse. Description of the test methods
  • the screen side of a carrier layer was bonded to the screen side of a top layer consisting of a meltblown nonwoven.
  • the meltblown fleece consisted of a thermoplastic polyurethane, made from the raw material Elastollan FA. BASF, and had a mean fiber diameter of 2.2 ym, a basis weight of 20 g / m 2 , an air permeability of 800 l / m 2 s, a thickness of 0.2 ⁇ and an elongation at break of 220%.
  • the carrier layer consisted of wet-laid cellulose, impregnated with 20% of epoxy resin from Huntsman with a basis weight of 122 g / m 2 , a Air permeability of 210 l / m 2 s, and a bursting pressure of 290 kPa.
  • the carrier layer can be obtained under the name L4-2iHP from Neenah Gessner GmbH, Brückmühl. Both layers were bonded together with a moisture-curing polyurethane hot melt adhesive of the type PUR 700.7 from Kleiberit. The application was carried out via a spray nozzle in the form of filaments with a coating weight of 6.0 g / m 2 .
  • the entire filter material had a basis weight of 148 g / m 2 , a thickness of 0.58 mm and an air permeability of 166 l / m 2 s.
  • This filter material was measured as a flat sample according to VDI ISO 3926. The results are shown in Table 1, Example 1.
  • the screen side of a carrier layer was bonded to the screen side of a top layer consisting of a meltblown web.
  • the meltblown nonwoven consisted of a Polybuthylen- terephthalate, made of the raw material Cellanex 2008 from. Ticona, and had a mean fiber diameter of 2.0 ⁇ , a basis weight of 20 g / m 2 , an air permeability of 760 l / m 2 s, a thickness of 0.18 ⁇ and an elongation at break of 25%.
  • the carrier layer consisted of wet-laid cellulose impregnated with 20% epoxy resin from Huntsman with a basis weight of 122 g / m 2 , an air permeability of 210 l / m 2 s, and a bursting pressure of 290 kPa.
  • the carrier layer can be obtained under the name L4-2iHP from the company Neenah Gessner GmbH, Brückmühl. Both layers were glued together with a moisture-curing polyurethane hot melt adhesive type PUR 700.7 from Kleiberit. The application was carried out via a spray nozzle in the form of threads with a coating weight of 6 g / m 2 .
  • the entire filter material had a basis weight of 148 g / m 2 , a thickness of 0.56 mm and an air permeability of 165 l / m s.
  • This filter material was measured as a flat sample according to VDI ISO 3926. The results are shown in Table 1, Example 2.
  • the filter element of the filter material according to the invention in all measurement criteria is significantly better cleaned than the filter material with a conventional PBT meltblown layer (Example 2).

Abstract

Ein mehrlagiges, abreinigbares Filtermaterial zur Gas- und Flüssigfiltration weist eine Filterlage und eine in Durch strömungsrichtung gesehene nachfolgende Trägerlage auf, wobei die Filterlage im Wesentlichen dendritenfrei ist und aus einem Meltblownvlies aus elastischen Polymerfasern besteht, das eine Bruchdehnung von mindestens 100% besitzt.

Description

Mehrlagiges Filtermaterial und daraus hergestelltes Fil- terelement
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft mehrlagige, abreinigbare Filterma¬ terialien und daraus hergestellte Filterelemente zur Abtrennung von groben und feinen Verunreinigungen aus Flüssigkeiten und Gasen.
Hintergrund der Erfindung
Zur Entfernung von festen Verunreinigungen, wie zum Bei¬ spiel Staubpartikeln, aus Flüssigkeiten und Gasen gibt es im Wesentlichen zwei unterschiedliche Arten von Filtermaterialien .
Die eine Art sind Tiefenfiltermaterialien, die so aufgebaut sind, dass sie möglichst viel Staub aufnehmen und speichern können, bevor sie verstopfen. Solche Filtermaterialien haben idealerweise einen asymmetrischen Aufbau, das heißt, die Poren- und Faserdurchmesser werden in Durchstömungsrichtung gesehen immer kleiner. Das führt dazu, dass die großen Staubpartikel bevorzugt in der obersten Schicht des Tiefenfiltermaterials abgeschieden und eingelagert werden, während die kleinen Staubpartikel wei- ter in die Tiefe vordringen, bevor auch sie abgeschieden werden. Durch diese Verteilung der Staubpartikel in der gesamten Tiefe des Filtermaterials kann verhältnismäßig viel Staub eingelagert werden, bevor der Flüssigkeitsoder Gasdurchfluss durch die eingelagerten Staubpartikel so stark behindert wird, dass es zum Verstopfen des Filtermaterials kommt. Diese Filter sind nicht abreinigbar und müssen nach Erreichen eines vorgegebenen Differenzdruckes ausgebaut und weggeworfen werden. Bei der zweiten Art handelt es sich um Oberflächenfiltermaterialien . Bei diesen Filtermaterialien hat die in Durchströmungsrichtung gesehen erste Filtrationsschicht die kleinsten Poren- und Faserdurchmesser. Die nachfolgende Schicht ist meist offenporiger und hat dickere Fasern. Sie dient hauptsächlich als Träger für die erste Filtrationsschicht und verleiht dem gesamten Filtermaterial die benötigte mechanische Festigkeit und Steifigkeit. Alle Staubpartikel, egal ob sie groß oder klein sind, werden idealerweise auf der ersten Schicht abge- schieden und dringen nicht in das Filtermaterial ein.
Dadurch bildet sich an der Oberfläche des Filtermaterials mit der Zeit ein Staubkuchen, der den Flüssigkeits- oder Gasdurchfluss immer stärker behindert. Da der Staubkuchen recht locker auf der Oberfläche des Filtermaterials sitzt, kann er auch verhältnismäßig leicht wieder abgereinigt werden. Die Abreinigung erfolgt idealerweise entweder durch Klopfen, Rütteln, Waschen, Druckstoßimpuls oder Rückspülen. Beim Rückspülen und beim Druckstoßimpuls wird das Filtermaterial kurzzeitig mit sauberer Flüssigkeit bzw. sauberem Gas entgegen der ursprünglichen Durchflussrichtung beaufschlagt. Dadurch wird der Staubkuchen von der Oberfläche des Filtermaterials abgelöst und das so gereinigte Filtermaterial ist bereit für den nächsten Filtrationszyklus. Beim Rückspülen erfolgt dies über einen längeren Zeitraum mit einer verhältnismäßig geringen Durchflussrate des Reinigungsfluids , während beim Druckstoßimpuls das Reinigungsfluid in einem kurzen, kräftigen Stoß beaufschlagt wird.
Filtermaterialien für die Oberflächenfiltration sind entweder ein- oder mehrlagig aufgebaut. Einlagige Oberflächenfiltermaterialien sind zum Beispiel Filterpapiere, die auf der Anströmseite kleinere Poren besitzen als auf der Abströmseite, oder einseitig verdichtete Nadelfilze oder Spinnvliese. Ein einseitig verdichtetes Spinnvlies ist beispielhaft in der Druckschrift DE 10 039 245 AI beschrieben. Die einlagigen Filtermaterialien besitzen trotz einseitiger Oberflächenverdichtung auf der verdichteten Seite noch verhältnismäßig große Poren und sind nur für recht grobkörnige Stäube geeignet. Feinere Staubpartikel dringen in die Tiefe des Filtermaterials ein und lassen sich nicht mehr abreinigen. Dadurch verstopft das Filtermaterial nach verhältnismäßig kurzer Zeit und muss ausgetauscht werden.
Zur Abscheidung von Feinstäuben wie zum Beispiel Farbpulvern, gemahlenen Harzen oder Zement werden Filtermateria- lien mit einem mindesten zweilagigen Aufbau verwendet. Auf einen Träger mit einer hohen mechanischen Festigkeit und Steifigkeit wird entweder eine Membran, eine Nanofaser- schicht oder eine Meltblownschicht als Filtrationslage aufgebracht. Die Filtrationslage ist, in Durchströmungsrichtung gesehen, die erste Lage.
Ein Filtermaterial mit einer PTFE-Membran ist z.B. in der Zeitschrift CAV 12/92 (S.86) beschrieben. Solche Filtermaterialien sind sehr gut geeignet, feine Stäube auch bei hohen Temperaturen abzuscheiden. Das Abreinigungsverhalten gegenüber allen Arten von Stäuben ist außerordentlich gut. Allerdings sind diese Filtermaterialien sehr teuer und die Membran reißt sehr leicht ein und ist nicht besonders verschleißfest .
Die europäische Patentschrift EP 1 326 698 Bl beschreibt beispielhaft ein Filtermaterial mit einer Nanofaser- schicht. Die Nanofasern werden im Elektrospinnverfahren hergestellt. Das in dieser Schrift offenbarte Filtermaterial ist ebenfalls geeignet, feine Stäube abzuscheiden. Es besitzt ein ebenfalls sehr gutes Abreinigungsverhalten. Auf Grund der geringen Schichtdicke von kleiner 10 μιτι und der sehr geringen Faserdurchmesser von 0,01 - 0,5 μιη ist die Nanofaserschicht mechanisch nicht recht stabil und leicht zu zerstören. Außerdem ist das gesamte Filtermaterial durch die geringe Produktivität des Elektrospinn- verfahrens sehr teuer.
Ein Beispiel für ein Filtermaterial mit einer Melt- blownschicht ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 431 58 AI beschrieben. Der Vorteil dieser Filtermaterialien ist der vergleichsweise niedrige Preis. Nachteilig ist allerdings auch hier die nicht sehr hohe mechanische Festigkeit der Meltblownschicht .
Die Verwendung von Meltblownvliesen als Filtermaterialien ist seit langem bekannt. Der eltblownprozess ist z.B. in A. van Wente, „Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, S.1342 - 1346 genauer beschrieben. Mit diesem Prozess lassen sich im Wesentli- chen endlose Fasern mit einem Durchmesser von 0,3 - 15 pm herstellen. Je geringer der Faserdurchmesser ist und je dichter die Fasern beieinanderliegen, desto besser ist das Meltblownvlies zur Abscheidung von feinen Stäuben aus Gasen und Flüssigkeiten geeignet. Leider sinkt aber mit dem Faserdurchmesser auch die mechanische Festigkeit der Fasern. Immer wenn das so hergestellte Meltblownvlies einer mechanischen Belastung ausgesetzt ist, wie z.B. beim Reiben eines Fingers über die Oberfläche oder beim Falten des Filtermaterials während der späteren Filterelementher- Stellung, brechen einige Fasern und es entstehen Dendriten . Als Dendriten sind gerissene Meltblownfasern unterschiedlicher Länge zu verstehen, die in einem Winkel von 10° bis 90° von der Oberfläche des Meltblownvlieses abstehen. Da das Filtermaterial bei der Herstellung eines Filterelementes meist noch gefaltet wird, ragen die Dendriten in den sonst freien Raum der Anströmseite hinein. Das Abstehen der Dendriten von der Oberfläche des Meltblownvlieses wird noch verstärkt, wenn sich das Meltblownvlies elektrostatisch aufladen lässt. Filterelemente mit derartigen Filtermaterialien aus Meltblownvliesen neigen bereits nach kurzer Zeit zur Verstopfung mit der Kon- zequenz, dass das Fliterelement ausgetauscht werden muss.
Wie in DE 44 431 58 AI und DE 10 039 245 AI beschrieben, lässt sich durch thermische Oberflächenverdichtung mittels eines Kalanders die mechanische Festigkeit und die Oberflächenglätte verbessern. Eine Oberflächenverdichtung, die die mechanische Festigkeit des Meltblownvlieses deutlich erhöht, beeinflusst aber gleichzeitig die Porosität und Luftdurchlässigkeit negativ. Außerdem stellt die thermische Verdichtung einen zusätzlichen Prozessschritt dar. In DE 44 431 58 AI wird noch offenbart, dass das Melt- blownvlies alleine oder zusammen mit einem Träger mit einem Bindemittel verfestigt werden kann, um die Abrieb- und Scheuerbeständigkeit zu erhöhen. Dieses Verfahren wirkt sich aber wieder negativ auf die Luftdurchlässigkeit des Filtermaterials aus und stellt einen weiteren, teuren Verfahrensschritt dar.
Es besteht daher ein dringender Bedarf für ein Filtermaterial, das die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist. Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Filtermaterial insbesondere für Kraftfahrzeug-, Staubsaugerund Industriefilter bereitzustellen, das einen sehr guten Abscheidegrad nach EN 779 und ISO EN 1822 in den Filterklassen F5 bis H12 aufweist und sich sehr gut abreinigen lässt. Weiterhin soll ein aus einem derartigen Filtermaterial hergestelltes Filterelement geschaffen werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung, Ausführungsbei- spiele
Die in Durchströmungsrichtung gesehen erste Lage des erfindungsgemäßen Filtermaterials besteht aus einem Melt- blownvlies, das zumindest im Wesentlichen frei von Dendriten ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Melt- blownvlies aus elastischen Polymerfasern besteht und eine Bruchdehnung nach DIN EN ISO 1924-2 von mindestens 100 % besitzt, wobei das Polymer zur Herstellung der elastischen Polymerfasern eine Bruchdehnung bei 23 ± 2°C nach DIN 53504 von mindestens 100 % besitzt. Es hat sich gezeigt, dass ohne derartige Dendriten die Abreinigungsfähigkeit von Meltblownvliesen, die aus feinen Fasern bestehen, wesentlich verbessert wird. Dies wird darauf zurückgeführt, dass sich beim Filtrationsvorgang Staubpartikel besonders gut an den Dendriten festsetzen können und einen Staubkuchen bilden, der sich insbesondere durch Rückspülen oder durch Druckluftstoß nur unvollkommen abreinigen lässt. Ohne derartige Dendriten wird dagegen eine wesentlich glattere Oberfläche des Meltblownvlieses geschaffen, an der der Staubkuchen wesentlich schlechter festhaften kann .
Die Dendritenfreiheit wird durch eine geeignete Polymerauswahl erreicht. Geeignete Polymere sind bevorzugt thermoplastische Elastomere oder Mischungen aus thermoplastischen Elastomeren mit nicht elastischen thermoplastischen Polymeren. Besonders bevorzugt sind thermoplastische Elastomere und Mischungen aus thermoplastischen Elastomeren mit nicht elastischen thermoplastischen Polymeren, die antistatische Eigenschaften aufweisen. Die für die Herstellung des erfindungsgemäßen Filtermaterials geeigneten thermoplastischen Elastomere oder Mischungen aus thermoplastischen Elastomeren und nicht elastischen thermoplastischen Polymeren besitzen eine Bruchdehnung nach DIN 53504 von mindestens 100 %, bevorzugt von mindestens 200 % und besonders bevorzugt von mindestens 400 %. Die Messung nach DIN 53504 erfolgt bei Raumtemperatur (23 ± 2°C) an Schulterstäben des Typs Sl oder S2. Die Schulterstäbe werden vor der Messung 24 Stunden lang bei 23 ± 2°C und 50 + 2% Luftfeuchtigkeit klimatisiert. Durch die hohe Elastizität werden die mechanischen Kräfte, wie sie z.B. durch Reibung entstehen, von den Fasern aufgenommen und absorbiert. Statt zu reißen dehnen sich die Fasern und nehmen nach Beendigung der Krafteinwirkung im Wesentlichen wieder ihre ursprüngliche Form ein. Dadurch ergeben sich auch keine Veränderungen in der Porosität und in der Luftdurchlässigkeit .
In weiteren Untersuchungen wurde festgestellt, dass Fasern aus thermoplastischen Elastomeren oder Mischungen aus thermoplastischen Elastomeren und nichtelastischen thermoplastischen Polymeren, die antistatische Eigenschaften besitzen und sich daher nicht elektrostatisch aufladen lassen, einen weiteren Vorteil bieten. Sollte es trotz der hohen Elastizität trotzdem einmal zu einem Faserriss kommen, so bleiben die Faserenden im Wesentlichen auf der Vliesoberfläche liegen und stehen nicht auf Grund von elektrostatischen Abstoßungen von der Vliesoberfläche ab. Entweder ist das verwendete Polymer an sich antistatisch, wie z.B. thermoplastisches Polyurethan, oder das Polymer bekommt durch den Zusatz eines geeigneten Mittels antistatische Eigenschaften. Geeignete antistatische Mittel sind z.B. Ruß, quarternäre Ammoniumsalze.
Geeignete thermoplastische Elastomere sind z.B. thermoplastisches Polyurethan, olefinisches thermoplastisches Elastomer, Styrol-Block . Copolymer, thermoplastisches Polyester-Elastomer, thermoplastisches Polyether-Polyamid oder Mischungen daraus. Geeignete nichtelastische thermoplastische Polymere zur Mischung mit thermoplastischen Elastomeren sind z.B. Polypropylen, Polybutylentherephthalat , Polyethylentherepht- halat, Polyamid, Polycarbonat oder Mischungen daraus.
Zur Herstellung der Meltblownvliese wird der in der Fachwelt bekannte Meltblownprozess verwendet wie er z.B. in Van A. Wente, „Superfine Thermoplastic fibers", Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, S. 1342 - 1346 beschrieben
Vorzugsweise besitzt das Meltblownvlies eine Flächenmasse von 5 - 200 g/m2 , eine Luftdurchlässigkeit von 10 - 8000 l/m2s, eine Dicke von 0,05 - 2,0 mm, eine Bruchdehnung von mindestens 100 %, einen mittleren Faserdurchmesser von 0,3
- 12 μπι, einen Abreinigungsgrad nach 10040 Zyklen von mind. 80%, einen Druckverlust nach 10040 Zyklen von höchstens 600 Pa nach Abreinigung und eine Gesamtzeit für 10070 Zyklen von mind. 2000 min., bevorzugt eine Flächen- masse von 10 - 150 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 20
- 4000 l/m2s, eine Dicke von 0,08 - 1,5 mm, eine Bruchdehnung von mindestens 200 %, einen mittleren Faserdurchmesser von 0,3 - 10 μπι, einen Abreinigungsgrad nach 10040 Zyklen von mind. 85%, einen Druckverlust nach 10040 Zyklen von höchstens 400 Pa nach Abreinigung und eine Gesamtzeit für 10070 Zyklen von mind. 2100 min., und besonders bevorzugt eine Flächenmasse von 15 - 100 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 20 - 2500 l/m2s, eine Dicke von 0,1 - 1,0 mm, eine Bruchdehnung von mindestens 300 %, einen mitt- leren Faserdurchmesser von 0,3 - 8 μΐΏ, einen Abreinigungsgrad nach 10040 Zyklen von mind. 90%, einen Druckverlust nach 10040 Zyklen von höchstens 300 Pa nach Abreinigung und eine Gesamtzeit für 10070 Zyklen von mind. 2200 min. Die weitere, insbesondere zweite Lage des erfindungsgemäßen Filtermaterials ist eine Trägerlage für die erste Lage. Die Trägerlage ist im Wesentlichen nicht dehnbar und offenporiger und luftdurchlässiger als die erste Lage. Sie trägt daher nur unwesentlich zur Staubabscheidung bei. Ihre Aufgabe ist es, dem erfindungsgemäßen Filtermaterial die benötigte Reißfestigkeit und Steifigkeit zu geben. Wie hoch die Reißfestigkeit sein muss, hängt vom Einsatzzweck des Filtermaterials ab. Sie muss jedoch immer so hoch sein, dass das Filtermaterial bei den vorgegebenen Einsatzbedingungen nicht reißt und sich nicht verformt. Soll das Filtermaterial für seinen Einsatz gefaltet werden, so ist eine möglichst steife Trägerlage, wie z.B. ein mit Harz getränktes Papier, auszuwählen, damit die Falten auch während der vorgegebenen Betriebsbedingungen ihre Form behalten. Der Fachmann weiß aus der Vielzahl zur Verfügung stehender Träger den für den vorgegebenen Einsatzzweck optimalen herauszusuchen. Geeignete Trägerlagen sind z.B. imprägnierte Papiere aus Zellulosefasern, anorganischen Fasern, Kohlefasern, Kunstfasern oder Mischungen daraus, Spinnvliese, Nadelfilze, Gewebe aus Glasfasern oder synthetischen Fasern, Gitterstrukturen (gewebt, extrudiert) und jegliche Kombination der hier genannten Materialien. Die genannte Trägerlage hat vorzugsweise folgende physikalischen Eigenschaften:
Flächenmasse: 20 - 1000 g/m2
Dicke: 0, 05 - 60 mm
Berstfestigkeit nach Müllen: größer 100 kPa
Luftdurchlässigkeit: 10 - 8000 l/m2s
Bruchdehnung nach DIN EN ISO 1924-2 bei 100 mm/min Abzugsgeschwindigkeit je nach Material: zwischen 1% (nassgelegte zellulosehaltige Träger) und 40 % (synthetische Träger, ausgeführt als Nadelfilz, Spinnvlies, Gewebe)
Zur Erhöhung der Festigkeit oder der Steifigkeit kann das erfindungsgemäße Filtermaterial noch eine dritte Lage enthalten. Die dritte Lage ist ein Stützgitter, das entweder in Durchströmungsrichtung gesehen die letzte Lage bildet oder zwischen der ersten Lage (Meltblownvlies ) und der weiteren Lage (Trägerlage) angebracht ist. Geeignete Stützgitter sind z.B. Kunststoffgitter, Metallgitter, Spinnvliese, Glasfasergewebe, Glasfaservlies mit Flächenmassen zwischen 5 und 75 g/m2 und einer Mindestluftdurchlässigkeit von 100 1/m2. Alle Lagen des erfindungsgemäßen Filtermaterials werden vorzugsweise entweder mit einem Kleber oder über Schweißverbindungen oder eine Kombination daraus miteinander verbunden . Geeignete Kleber für diese Anwendung sind z.B. Polyurethankleber, Polyamidkleber und Polyesterkleber, Polyacry- latkleber, Polyvinylacetatkleber oder Styrol-Block-Poly- mer-Kleber. Besonders bevorzugt sind dabei Polyurethankleber, die mit der Luftfeuchtigkeit vernetzen. Die Kleber können als Pulver oder aufgeschmolzen mittels Rasterwalzen oder Sprühdüsen aufgebracht werden. Wird der Kleber als Pulver aufgebracht, muss der Kleber anschließend durch eine Thermobehandlung aufgeschmolzen werden. Dabei werden dann die benachbarten Lagen des erfindungsgemäßen Filtermaterials unter Druck miteinander verbunden. Wird der Kleber über Rasterwalzen oder Sprühdüsen aufgebracht, liegt er bereits vor dem Versprühen in flüssiger Form vor, entweder aufgeschmolzen oder als Lösung bzw. Dispersion. Der Auftrag über Sprühdüsen kann in Form von feinen Tröpfchen oder in Form von Fäden geschehen. Anschließend werden auch in diesem Verfahren die benachbarten Lagen des erfindungsgemäßen Filtermaterials durch Druck miteinander ver- bunden. Das Auftragsgewicht des Klebers bewegt sich typischerweise zwischen 2 - 20 g/m2 , bevorzugt zwischen 4 - 15 g/m2 und besonders bevorzugt zwischen 5 - 10 g/m2.
Die Schweißverbindung kann sowohl durch eine Ultraschall- anläge als auch durch einen Thermokalander erfolgen. Dabei werden die Polymere der zu verschweißenden Lagen bereichsweise aufgeschmolzen und miteinander verschweißt. Dabei können die Schweißverbindungen beliebige geometrische Formen haben wie z.B. Punkte, gerade Linien, gekrümmte Linien, Rauten, Dreiecke usw. Die Fläche der Schweißverbindungen beträgt vorteilhafterweise höchstens 10% der Gesamtfläche des erfindungsgemäßen Filtermaterials.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann zu allen üblichen Elementformen weiterverarbeitet werden. So können daraus z.B. Schläuche, Taschen oder Beutel gefertigt werden. Oder es kann auf allen üblichen Verarbeitungsmaschinen geprägt, gefaltet, in Querrichtung gewellt, in Längsrichtung ril- liert, usw. werden.
Wie bereits beschrieben, sind das erfindungsgemäße Filtermaterial und die daraus hergestellten Filter zur Erhöhung der Lebensdauer sehr gut abreinigbar. Geeignete Abreini- gungsverfahren sind z.B. das Abwaschen, das Rückspülen, das Abklopfen, das Abrütteln und der Druckstoßimpuls. Beschreibung der Prüfmethoden
Bruchdehnung soweit nicht anders angegeben nach DIN EN ISO 1924-2 mit 100 mm/min Abzugsgeschwindigkeit, Probenbreite 50 mm , Einspannlänge 100 mm
Flächenmasse nach DIN EN ISO 536
Dicke nach DIN EN ISO 534
Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 bei 200 Pa Druckdifferenz
Abreinigungsgrad nach VDI ISO 3926
Mittlerer Faserdurchmesser mittels Methode REM , Gerät Phenom der Fa. FEI in Kombination mit Auswertesoftware Fibermetric, Fa. FEI
Berstfestigkeit nach Müllen nach DIN 53141
Die Messung der Flächenmasse, Dicke, Luftdurchlässigkeit, Berstfestigkeit und Bruchdehnung erfolgt an Proben, die vor der Messung 24 Stunden bei 23 ± 2°C und 50 ± 2 % relativer Luftfeuchtigkeit klimatisiert wurden. Die Messung selbst erfolgt bei Raumtemperatur (23 ± 2°C) .
Beispiel 1
Die Siebseite einer Trägerlage wurde mit der Siebseite einer Oberlage, bestehend aus einem Meltblownvlies, verklebt. Das Meltblownvlies bestand aus einem thermoplastischen Polyurethan, gefertigt aus dem Rohstoff Elastollan der FA. BASF, und hatte einen mittleren Faserdurchmesser von 2,2 ym, eine Flächenmasse von 20 g/m2 , eine Luftdurch- lässigkeit von 800 l/m2s, eine Dicke von 0,2 μτ und eine Bruchdehnung von 220 %. Die Trägerlage bestand aus nass- gelegter Cellulose, imprägniert mit 20 % Epoxidharz der Fa. Huntsman mit einer Flächenmasse von 122 g/m2, einer Luftdurchlässigkeit von 210 l/m2s, und einem Berstdruck von 290 kPa. Die Trägerlage ist unter der Bezeichnung L4- 2iHP von der Firma Neenah Gessner GmbH, Brückmühl zu beziehen. Beide Lagen wurden miteinander mit einem feuchtig- keitsvernetzenden Polyurethan - Schmelzkleber vom Typ PUR 700.7 der Fa. Kleiberit verklebt. Der Auftrag erfolgte über eine Sprühdüse in Form von Filamenten mit einem Auftragsgewicht von 6,0 g/m2. Das gesamte Filtermaterial hatte eine Flächenmasse von 148 g/m2, eine Dicke von 0,58 mm und eine Luftdurchlässigkeit von 166 l/m2s. Dieses Filtermaterial wurde als Flachprobe nach VDI ISO 3926 gemessen. Die Ergebnisse sind der Tabelle 1, Beispiel 1 zu entnehmen .
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)
Die Siebseite einer Trägerlage wurde mit der Siebseite einer Oberlage, bestehend aus einem Meltblownvlies verklebt. Das Meltblownvlies bestand aus einem Polybuthylen- terephthalat , gefertigt aus dem Rohstoff Cellanex 2008 der Fa. Ticona, und hatte einen mittleren Faserdurchmesser von 2,0 μπι, eine Flächenmasse von 20 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 760 l/m2s, eine Dicke von 0,18 μιτι und eine Bruchdehnung von 25 %. Die Trägerlage bestand aus nassge- legter Cellulose, imprägniert mit 20 % Epoxidharz der Fa. Huntsman mit einer Flächenmasse von 122 g/m2, einer Luftdurchlässigkeit von 210 l/m2s, und einem Berstdruck von 290 kPa. Die Trägerlage ist unter der Bezeichnung L4-2iHP von der Firma Neenah Gessner GmbH, Brückmühl zu beziehen. Beide Lagen wurden miteinander mit einem feuchtigkeits- vernetzenden Polyurethan - Schmelzkleber vom Typ PUR 700.7 der Fa. Kleiberit verklebt. Der Auftrag erfolgte über eine Sprühdüse in Form von Fäden mit einem Auftragsgewicht von 6 g/m2. Das gesamte Filtermaterial hatte eine Flächenmasse von 148 g/m2, eine Dicke von 0,56 mm und eine Luftdurchlässigkeit von 165 l/m s. Dieses Filtermaterial wurde als Flachprobe nach VDI ISO 3926 gemessen. Die Ergebnisse sind der Tabelle 1, Beispiel 2 zu entnehmen.
Tabelle 1
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Wie aus Tabelle 1 zu entnehmen ist, ist das Filterelement aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial (Beispiel 1) in allen Messkriterien deutlich besser abreinigbar als das Filtermaterial mit einer herkömmlichen PBT-Meltblown-Lage (Beispiel 2 ) .

Claims

Patentansprüche
1. Abreinigbares Filtermaterial, umfassend eine abreinig- bare erste Lage aus einem Meltblownvlies und eine weitere
Lage, die eine Trägerlage bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Meltblownvlies aus elastischen Polymerfasern besteht und eine Bruchdehnung nach DIN EN ISO 1924-2 von mindestens 100 % besitzt, wobei das Polymer zur Herstel- lung der elastischen Polymerfasern eine Bruchdehnungnach DIN 53504 von mindestens 100% bei 23 ± 2°C besitzt.
2. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Polymerfasern aus thermoplastischen Elastomeren oder aus Mischungen aus thermoplastischen Elastomeren und nicht elastischen Polymeren bestehen.
3. Filtermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Meltblownvlies der ersten Lage aus einem thermoplastischen, elastischen Polymer besteht, ausgewählt aus der Gruppe der thermoplastischen Polyurethane, olefinischen thermoplastischen Elastomere, Styrol-Block-Copolymere, thermoplastischen Polyester-Elastomere und thermoplastischen Polyether-Polyamide.
4. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Meltblownvlies der ersten Lage antistatisch ist.
5. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Meltblownvlies eine Flächenmasse von 5 - 200 g/m2 , eine Dicke von 0,05 - 2,0 mm, eine Luftdurchlässigkeit von 10 - 8000 l/m2s und einen mittleren Faserdurchmesser von 0,3 - 12 m besitzt.
6. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage aus einem nassgelegten oder trockengelegten Vlies aus Zellulosefasern oder Synthesefasern oder anorganischen Fasern oder Kohlefasern oder einer Mischung daraus besteht.
7. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage eine Flächenmasse von 20 - 1000 g/m2, eine Dicke von 0, 05 - 60 mm, eine Luftdurchlässigkeit von 10 - 8000 l/m2/s und eine Berstfestigkeit von mindestens 100 kPa besitzt.
8. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial eine wei- tere, ein Stützgitter bildende Lage aufweist, wobei das Stützgitter zwischen dem Meltblownvlies und der Trägerlage oder in Durchströmungsrichtung gesehen hinter der Trägerlage angeordnet ist.
9. Filtermaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgitter in Durchströmungsrichtung gesehen die letzte Lage bildet.
10. Filtermaterial nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgitter ein KunstStoffgitter, ein Metallgitter, ein Spinnvlies, ein Glasfaservlies oder ein Glasfasergewebe ist.
11. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lagen miteinander durch Kleben und/oder Schweißen verbunden sind.
12. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abreinigungsgrad nach 10040 Zyklen mindestens 80% beträgt.
13. Filterelement, hergestellt mit einem Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Filterelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial als Beutel, Tasche oder Schlauch geformt ist.
15. Filterelement nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial gefaltet und/oder geprägt ist.
16. Filterelement nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial in Längsrichtung rilliert ist.
17. Filterelement nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial in Quer- richtung gewellt ist.
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