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Gebiet der
Erfindung
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Diese Erfindung betrifft poröse Filtermedien
zum Entfernen von festen Partikeln bzw. Teilchen, die in einem bewegten
Gasstrom mitgerissen werden. Genauer betrifft sie eine Filterzusammensetzung,
die eine Mehrzahl von nicht vorgebondeten Filtermateriallagen umfasst,
die in vorher ausgewählter
Nebeneinanderlage angeordnet sind und zusammengebondet sind, um
eine einheitliche Lagenstruktur zu bilden, die zum Filtern von Partikeln
aus Luft nützlich
ist.
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Hintergrund
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In der letzten Zeit wurde die Technik
zum Filtern von Partikeln aus Gasen sowohl in herkömmlichen Anwendungen,
wie verbraucherorientiertem Staubsaugen von Schmutz und Staub, als
auch in sehr anspruchsvollen industriellen Anwendungen, wie ein
Entfernen von spezifischen Teilchengrößenanteilen einer breiten Vielzahl
von Verschmutzungen, von inert bis biochemisch empfindlich, sehr
hoch entwickelt. Es ist nun sehr anerkannt, dass die verschmutzenden
Partikel in einem Gasstrom eine große Vielfalt von Größen, geometrischen
Formen, z. B. länglich
und sphärisch,
und chemischen und physischen Zusammensetzungen, z. B. geruchsfreie
und geruchsabgebende Partikel, haben können.
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Folglich hat sich die Filtrationstechnologie
entwickelt, um Filtermedien bereitzustellen, die zum optimalen Filtern
von spezifischen Anteilen der verschmutzenden Partikel angepasst
sind. Auch hat diese Technologie Techniken zum Maximieren verschiedener
Leistungscharakteristika von Filtern entwickelt, wie ein Aufrechterhalten
eines geringen Druckabfalls über
den Filter und ein Erhöhen
der Filterlebensdauer, um so die Zeitdauer zwischen dem Austauschen
von Filterelementen erweitert wird.
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Der herkömmliche Ansatz, um diese Ziele
zu erreichen, bestand darin, ein mehrschichtiges Filtermedium bereitzustellen,
das aus getrennten, individuell entworfenen Schich ten zusammengesetzt
ist, die jede für sich
für das
Erzielen in erster Linie einer und manchmal mehrerer spezifischer
Filterfunktionen vorgesehen waren. Beispielsweise wird ein sehr
offenes poröses
und dünnes
Scrim häufig
verwendet, um darunter liegende Filterschichten vor Abrasion durch
sich schnell bewegende, große
und harte Partikel zu schützen;
eine poröse und
voluminöse
Schicht wird typischerweise verwendet, um wesentliche Mengen an
hauptsächlich
großen Partikeln
einzufangen bzw. zu speichern, und eine Schicht mit geringer Porosität und aus
Filamenten mit ultrafeinem Durchmesser wird üblicherweise zum Entfernen
der kleinsten Partikel zum Erhöhen
der Filtrationseffizienz vorgesehen. Aus der großen verfügbaren Auswahl werden separate
Filterschichten ausgewählt
und in einer vorher ausgewählten
Anordnung kombiniert, dann als Gruppe angeordnet, um einen mehrschichtigen und
daher multifunktionalen Filter zu bilden. Die eine oder mehreren
benachbarten Schichten können
aneinander gebondet sein, oder die Schichten können ungebondet sein. Wahlweise
können
die einzelnen Schichten zwischen Abdeckungen, typischerweise aus
Papier, für
strukturelle Integrität
und einfache Handhabung angeordnet sein.
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Ein Nachteil des zuvor genannten
Mehrschichtsystems zum Konstruieren von multifunktionalen Filtern besteht
darin, dass ein wiederholtes Bearbeiten der Filtermedien vorhanden
ist, was übermäßig sein
kann. Das heißt,
das Filtermaterial in einer gegebenen Schicht wird zuerst verarbeitet,
um die einzelne Schicht zu bilden, dann wird es bearbeitet, um diese
Schicht in dem mehrlagigen Filter zusammenzusetzen. Jeder Schritt
führt zu
einer weiteren Verdichtung und Abdeckung bzw. Bedeckung, selbst
nur geringen, des finalen Filterprodukts. Dies neigt dazu, den Druckabfall
durch den Filter zu erhöhen
und die Staubspeicherkapazität
zu reduzieren, wodurch die Lebensdauer eingeschränkt wird. Es ist wünschenswert,
einen multifunktionalen Mehrkomponentenfilter zu haben, der mit
einem Minimum an Filtermediumverdichtung und -abdeckung hergestellt
werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend stellt die vorliegende
Erfindung nun einen mehrlagigen Filter gemäß Anspruch 1 bereit.
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Außerdem wird ein Verfahren gemäß Anspruch
17 bereitgestellt.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Inline-Prozesses zum Herstellen
eines mehrlagigen Filters gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels
der neuen Filterzusammensetzung mit einer einheitlichen Lagenstruktur
aus zwei Lagen zeigt.
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3 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt eines anderen
Ausführungsbeispiels der
neuen Filterzusammensetzung mit einer einheitlichen Lagenstruktur
aus drei Lagen zeigt.
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4 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt eines anderen
Ausführungsbeispiels der
neuen Filterzusammensetzung mit einer einheitlichen Lagenstruktur
aus vier Lagen zeigt.
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5 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt eines anderen
Ausführungsbeispiels der
neuen Filterzusammensetzung mit einer einheitlichen Lagenstruktur
aus fünf
Lagen zeigt.
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6 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt eines anderen
Ausführungsbeispiels der
neuen zweilagigen Filterzusammensetzung aus 2 in Kombination mit einer daran anliegenden
Filterschicht zeigt.
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7 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt eines anderen
Ausführungsbeispiels der
neuen dreilagigen Filterzusammensetzung von 3 in Kombination mit einer daran anliegenden
Filterschicht zeigt.
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8 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt eines anderen
Ausführungsbeispiels der
neuen vierlagigen Filterzusammensetzung von 4 in Kombination mit einer daran anliegenden
Filterschicht zeigt.
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9 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt eines anderen
Ausführungsbeispiels der
neuen fünflagigen
Filterzusammensetzung von 5 in
Kombination mit einer daran anliegenden Filterschicht zeigt.
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10 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung, die die zweilagige Filterzusammensetzung
von 6, gebondet an eine
anliegende Filterschicht mit einem Klebemittel oder einer mittels
Ultraschall gebondeten Schicht, zeigt.
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11 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung, die die dreilagige Filterzusammensetzung
von 7, gebondet an eine
anliegende Filterschicht mit einem Klebemittel oder einer mittels
Ultraschall gebondeten Schicht, zeigt.
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12 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung, die die vierlagige Filterzusammensetzung
von 8, gebondet an eine
anliegende Filterschicht mit einem Klebemittel oder einer mittels
Ultraschall gebondeten Schicht, zeigt.
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13 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung, die die fünflagige
Filterzusammensetzung von 9,
gebondet an eine anliegende Filterschicht mit einem Klebemittel
oder einer mittels Ultraschall gebondeten Schicht, zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung
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Die Erfindung stellt im Wesentlichen
eine neue Filterzusammensetzung aus einer Mehrzahl von gestapelten
Lagen aus Filtrationsmaterial bereit, die zusammengebondet sind,
um eine einheitliche Lagenstruktur zu bilden. Die Zusammensetzung
von Filtrationsmaterial in jeder gegebenen Lage ist vorausgewählt, um
eine gewünschte
Filterfunktion durchzuführen.
Beispielsweise können
feine (d. h. mit kleinem Durchmesser) und dichtgepackte Fasern ausgewählt werden,
um sehr kleine Staubpartikel, wie solche von etwa 5 Mikrometern oder
kleiner, einzufangen bzw. zu halten. Elektrostatisch geladenen Fasern
können
auch verwendet werden, um den Durchgang dieser und selbst kleinerer
Partikel zu stoppen. In gleicher Weise können voluminöse ("bulky"), hochporöse Medien,
die entwickelt wurden, um eine große Staubspeicherkapazität zu haben,
verwendet werden, um Schmutzpartikel mittlerer und großer Größe zu halten
bzw. fassen.
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Die neue Filterzusammensetzung hat
die auszeichnende Charakteristik, dass wenigstens eine und vorzugsweise
alle der Lagen vor dem und während
des Stapelns nicht vorgebondet sind. Der Begriff "vorgebondet" bedeutet hier, dass
eine Filtermediumzusammensetzung, wie thermisch bondbare Schmelzfasern oder
mit Klebemitteln bindbare Fasern, in einer solchen Weise behandelt
wird, dass der Verbindemechanismus aktiviert wird, um auf diese
Weise ein separates, freistehendes, zusammenhängendes und typischerweise selbsttragendes
Vlies dieser Filterzusammensetzung zu bilden. Ein solches vorgebondetes
Vlies kann mechanisch durch Prozesse, wie Aufwickeln auf eine Rolle,
Abwickeln von einer Rolle, Schneiden und Ähnliches mechanisch verarbeitet
werden. Damit wird unter einem Aspekt dieser Erfindung das Bonden
der wenigstens einen und vorzugsweise aller der Lagen, um die einheitliche
Struktur zu bilden, erst begonnen, nachdem das Stapeln aller Lagen
einer bestimmten gewünschten
mehrlagigen Filterstruktur vollendet wurde. Die resultierende Struktur
ist ein einzelner Körper,
der aus verschiedenen Arten von Filtrationsmaterial zusammengesetzt ist,
die als unterschiedliche Lagen erscheinen, wenn man durch die Filterzusammensetzung
im Querschnitt blickt, wie unten in der Beschreibung und den Zeichnungen
weiter erklärt
wird.
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Wie erwähnt wird die einheitliche Struktur
gebildet, indem ein Stapel von Lagen aus ausgewählten Filtrationsmaterialien
gebildet wird. Da die Lagen nicht vorgebondet sind, werden die Komponenten
jeder Lage, d. h. Fasern, Körnchen
bzw. Granulat etc., im Allgemeinen lose durch mechanische oder Air-Laying-Verfahren auf
die darunter liegende Schicht abgelegt. Innerhalb einer Lage ist
die Zusammensetzung an Filtermaterial größtenteils gleichmäßig, und
es gibt eine "verschwommene" ("fuzzy") Grenzfläche zwischen
den Lagen, wie die Grenzfläche 36A in 2 und in gleicher Weise
als gestrichelte Linie in 3–13 dargestellt. Da es erwünscht ist,
eine einheitliche Struktur bereitzustellen, ist es ein Merkmal dieser
Erfindung, dass aneinanderliegende Lagen in einem Stapel unterschiedliche
Zusammensetzungen aufweisen. Trotzdem kann eine Zusammensetzung
einer Lage in dem Stapel wiederholt werden, wobei wenigstens eine
Lage einer anderen Zusammensetzung zwischen den Lagen der gleichen
Zusammensetzung sein muss.
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Diese Struktur unterscheidet sich
von der herkömmlicher
mehrlagiger Filtrationsmedien, die durch Schichten einer Mehrzahl
von individuellen Filtermediumschichten, die jeweils vorgebondet
wurden, um ein selbsttragendes Vlies vor dem Bilden der mehrlagigen Schichtstruktur
zu bilden, gebildet sind. Der Begriff "Lage" bedeutet
hier ein Band, das aus nicht vorgebondetem Filtermaterial als eine
Lage einer einheitlichen Lagenstruktur gebildet ist. Im Gegensatz
dazu bedeutet eine "Schicht" ein separates, vorgebondetes,
selbsttragendes Vlies aus Filtermaterial.
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Die einheitliche Lagenstruktur der
neuen Filterzusammensetzung stellt eine Zahl signifikanter Vorteile gegenüber herkömmlichen
Filtermedien bereit. In einem Aspekt kann die einheitliche Lagenstnaktur
voluminöser
gemacht werden; um eine größere Staubspeicherkapazität als eine
Schichtstruktur aus einzelnen vorgebondeten Schichten mit Zusammensetzungen,
die jeweils den Lagen der einheitlichen Struktur entsprechen, bereitzustellen.
Dies liegt daran, dass jeder Teil des herkömmlichen Filtermediums wenigstens
zweimal komprimiert wird: einmal, wenn die einzelne Schicht durch
Bonden gebildet wird und zweites Mal, wenn die einzelnen Schichten
geschichtet werden, um den Filter zu bilden.
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In einem weiteren Aspekt kann die
neue Struktur weniger Klebemittel als herkömmliche Filter aufweisen. Dies
kommt von der Fähigkeit,
aufeinanderfolgende Lagen auf den Stapel trockenzulegen ("dry lay") ohne Klebemittel
bei den Grenzflächen
zu verwenden. Auch wenn Klebemittel, wie Latexklebemittel bzw. -klebstoffe, typischerweise
sparsam angewendet werden, trägt
jede zusätzliche
Anwendung, selbst wenn noch so wenig, zu der Bedeckung bei. Je mehr
Klebemittel verwendet wird, desto höher ist folglich im Allgemeinen
der Druckabfall über
den Filter und desto schneller kann erwartet werden, dass ein Filter
mit Staub und Schmutzpartikeln verstopft wird.
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In einem weiteren Aspekt umfasst
die neue Struktur vorzugsweise eine oder mehrere Lagen, die jeweils
sehr locker sind. Das heißt,
sie haben eine so hohe Porosität
oder haben eine so geringe Menge an festem Filtermaterial, dass
die Lage nicht selbsttragend ist. Mit anderen Worten fehlt der Zusammensetzung
der Lage ausreichend eigene strukturelle Integrität, um ein
separates, freistehendes Vlies zu bilden, das in einer herkömmlichen
mehrschichtigen Schichtstruktur verwendet werden könnte. Daher
stellt die neue Filterzusammensetzung die Fähigkeit bereit, eine oder mehrere
einzeln lockere, aber hochfünktionale
Lagen in einer einheitlichen Zusammensetzung zu umfassen. Aufgrund
dieser einheitlichen Struktur hat die Zusammensetzung eine geeignete
Festigkeit, Steifheit und weitere Eigenschaften, um als Filter nützlich zu
sein. Beispielsweise kann eine sehr hochporöse und daher einzeln lockere
Lage in einem Stapel der neuen Filterzusammensetzung umfasst sein,
um eine hohe Staubspeicherkapazität bereitzustellen, selbst wenn
eine eigenständige
Schicht der gleichen Zusammensetzung für eine Verwendung in einer
herkömmlichen
Schichtstruktur nicht hergestellt werden könnte. In gleicher Weise kann
eine sehr dünne,
strukturell schwache Lage aus ultrafeinen Fasern in einem Stapel
umfasst sein, um eine hochwertige Feinstaubfiltration zu erzeugen,
obwohl die gleiche Zusammensetzung zu schwach sein könnte, um
selbst eine Schicht zu bilden.
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Die Lockerheit einer Lage kann wie
folgt geprüft
werden. Wenn die Substanz der Lage nicht auf einen Träger abgelegt,
dann auf eine Rolle gewickelt und von der Rolle abgewickelt werden
kann, wird die Substanz als locker in der Bedeutung dieser Erfindung
bezeichnet.
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Die Filterzusammensetzungen dieser
Erfindung können
in Staubsaugerbeuteln und allgemeiner in Vakuumfiltern verwendet
werden. Unter "Vakuumfilter" ist eine Filterstruktur
gemeint, die zum Betrieb vorgesehen ist, indem ein Gas, vorzugsweise
Luft, das üblicherweise
trockene, feste Partikel mit sich reißt, durch die Struktur geführt wird.
In dieser Anmeldung wurde die Konvention angenommen, die Seitenlagen
und Schichten der Struktur bezüglich
der Richtung des Luftstroms zu zeichnen. Das heißt beispielsweise, die Filtereinlassseite
ist "stromaufwärts" und die Filterauslassseite
bzw. Filterentladeseite ist "stromabwärts". Manchmal werden
hier die Begriffe "vor" und "hinter" verwendet, um die
relativen Positionen von Strukturelementen als stromaufwärts bzw.
stromabwärts
zu bezeichnen. Natürlich
wird es einen Druckgradienten über
den Filter während
der Filtration geben, der manchmal als "Druckabfall" bezeichnet wird. Staubsauger verwenden üblicherweise
beutelförmige
Filter. Normalerweise ist die Stromaufwärtsseite eines Staubsaugerbeutelfilters
die Innenseite, und die Stromabwärtsseite
ist außen.
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Zusätzlich zu Staubsaugerbeuteln
kann die neue Filterzusammensetzung in Anwendungen wie Heizungsventilations-
und Klimatisier-(HVAC)-Systemen, Fahrzeugkabinenluftfilter, Hocheffizienz-
(sogenannte „HEPA") und Reinraumfilter,
Emissionskontrollbeutelhausfilter, Atemfilter, Operationsgesichtsmasken
und Ähnliches
verwendet werden. Optional kann die Filterzusammensetzung in solchen
Anwendungen mit einem zusätzlichen
Kohlefilter oder Teilchen enthaltenden Schicht in Reihe mit der
neuen Filterzusammen setzung verwendet werden, z. B. um Gerüche oder
toxische Verunreinigungen zu absorbieren. Weiterhin können gewisse
Anwendungen, wie HEPA- und Reinraumfilter zusätzliche Schichten in Reihe
mit der neuen Zusammensetzung verwenden, wie eine Polytetrafluorethylen-(PTFE)-Membran
mit geringer Porosität,
angeordnet an einer Randoberfläche
einer geeigneten einheitlichen Lagenstruktur als zusammengesetzter
Filter.
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In diesem Text werden die Notationen "x" und "^" verwendet,
um Multiplikation bzw. Exponentialoperation zu bezeichnen.
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Der DIN 44956-2-Test wird verwendet,
um die Zunahme an Druckabfall von fünf unterschiedlichen Beispielen
an Staubsaugerbeutelkonstruktionen nach einer Staubladung mit feinem
Staub mit den folgenden Graden zu bestimmen: 0, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0
und 2,5 Gramm.
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Luftdurchlässigkeit nach Feinstaubbeladungstest:
Der Staubbeladungsteil von DIN 44956-2 wird mit 0,5 Gramm Zuwächsen von
0 bis 2,5 g/(m^2 × s)
für sieben
Beutel jeder Probe durchgeführt.
Die Druckabfallwerte wurden jedoch nicht nochmals aufgezeichnet.
Die maximalen andauernden Luftdurchlässigkeitswerte wurden dann
bei den Beuteln bestimmt, welche die bestimmten Staubbeladungsgrade
aufweisen.
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Filtermaterialzusammensetzungen,
auf die in dieser Patentanmeldung Bezug genommen wird, werden im
Folgenden ausführlicher
beschrieben: Standardstaubsaugerfilterpapier Dieses Material, das
manchmal als "Standardpapier" bezeichnet wird,
wurde herkömmlicherweise
als eine einzelne Schicht verwendet, bei der es Staubfiltration
und -einschließung
sowie die Festigkeit und den Abrasionswiderstand bereitstellt, wie
es für einen
Staubsaugerbeutel erforderlich ist. Dieses Material ist auch fest
genug, um eine einfache Herstellung auf einer Standardbeutelherstellungsvorrichtung
zu ermöglichen.
Dieses Papier setzt sich überwiegend
aus ungebleichtem Wood-Pulp mit 6–7% einer synthetischen Faser,
wie Poly[ethylenterephthalat] (PET)-artiger Polyester, zusammen,
und wird durch das Nasslegevertahren hergestellt. Das Standardpapier
hat typischerweise ein Flächengewicht
von 30–80
g/m^2 und häufig
etwa 50 g/m^2. Die PET-Fasern haben typischerweise eine Feinheit
von 1,7 dtex und Längen
von 6–10
mm. Dieses Papier hat eine Luftdurchlässigkeit in dem Bereich von etwa
200–500
l/(m^2 × s)
und eine mittlere Porengröße von etwa
30 mm. Die Leistung, bestimmt nach dem DIN 44956-2-Test, beträgt jedoch
nur etwa 86%. Ein weiteres Charakteristikum ist, dass die Poren
schnell mit Staub verstopfen und die Staubspeicherkapazität weiter
durch die sehr dünne
Papierdicke von nur etwa 0,20 mm beschränkt ist.
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Spunbond-Nonwoven
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Ein Nonwoven aus Spunbondpolymertasern
kann als zweite Filtrationslage in der Struktur eingesetzt werden.
Die Fasern können
aus einem beliebigen spunbondfähigen
Polymer sein, wie Polyamide, Polyester oder Polyolefine. Das Flächengewicht
des Spunbond-Nonwoven sollte etwa 10–100 g/m^2 und vorzugsweise etwa
30–40
g/m^2 sein. Das Spunbond-Nonwoven sollte eine Luftdurchlässigkeit
von etwa 500–10.000
l/(m^2 x s) und vorzugsweise etwa 2.000–6.000 l/(m^2 × s), gemessen
nach DIN 53887, betragen. Das Spunbond kann auch elektrostatisch
geladen sein.
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Scrim oder
Trägervlies
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Scrim bezeichnet allgemein ein sehr
offenes, poröses
Papier oder Nonwoven mit leichtem Flächengewicht. Das Flächengewicht
des Scrim beträgt
typischerweise etwa 10–30
g/m^2 und häufig
etwa 13–17
g/m^2. Das Scrim, manchmal als Stützvlies bezeichnet, hat üblicherweise
eine Luftdurchlässigkeit
von etwa 500–10.000
l/(m^2 x s). Es wird in erster Linie dazu verwendet, andere Lagen
oder Schichten vor Abrasion zu schützen. Das Scrim kann auch die
größten Partikel
filtern. Das Scrim, wie auch jede andere Lage der Filterzusammensetzung,
kann elektrostatisch geladen sein, unter der Voraussetzung, dass
das Material geeignete dielektrische Eigenschaften aufweist.
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Nassgelegtes
Papier mit hoher Staubkapazität
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Nassgelegtes Papier mit hoher Staubkapazität, hier
häufig
als "nassgelegtes
Kapazitätspapier" bezeichnet, ist
voluminöser
("bulkier"), dicker und durchlässiger als
Standardstaubsaugerbeutelfilterpapier. Es führt mehrere Funktionen durch.
Diese umfassen einen Widerstand gegenüber Stoßbelastung, Filtern von großen Schmutzpartikeln,
Filtern eines signifikanten Anteils von kleinen Staubpartikeln,
Speichern bzw. Zurückhalten
von großen
Mengen an Partikeln, wobei der Luft ein einfaches Durchströmen erlaubt
wird, dadurch ein Bereitstellen eines geringen Druckabfalls bei
hoher Partikelbeladung, was die Lebensdauer des Staubsaugerbeutels
erhöht.
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Das nassgelegte Kapazitätspapier
umfasst üblicherweise
eine Fasermischung aus Wood-Pulp-Fasern und synthetischen Fasern.
Es umfasst typischerweise bis zu etwa 70% Wood-Pulp und entsprechend
mehr synthetische Fasern, wie PET, als das zuvor beschriebene Standardpapier.
Es hat eine größere Dicke
als das Standardpapier von etwa 0,32 mm bei einem typischen Flächengewicht
von 50 g/m^2. Die Porengröße ist sehr viel
größer, die
mittlere Porengröße kann
größer als
160 mm sein. Damit kann das Papier sehr viel mehr Staub in seinen
Poren halten, bevor es verstopft. Das Flächengewicht des nassgelegten
Kapazitätspapiers
beträgt typischerweise
etwa 30–150
g/m^2 und vorzugsweise etwa 50–80
g/m^2.
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Das nassgelegte Kapazitätspapier
hat eine Feinstaubpartikelfiltrationsleistung von etwa 66–67%, bestimmt
nach DIN 44956-2. Es ist wesentlich, dass das nassgelegte Kapazitätspapier
eine Luftdurchlässigkeit aufweist,
die höher
als die des Standardfilterpapiers ist. Die untere Grenze der Durchlässigkeit
sollte damit vorzugsweise wenigstens etwa 500 l/(m^2 × s), weiter
bevorzugt wenigstens 1000 l/(m^2 × s) und am meisten bevorzugt
wenigstens etwa 2000 l/(m^2 × s)
betragen. Die obere Grenze der Durchlässigkeit ist so definiert, dass
sichergestellt wird, dass das Papier einen Hauptteil der Staubpartikel
größer als
etwa 10 mm filtert und zurückhält. Entsprechend
kann das stromabwärts
angeordnete sekundäre
bzw. zweite Hochleistungsfiltermedium feine Partikel sehr viel länger ausfiltern
und aufnehmen, bevor sich eine wesentliche Druckabfallszunahme über bzw.
durch den Filter zeigt. Dementsprechend sollte die Luftdurchlässigkeit
des nassgelegten Kapazitätspapiers
vorzugsweise höchstens
8000 l/(m^2 × s),
weiter bevorzugt höchsten
etwa 5000 l/(m^2 × s)
und am meisten bevorzugt höchstens
4000 l/(m^2 × s)
betragen. Daraus erkennt man, dass das nassgelegte Kapazitätspapier
außergewöhnlich gut
als Mehrzweckfiltrationslage entworten ist, um stromaufwärts der
sekundären
Hocheffizienzfiltrationslage angeordnet zu werden.
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Trockengelegtes
Papier mit hoher Staubkapazität
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Trockengelegtes Papier mit hoher
Staubkapazität,
hier manchmal als "trockengelegtes
Kapazitätspapier" bezeichnet, wurde
nicht als Filter in Staubsaugerbeuteln verwendet. Trockengelegtes
Papier wird nicht aus einer Wassersuspension bzw. einem Wasserbrei
gebildet, sondern wird mittels einer Air-Laying-Technik und vorzugsweise
mittels eines Fluff-Pulpverfahrens hergestellt. Wasserstoffbinden,
was eine große
Rolle bei gegenseitiger Anziehung molekularer Ketten spielt, ist
bei fehlendem Wasser nicht wirksam. Damit ist bei gleichem Flächengewicht
trockengelegtes Kapazitätspapier üblicherweise
wesentlich dicker als Standardpapier und als nassgelegtes Kapazitätspapier.
Bei dem typischen Gewicht von 70 g/m^2 beträgt die Dicke z. B. 0,90 mm.
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Die trockengelegten Kapazitätspapiergebilde
können
in erster Linie durch zwei Verfahren gebondet werden. Das erste
Verfahren ist Latexbonden, bei dem das Latexbindemittel aus wasserbasierten
Dispersionen appliziert wird. Imprägniertechniken, wie Versprühen oder
Eintauchen und Quetschen (Volarwalzenanwendung, "padder roll application"), in beiden Fällen gefolgt
von einem Trocken- und Wärmehärteverfahren, können verwendet
werden. Das Latexbindemittel kann auch in diskreten Mustern, wie
Punkten, Rauten, Gitterschnitte oder Wellenlinien mittels Gravunollen,
gefolgt von einem Trocknen und Härten
aufgebracht werden.
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Das zweite Verfahren ist das thermische
Bonden, z. B. durch Verwenden von Bindefasern. Bindefasern, hier
manchmal als " thermisch
bondbare Schmelzfasern" bezeichnet,
sind in dem "Nonwoven
Fabric Handbook" (Ausgabe
1992) definiert als "Fasern
mit geringerem Erweichungspunkt als andere Fasern in dem Vlies.
Unter Applizierung von Wärme
und Druck wirken sie als Bindemittel." Diese thermisch bondbaren Schmelzfasern
schmelzen im Allgemeinen an Orten vollständig, an denen ausreichend
Wärme und
Druck für das
Vlies appliziert werden, wodurch die Matrixfasern an ihren Überkreuzungspunkten
aneinander haften. Beispiele umfassen Co-Polyesterpolymere, die
bei Erwärmung
einem großen
Bereich fibröser
Materialien anhaften.
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In einem bevorzugten Ausfünrungsbeispiel
kann thermisches Bonden durch ein Hinzufügen von wenigstens 20%, vorzugsweise
bis zu 50% einer Bikomponenten-("B/C")-Polymerfaser zu dem trockengelegten Vlies
erzielt werden. Beispiele von B/C-Fasern umfassen Fasern mit einem
Kern aus Polypropylen ("PP") und einem Mantel
eines wärmeempfindlicheren
Polyethylens ("PE"). Der Begriff "wärmeempfindlich" bedeutet, dass die
thermoplastischen Fasern bei einer Temperatur von 3–5°C unter dem
Schmelzpunkt weich und klebrig oder wärmeschmelzbar werden. Das Mantelpolymer
sollte vorzugsweise einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 90–160°C und das
Kernpolymer sollte einen höheren
Schmelzpunkt aufweisen, vorzugsweise um wenigstens etwa 5°C höher als
der des Mantelpolymers. Beispielsweise schmilzt PE bei 121°C und PP schmilzt
bei 161–163°C. Dies hilft
beim Bonden des trockengelegten Vlieses, wenn es zwischen dem Walzenspalt
eines thermischen Kalanders oder in einem Durchströmofen ("through-air oven") geführt wird,
indem thermisch gebondete Fasern mit geringerer Wärme und
geringerem Druck erhalten werden, um eine weniger kompakte, offenere
und atmungsfähigere
Struktur herzustellen. In einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
der Kern von dem Kern/Mantel der B/C-Faser exzentrisch in Bezug
auf den Mantel angeordnet. Je näher der
Kern an einer Seite der Faser angeordnet ist, desto eher wird sich
die B/C-Faser während
des thermischen Bondschritts kräuseln
und dabei das Volumen des trockengelegten Kapazitätspapiers
erhöhen.
Dies wird natürlich
seine Staubspeicherkapazität
vergrößern. Daher
sind in einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel der Kern und
der Mantel Seite an Seite bzw. längsseits
in der B/C-Faser
angeordnet und das Bonden wird mittels eines Durchströmofens erzielt.
Ein thermischer Kalander, der das Vlies stärker komprimieren würde, als beim
Durchströmbonden,
ist in diesem Fall weniger bevorzugt. Andere Polymerkombinationen,
die in Kern/Mantel- oder Seite-an-Seite-B/C-Fasern verwendet werden,
umfassen PP mit niedrigschmelzenden Co-Polyesterpolymeren und Polyester
mit Nylon 6. Die trockengelegte Hochkapazitätslage kann auch im Wesentlichen
vollständig
aus Bikomponentenfasern gebildet sein. Andere Variationen von Bikomponentenfasern können zusätzlich zu "Mantel/Kern" verwendet werden,
wie Seite-an-Seite"-, "Islands in the sea"- und "Orange"-Ausführungsbeispiele,
offenbart in "Nonwoven
Textiles", Jirsak,
O., und Wadsworth, L. C., Carolina Academic Press, Durham, North
Carolina, 1999, S. 26–29,
dessen gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Allgemein liegt die mittlere Porengröße von trockengelegtem
Kapazitätspapier
zwischen der Porengröße von Standardpapier
und nassgelegtem Kapazitätspapier.
Die Filtrationsleistung, wie sie durch den DIN 44956-2-Test bestimmt
wird, beträgt
etwa 80%. Trockengelegtes Kapazitätspapier sollte etwa das gleiche
Flächengewicht
und die gleiche Durchlässigkeit
wie das oben beschriebene nassgelegte Kapazitätspapier aufweisen, d. h.,
in einem Bereich von etwa 500–8000
l/(m^2 × s),
vorzugsweise etwa 1000–5000
l/(m^2 × s)
und am meisten bevorzugt etwa 2000–4000 l/(m^2 × s). Es
weist eine exzellente Staubspeicherkapazität auf und hat den Vorteil,
dass es bezüglich
Gewicht und Dicke sehr viel gleichmäßiger als die nassgelegten
Papiere ist.
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Verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele
von trockengelegtem Kapazitätspapier
werden in Betracht gezogen. Eines ist eine latexgebondete Fluff-Pulp-Faserzusammensetzung.
Das heißt,
die Fasern, die dieses Papier umfassen, bestehen im Wesentlichen
aus Fluff-Pulp. Der Begriff "Fluff-Pulp" bedeutet eine Nonwovenkomponente
des Filters dieser Erfindung, die durch mechanisches Zerkleinern
von Pulprollen, d. h. fibröses
Material aus Holz oder Baumwolle, dann aerodynamisches Transportieren
des Pulp zu Vliesbildekomponenten von Maschinen für Air-Laying
oder Trockenbilden ("dry
forming"). Eine
Wiley-Mühle
kann verwendet werden, um den Pulp zu zerkleinern. So genannte Dan-Web-
oder M- und J-Maschinen sind zum Trockenbildes nützlich. Eine Fluff-Pulp-Komponente und
die trockengelegten Lagen aus Fluff-Pulp sind isotrop und sind damit
charakterisiert durch ungeordnete Faserorientierungen in den Richtungen
aller drei orthogonalen Dimensionen. Das heißt, sie weisen einen großen Anteil
von Fasern auf, die weg von der Ebene des Nonwoven und insbesondere
senkrecht zu der Ebene orientiert sind, verglichen mit dreidimensionalen
anisotropen Nonwoven. Fasern aus Fluff-Pulp, die in dieser Erfindung
verwendet werden, sind vorzugsweise etwa 0,5–5 mm lang. Die Fasern werden
durch ein Latexbindemittel zusammengehalten. Das Bindemittel kann
entweder als Pulver oder Emulsion appliziert werden. Das Bindemittel
ist in dem trockengelegten Kapazitätspapier üblicherweise in dem Bereich
von etwa 10–30
Gew.% und vorzugsweise von etwa 20–30 Gew.-% Bindemittelfeststoffen,
basierend auf dem Gewicht der Fasern, vorhanden.
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In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das trockengelegte Kapazitätspapier eine thermisch gebondete
Mischung aus Fluff-Pulp-Fasern und wenigstens Splitfilmfasern oder
Bikomponentenpolymertasem. Die Mischung aus Fluff-Pulp-Fasern umfasst
noch bevorzugterweise Fluff-Pulp-Fasern und Bikomponentenpolymertasem.
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Splitfilmfasern
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Splitfilmfasern sind im Wesentlichen
flache, rechteckige Fasern, die bevor oder nachdem sie in die zusammengesetzte
Struktur der Erfindung aufgenommen worden sind, elektrostatisch
geladen werden. Die Dicke der Splitfilmfasern kann zwischen 2–100 Mikrometern
liegen, die Breite kann zwischen 5 und 500 Mikrometern liegen und
die Länge
kann zwischen 0,5 und 15 mm liegen. Die bevorzugten Dimensionen
der Splitfilmfasern sind jedoch eine Dicke von etwa 5 bis 20 Mikrometern,
eine Breite von etwa 15 bis 60 Mikrometern und eine Länge von
etwa 0,5 bis 8 mm.
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Die Splitfilmfasern der Erfindung
sind vorzugsweise aus einem Polyolefin, wie Polypropylen. Es kann jedoch
ein beliebiges Polymer, das zur Herstellung von Fasern geeignet
ist, für
die Splitfilmfasern der zusammengesetzten Struktur der Erfindung
verwendet werden. Beispiele geeigneter Polymere umfassen, sind jedoch
nicht beschränkt
auf Polyolefine, wie Homopolymere und Copolymere von Polyethylen,
Polyterephthalaten, wie Poly(ehtylenterephthalat) (PET), Poly(butylentherephthalat)
(PBT), Poly(cyclohexyl-dimethylenterephthalat) (PCT), Polykarbonat
und Polychlortrifluorethylen (PCTFE). Andere geeignete Polymere
umfassen Nylon, Polyamide, Polystyrene, Poly-4-methylpenten-1, Polymethylmethacrylate,
Polyurethane, Silikone, Polyphenylensulfide. Die Splitfilmfasern
können
auch eine Mischung aus Homopolymeren oder Copolymeren umfassen.
In der vorliegenden Anmeldung wird die Erfindung beispielhaft mit
Splitfilmfasern aus Polypropylen erläutert.
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Die Verwendung von PP-Polymeren mit
verschiedenen Molekulargewichten und Morphologien in geschichteten
Filmstrukturen wurde nachgewiesen, um Filme mit einer geeigneten
Ausgewogenheit mechanischer Eigenschaften und Sprödigkeit
herzustellen, die zur Herstellung von Splitfilmfasern benötigt wird.
Diese PP-Splitfilmfasern können
anschließend
auch mit der geeigneten Stärke
an Crimp bzw. Kräuselung
versehen werden. Alle Dimensionen der Splitfilmfasern können natürlich während der
Herstellung der Fasern verändert werden.
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Ein Verfahren zur Herstellung der
Splitfasern ist in dem US-Patent Nr. 4,178,157 offenbart. Polypropylen
wird geschmolzen und in einem Film extrudiert, der dann in einen
großen
Schlauch (Ballon) geblasen wird, in den Umgebungsluft eingebracht
wird oder der ein Eindringen ermöglicht,
gemäß herkömmlicher
Blase-Streck-Technik. Ein Aufladen des Ballons mit Luft dient dazu,
den Film abzuschrecken und die molekulare Struktur der PP-Molekularketten
biaxial zu orientieren, was in einer erhöhten Festigkeit resultiert.
Der Ballon stürzt
dann zusammen, und der Film wird zwischen zwei oder mehr Paaren
von Rollen gestreckt, in denen der Film in der Walzenspalte von
zwei sich berührenden
Rollen gehalten wird, wobei verschiedene Drücke zwischen den beiden sich
berührenden
Rollen appliziert werden. Dies ergibt ein zusätzliches Strecken in der Maschinenrichtung,
was dadurch erreicht wird, dass die zweite Gruppe von Rollen mit
einer höheren
Oberflächengeschwindigkeit
betrieben wird als die erste Gruppe. Das Resultat ist eine noch
größere molekulare
Orientierung des Films in der Maschinenrichtung, die anschließend die
lange Dimension der Splitfilmfasern wird.
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Der Film kann bevor oder nachdem
er abgekühlt
wurde, elektrostatisch aufgeladen werden. Obwohl verschiedene elektrostatische
Aufladetechniken verwendet werden können, um den Film aufzuladen,
haben sich zwei Verfahren als am geeignetsten herausgestellt. Das
erste Verfahren umfasst ein Durchführen des Films etwa in der
Mitte eines Zwischenraums von etwa 1,5 bis 3 Inch zwischen zwei
Gleichstrom-Korona-Elektroden. Koronastäbe mit Emitterpins aus metallischem
Draht können
verwendet werden, bei denen eine Koronaelektrode ein positives Gleichstromspannungspotential
von etwa 20 bis 30 kV und die gegenüberliegende Elektrode eine
negative Gleichstromspannung von etwa 20 bis 30 kV aufweist.
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Das zweite bevorzugte Verfahren verwendet
die elektrostatische Ladetechniken, die in dem US-Patent Nr. 5,401,456
(Wadsworth und Tsai, 1995) beschrieben wurden, die als Tantret-Technik
I und -Technik II bezeichnet werden, die hier weiter beschrieben
werden. Es hat sich gezeigt, dass die Technik II, bei der der Film an
isolierten Rollen hängt,
wenn der Film um den inneren Umfang von zwei negativ geladenen Metallschalen mit
einem positiven Koronadraht jeder Schale geführt wird, die größten Spannungspotentiale
auf die Filme überträgt. Allgemein
können
mit der Technik II positive 1000 bis 3000 Volt oder mehr auf eine
Seite der Filme übertragen
werden und mit ähnlichen
Größenordnungen
mit negativen Vorzeichen auf die andere Seite des geladenen Films.
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Die Technik 1, bei der Filme eine
Metallrolle mit einer Gleichstromspannung von 1 bis –10 kV berühren und
ein Draht mit einer Gleichstromspannung von +20 bis + 40 kV etwa 1
bis 2 Inch oberhalb der unter negativer Vorspannung stehenden Rolle
angeordnet wird, wobei jede Seite des Films nacheinander dieser
Rollen-Draht-Ladekonfiguration ausgesetzt wird, resultiert in geringerem
Spannungspotential, wie auf den Obertlächen der Filme gemessen wurde.
Der Technik 1 werden typischerweise Spannungen von 300 bis 1500
Volt auf der Filmoberfläche
mit allgemein gleichen, aber entgegengesetzten Polaritäten auf
jeder Seite erzielt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die höheren Oberflächenpotentiale,
die mit der Technik II erreicht werden, nicht zu einer besseren
messbaren Filtrationsleistung der Vliese aus den Splitfilmfasern
führen.
Daher und da es einfacher ist, den Film einzuführen und durch die Technik-I-Vorrichtung
zu führen,
wird dieses Verfahren vorwiegend genutzt, um die Filme vor dem Splitprozess
aufzuladen.
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Die abgekühlten und gestreckten Filme
können
heiß oder
kalt elektrostatisch aufgeladen werden. Der Film wird dann gleichzeitig
gestreckt und in schmale Breiten gespalten, typischerweise bis zu
etwa 50 Mikrometern. Die gespaltenen, flachen Filamente werden dann
mit einem Tau aufgenommen, das in einer kontrollierten Anzahl von
Kräuselungen
pro Zentimeter gekräuselt
wird und dann in die gewünschte
Stapellänge
geschnitten wird.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das trockengelegte Papier mit hoher Staubkapazität eine Mischung
Fluff-Pulp-Fasern, Bikomponentenpolymerfasern und elektrostatisch
geladenen Splitfilmfasern. Vorzugsweise sind die Fluff-Pulp-Fasern in etwa 5–85 Gew.%,
weiter bevorzugt etwa 10–70
Gew.-% und am meisten bevorzugt in etwa 40 Gew.% vorhanden, die
Bikomponentenfasern in etwa 10–60
Gew.-%, weiter bevorzugt
in etwa 10–30
Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 40 Gew.-%. Diese trockengelegte
Papier mit hoher Staubkapazität
kann thermisch gebondet sein, vorzugsweise bei hohen Temperaturen
von 90–160°C, weiter
bevorzugt bei einer Temperatur, die geringer als 110°C ist und
am meisten bevorzugt bei etwa 90°C.
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Gemischte
elektrostatische Fasern
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Andere bevorzugte Ausführungsbeispiele
des trockengelegten Kapazitätspapiers
umfassen ein thermisch gebondetes Papier mit 100% "gemischten elektrostatischen
Fasern", eine Mischung
aus 20–80%
gemischten elektrostatischen Fasern und 20–80% B/C-Fasern und eine Mischung
aus 20–80%
gemischte elektrostatische Fasern, 10–70% Fluff-Pulp- und 10–70% B/C-Fasern.
Filter aus "gemischten
elektrostatischen Fasern" werden
durch ein Mischen von Fasern mit sehr unterschiedlichen triboelektrischen
Eigenschaften und ein Reiben dieser gegeneinander oder gegen Metallteile
von Maschinen, wie Drähte
oder Kardierzylinder während
des Kardierens, hergestellt. Dies macht eine Faserart bezüglich der
anderen Faserarten positiver oder negativer geladen und verbessert
die Coulomb-Anziehung für
Staubpartikel. Die Herstellung von Filtern mit diesen Arten von
gemischten elektrostatischen Fasern wird in dem US-Patent Nr. 5,470,485
und der europäischen
Patentanmeldung Nr.
EP
02 246 811 A2 gelehrt.
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In dem US-Patent 5,470,485 besteht
das Filtermaterial aus einer Mischung aus (1) Polyolefinfasern und
(II) Polyacrylnitrilfasern. Die Fasern (I) sind Bikomponenten-PP/PE-Fasern des Kern/Mantel-
oder Seite-an-Seite-Typs. Die Fasern II sind "halogenfrei". Die (I)-Fasern weisen auch einige "halogen-substituierte
Polyolefine" auf,
während
die Acrylnitrilfasern kein Halogen aufweisen. Das Patent erwähnt, dass
die Fasern gründlich
mit nichtionischem Detergens, mit Alkali oder Lösungsmittel gewaschen und dann
gut gespült
werden müssen,
bevor sie zusammengemischt werden, so dass sie keine Schmiermittel
oder antistatischen Mittel mehr haben. Obwohl das Patent lehrt,
dass das produzierte Faservlies vernadelt werden sollte, können diese Fasern
auch auf Mengen von 5–20
mm geschnitten werden und mit thermischen Bikomponenten-Bindefasern ähnlicher
Länge gemischt
werden, und auch mit dem möglichen
Hinzufügen
von Fluff-Pulp,
so dass trockengelegtes, thermisch gebondetes Papier in dieser Erfindung
verwendet werden kann.
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Die
EP
02 246 811 beschreibt den triboelektrischen Effekt, wenn
zwei verschiedene Arten von Fasern gegeneinander gerieben werden.
Sie lehrt, ähnliche
Arten von Fasern zu verwenden, wie das US-Patent 5,470,485, außer dass
die -CN-Gruppen der Polyacrylnitrilfasern durch Halogen (vorzugsweise
Fluor oder Chlor) substituiert werden. Nach einer ausreichenden
Menge von Substitutionen von -CN durch Cl-Gruppen können die Fasern
als "modacrylisch" bezeichnet werden,
wenn das Copolymer 35–85
Gew.-% Acrylnitrileinheiten umfasst. Die
EP 0 246 811 lehrt, dass das Verhältnis von
Polyolefin zu substituiertem Acrylnitril (vorzugsweise modacrylisch)
von 30 : 70 bis 80 : 20 nach Oberfläche und weiter bevorzugt von
40 : 60 bis 70 : 30 reichen kann. In gleicher Weise lehrt das US-Patent
5,470,485, dass das Verhältnis
von Polyolefin zu Polyacrylnitrilfasern in dem Bereich von 30 :
70 bis 80 : 20 bezüglich
einer Oberfläche
des Filtermaterials ist. Damit können
diese Bereiche der Verhältnisse
von Polyolefin zu acrylischen oder modacrylischen Fasern in den obengenannten
Proportionen in dem trockengelegten, thermisch gebondeten Kapazitätspapier
verwendet werden.
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Meltblownvlies
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Ein synthetisches Polymerfaser-Meltblownvlies
kann wahlweise als eine Lage zwischen einer Mehrzwecklage und einer
Hocheffizienzfiltrationslage eingesetzt werden. Die Meltblownvlieslage
erhöht
die gesamte Filtrationsleistung durch Einfangen von Partikeln, die
durch die Mehrzweckfiltrationslage hindurchgingen. Die Meltblownvlieslage
kann wahlweise auch elektrostatisch aufgeladen werden, um zu dem
Filtern von Feinstaubpartikeln beizutragen. Die Aufnahme einer Meltblownvlieslage
bringt eine Zunahme an Druckabfall bei einer gegebenen Staubbeladung
mit sich, verglichen mit Zusammensetzungen, die keine Meltblownvlieslage aufweisen.
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Das Meltblownvlies weist vorzugsweise
ein Flächengewicht
von etwa 10–50
g/m^2 und eine Luftdurchlässigkeit
von etwa 100–1500
l/(m^2 × s)
auf.
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Hochvoluminöse Meltblown-Nonwoven
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Eine andere Entdeckung aus der jüngsten Forschung,
verbesserte Staubsaugerbeutel zu entwickeln, war die Entwicklung
eines hochvoluminösen
("high bulk") MB-Vlieses oder
-Lage, das stromaufwärts
des Filtrationsgrad-MB-Vlieses als ein Vorfilter statt eines nassgelegten
Kapazitätspapiers
oder trockengelegten Kapazitätspapiers
verwendet werden könnte.
Der hochvoluminöse
MB-Vorfilter kann in einem Meltblownverfahren hergestellt werden,
der eine gekühlte
Abschreckluft bzw. Kühlluft
mit einer Temperatur von etwa 10°C
verwendet. Im Gegensatz dazu verwendet herkömmliches MB üblicherweise
Raumluft bei einer Umgebungstemperatur von 33–45°C. Auch der Sammelab stand zwischen
dem MB-Düsenausgang
zu dem Vliesaufnahmeband wird in dem hochvoluminösen MB-Prozess auf 400–600 mm
vergrößert. Für eine normale
MB-Herstellung beträgt
der Abstand normalerweise 200 mm. Außerdem wird ein hochvoluminöses MB-Nonwoven unter Verwendung
einer Strecklufttemperatur mit geringerer Temperatur von etwa 215–235°C statt der
normalen Strecklufttemperatur von 280–290°C und einer geringerer MB-Schmelztemperatur
von 200–225°C, verglichen mit
260–280°C für die Filtrationsgrad-MB-Herstellung,
hergestellt. Die kältere
Abschreckluft, geringere Strecklufttemperatur, geringere Schmelztemperatur
und der größere Sammelabstand
kühlt die
MB-Filamente stärker ab.
Das Abführen
von Wärme
resultiert in einem geringeren Recken der Filamente und damit in
größeren Faserdurchmessern
als man sie in typischen Filtrationsgrad-MB-Vliesn finden würde. Die
kühleren
Filamente schmelzen mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit thermisch
zusammen, wenn sie auf dem Kollektor abgelegt werden. Damit würde das
hochvoluminöse
Meltblown-Nonwoven eine offenere Fläche aufweisen. Selbst mit einem
Flächengewicht
von 120 g/m^2 beträgt
die Luftdurchlässigkeit
des hochvoluminösen
Meltblown-Nonwovens 806 l/(m^2 × s).
Im Gegensatz dazu hat ein sehr viel leichteres (z. B. 22 g/m^2)
Filtrationsgrad-MB-PP-Vlies eine maximale Luftdurchlässigkeit
von nur 450 l/(m^2 × s).
Die Filtrationsleistung des hochvoluminösen MB-Nonwovens, wie sie durch
den DIN 44956-2-Test bestimmt wird, betrug 98 %. Wenn die beiden
mit dem hochvoluminösen
MB-Nonwoven auf der Innenseite des Beutels zusammen angeordnet wurden, betrug
die Luftdurchlässigkeit
immer noch 295 l/(m^2 × s)
und die Filtrationsleistung des Paars betrug 99,8%. Das hochvoluminöse Meltblown-Nonwoven
kann ungeladen sein oder wahlweise elektrostatisch aufgeladen, unter
der Voraussetzung, dass das Nonwoven aus einem Material mit geeigneten
dielektrischen Eigenschaften ist.
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Das hochvoluminöse MB-Nonwoven dieser Erfindung
sollte von dem "Filtrationsgrad-MB", das auch in der
mehrlagigen Vakuumfilterstruktur dieser Offenbarung verwendet wird,
unterschieden werden. Das Filtrationsgrad-MB-Vlies ist ein herkömmliches
Meltblown-Nonwoven, das allgemein durch ein geringeres Flächengewicht
von typischerweise etwa 22 g/m^2 und eine geringe Porengröße charakterisiert
ist. Zusätzliche typische
Charakteristika von Filtrationsgrad MB-Nonwoven aus Propylen sind
in Tabelle 1 gezeigt. Ein bevorzugtes hochvoluminöses MB-Nonwoven
aus Polypropylen umfasst optimalerweise etwa 5–20 Gew.-% Ethylenvinylacetat.
Ein Filtrationsgrad MB-Nonwoven hat allgemein eine hohe Staubentfernungsleistung,
d. h. größer als
etwa 99%.
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Hochvoluminöses MB-Nonwoven ist in der
Filterleistung ähnlich
wie die trockengelegten und nassgelegten oben genannten Kapazitätspapiere.
Daher ist ein hochvoluminöses
MB-Nonwoven gut geeignet, um große Mengen an großen Staubpartikeln
zu entfernen und große
Staubmengen zu halten bzw. zurückzuhalten. Dementsprechend
ist eine hochvoluminöse
MB-Nonwovenlage geeignet, um stromaufwärts und als Vorfilter der Filtrationsgrad-MB-Lage
in einer Vakuumfilterstruktur dieser Erfindung angeordnet zu werden.
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(Modulares) Spunblown-Nonwoven
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Eine neue Art von Meltblow-Technologie,
wie sie in G. Ward, "Nonwovens
Worid", Sommer 1998,
S. 37–40
beschrieben wird, ist verfügbar,
um ein (modulares) Spunblown-Nonwoven herzustellen, das geeignet ist,
als eine Grobfilterlage in der vorliegenden Erfindung verwendet
zu werden. Wahlweise kann das Spunblown-Nonwoven als Filtrationsgrad-Meltblownvlieslage,
wie sie in der neuen Struktur erwünscht ist, verwendet werden.
Spezifikationen des (modularen) Spunblown-Nonwoven sind in Tabelle
II gezeigt.
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Das Verfahren zum Herstellen des
(modularen) Spunblown-Nonwoven ist allgemein ein Meltblownverfahren
mit einer gröberen
modularen Düse
und bei dem eine kältere
Streckluft verwendet wird. Diese Bedingungen erzeugen ein grobes
Meltblownvlies mit höherer
Festigkeit und Luftdurchlässigkeit
bei vergleichbarem Flächengewicht
von herkömmlichen
Meltblownvliesn.
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Mikrodenier-Spunbond-Nonwoven
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Ein Spunbond ("SB")-Nonwoven,
hier manchmal als Mikrodenier-Spunbond bezeichnet, kann ebenfalls
in dieser Erfindung in der gleichen Weise wie die zuvor genannte
Grobfilterlage oder die Filtrationsgrad-Meltblownvlieslage verwendet
werden. Spezifikationen von Mikrodenier-Spunbond sind in Tabelle
II aufgelistet. Ein Mikrodenier-Spunbond ist insbesondere charakterisiert
durch Filamente mit einem Durchmesser von kleiner als 12 um, was
0,10 Denier für
Polypropylen entspricht. Zum Vergleich haben herkömmliche SB-Vlies
für Wegwerf-
bzw. Einwegartikel typischerweise Filamentdurchmesser von durchschnittlich
20 um. Ein Mikrodenier-Spunbond kann von der Reifenhauser GmbH (Reicofil
III), Koby Steel, Ltd., (Kobe-Kodoshi Spunbond Technology) und Ason
Engineering, Inc. (Ason Spunbond Technology) erworben werden.
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Ein bevorzugtes Prozess zum Herstellen
eines Ausführungsbeispiels
der neuen Filterzusammensetzung mit einer einheitlichen Lagenstruktur
aus MB- und FP-Zusammensetzungen ist in 1 gezeigt. Der dargestellte Prozess stellt
ein Produkt bereit, das an einem Scrim, Papier oder Nonwoven angeordnet
bzw. laminiert ist, um die Handhabung, das Halten oder Verpacken
zu vereinfachen. Es ist auch möglich,
eine unlaminierte Filterzusammensetzung bereitzustellen, in dem
das Scrim, Papier oder Nonwoven durch ein Trägerband ersetzt wird, um die
nicht vorgebondeten Lagen durch das Verfahren zu führen. Die
einheitliche Filterzusammensetzung besteht zum Schluss aus wenigstens
zwei Lagen, wobei jede Lage mehr als eine Art von Faser oder anderem
Material enthalten kann, und besteht im Allgemeinen aus drei bis
fünf Lagen,
die thermisch oder latexgebondet sind. Das elektrostatische Laden
der Filterzusammensetzung wird vorzugsweise In-line durch das "kalte" elektrostatische
Tantret-Aufladeverfahren durchgeführt, obwohl MB-Fasern In-line
bei Austritt aus der MB-Düse "heiß" aufgeladen werden
können.
Auch können
die Splitfilmfasern, die während
ihrer Herstellung elektrostatisch aufgeladen wurden, durch die FP-Applikatoren
eingeführt
werden. Außerdem
können "gemischte elektrostatische
Fasern", die aufgrund
unterschiedlicher triboelektrischer Eigenschaften gegensätzliche
Polaritäten
aufweisen, nachdem sie gegeneinander gerieben wurden, durch die
FP-Applikatoren in die Zusammensetzung aufgenommen werden.
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Nun Bezug nehmend auf 1 ist eine optionale Abwickelvorrichtung 1 bei
dem Anfangspunkt der Linie angeordnet, um das Einführen einer
optionalen Trägerschicht 2 zu
ermöglichen,
die ein Scrim, Päpier
oder Nonwoven sein kann. Die Komponenten 1, 2, 4 und 5 sind
insoweit optional, als die erfinderische einheitliche Filterzusammensetzung
an ein Scrim, Papier oder Nonwoven nur zur Vereinfachung der Handhabung,
des Fal tens oder des Verpackens laminiert wird. Ein Förderband 3 erstreckt
sich über
die gesamte Länge
der Linie; es kann jedoch auch in kürzere Abschnitte geteilt sein,
wobei ein Förderbandabschnitt
die Anordnung von Lagen in die nächsten
Abschnitte einführt,
wie es in dem Prozess erforderlich ist. Auch an dem Startpunkt der Linie
ist ein optionaler Klebemittelapplikator 4, um ein Klebemittel 5 in
Form von Klebstoff oder Hotmelt-Klebemittel abzugeben. Diese Klebemittelapplizierstation
kann verwendet werden, eine Trägerschicht
an die einheitliche Lagenstruktur der neuen Zusammensetzung In-line
zu laminieren. Es sollte jedoch festgestellt werden, dass der Applikator 4 nicht
für das
Vorbonden von Lagen innerhalb der einheitlichen Struktur vorgesehen
ist.
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Als nächstes gibt es, wie in 1 gezeigt, wenigstens eine
und vorzugsweise zwei FP-Applikatoreinheiten 6 und
B. Die hauptsächliche
Funktion der FP-Applikatoreinheiten an dem Beginn der Linie besteht
darin, trockengelegte Lagen 7 und 9 herzustellen
und auf der optionalen Klebemittellage 5 oder auf dem Förderband 3,
wenn die optionale Trägerschicht 2 und
das Klebemittel 5 nicht verwendet werden, abzulegen. Die
trockengelegten Lagen 7 und 9 haben unterschiedliche
Zusammensetzungen und Eigenschaften, um die Erfordernisse des Endprodukts
zu erfüllen.
In jeder Hinsicht besteht die Rolle der Lagen 7 und 9 in
erster Linie darin, die MB- oder verwandten Filtermedienlagen 12 und 14 zu
tragen und zu schützen.
In dem illustnerten Ausführungsbeispiel
setzen sich die FP-Lagen 7 und 9 hauptsächlich aus "Pulp" und Bikomponenten-(B/C)-Fasern zusammen.
Verschiedene Arten von B/C-Fasern können, wie oben beschrieben,
verwendet werden. Beispielsweise hat eine bevorzugte Art einen Kern
aus einer Faser mit höherem
Schmelzpunkt, wie PP, und einen Mantel aus einer Faser mit geringerem
Schmelzpunkt, wie PE. Andere bevorzugte Zusammensetzungen von "Pulp" und B/C-Kern/Mantel-PP/PE sind 50% "Pulp"/50% B/C-Fasern in
Lage 7 und 25% "Pulp"Π5% BIC-Fasern in Lage 9.
Wenn im Abschnitt 23 kein Latexbindemittel angewendet wird,
sollten wenigstens 20% B/C-Fasern oder andere Arten von thermischen
Bindefasern verwendet werden. Wenn andererseits Latexbindemittel nachfolgend
in Abschnitten 23 und 27 appliziert wird, dann
können
100% "Pulp"-Fasern durch die
FP-Applikatorköpfe 6 und 8 appliziert
werden. Es ist auch möglich,
100% B/C-Fasern von dem FP-Applikator 6 oder -Applikator
8 oder von beiden Applikatorköpfen 6 und 8 zu
applizieren.
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In zusätzlichen Ausführungsbeispielen
können
statt 100% B/C-Fasern reguläre
Monokomponentenstapelfasern aus PP, PET, Polyamid und andere Fasern
für bis
zu 80% der B/C- oder thermischen Bindefasern substituiert werden,
die durch einen der FP-Applikatorköpfe 6, 8, 15, 18 und 20 appliziert
werden können.
Viele Arten von thermisch bondbaren Fasern, die vollständig schmelzen
und auch als "Schmelzfasern" ("melt fibers") bekannt sind, können auch
statt der B/C-Fasern verwendet werden, ausgenommen in trockengelegten
Lagenkomponenten, bei denen 100% B/C-Fasern verwendet würden.
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1 illustriert
weiterhin einen optionalen Verdichter bzw. Kompaktor 10,
der die Dicke des Vlies reduziert und die Faser-an-Faser-Adhäsion der
FP-Lagen 7 und 9 erhöht. Es sollte berücksichtigt
werden, dass das umfassende Vorbonden, das typischerweise verwendet
wird, um die Schichten einzeln zu erzeugen, nicht das Ziel dieses
optionalen Verdichtungsschritts ist, der in diesem erfinderischen
In-line-Prozess verwendet wird. Der Verdichter 10 kann
ein Kalander sein, der erwärmt
sein kann oder nicht. Die MB-oder
verwandten Filtermedien 12 und 14 können durch
einen oder mehrere MB-Düsen 11 und 13 auf
die FP-Lagen 7 und 9 abgelegt werden. Die hauptsächliche
Funktion der MB-Komponente besteht dann, als Hochleistungsfilter
zu dienen, d. h., kleine Prozentzahlen von Partikeln kleiner Größer (weniger
als etwa 5 Mikrometer) zu entfernen. Die Spezifizierungen der Filtrationsgrad-MB-Medien
und verwandten Arten von Filtermedien mit ultrafeinen Faserdurchmessern
sind in Tabelle 1 gegeben.
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Der Prozess kann wenigstens einen
oder mehrere MB-Düsen 11 und/oder
einen oder mehrere verwandten Feindenier-Faserapplikatoren 13 (ultrafeine
Faserdurchmesser), bezeichnet als X, umfassen. Wenn beispielsweise
zwei identische MB-Einheiten verwendet werden, sind die Einheiten 11 und 13 gleich.
Andere Variationen, die unter die Breite dieser Erfindung fallen,
umfassen ein Vorhandensein der ersten Einheit als ein (modulares)
Spunblown- oder Mikrodenier-Spunbond-(SB)-System als erstes, um
einen Filtergradienten von gröberen
zu feineren Hochleistungsfiltem zu bilden. Eine weitere beabsichtigte
Variation besteht dann, ein oder mehrere (modulare) Spunblown- oder
Mikrodenier-SB-Systemen in Serie zu verwenden. Eine weitere Variation
besteht darin, zuerst ein Mikrodenier-SB- gefolgt von einem Spunblownsystem
zu verwenden.
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Die nächste in 1 gezeigte Vorrichtungskomponente ist
ein weiterer FP-Applikator 15, der ein FP-Vlies auf die
Lage 14 (oder auf die Lage 12, wenn eine zweite
MB-Lage 13 nicht umfasst ist) ablegt. Dann bewegt sich
die nicht-vorgebondete Anordnung von Lagen mit Lage 16 als
oberste durch einen weiteren optionalen Verdichter 17.
Als nächstes
wird das Zwischenprodukt unter eine oder mehrere zusätzliche
FP-Einheiten 18 und 20 befördert. Die FP-Applikatorköpfe 15 und 18 fügen die
trockengelegte Kapazitätslage
in die Struktur ein. Der FP-Applikator 20 ist hauptsächlich dazu
entworten, ein sehr offenes (d. h. voluminöses) FP in erster Linie für Staubspeicherkapazität als als
Filter herzustellen. Die sehr offene FP-Lage 21 ist vorzugsweise
aus 100% Bikomponenten-B/C-Faser oder Mischungen aus B/C mit Verhältnissen
von B/C zu "Pulp" hergestellt, die
als höher
charaktertsiert sind als zur Herstellung grober Vorfilter-FP-Vliese
normalerweise verwendet. Eines oder beide der FP-Lagen 16 und 19 können auch
Splitfilmfasern und "gemischte
elektrostatische Fasern" umfassen.
Wenn keine B/C-Fasern oder andere Arten von thermischen Bondfasern
in dem FP-Lagen 16 und 19 verwendet werden, dann
sollte Latexbindemittel bei den Einheiten 23 und 27 appliziert werden,
um die Lagen zu bonden. Wenn B/C-Fasern oder andere Arten von thermischen
Bondfasern in einem der FP-Applikatorköpfe 15 und 18 umfasst
sind, dann kann Latexbindemittelimmer noch bei den Einheiten 23 und 27 appliziert
werden.
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Das Zwischenprodukt der obersten
Lage 21 bewegt sich dann durch einen weiteren Verdichter 22 und danach
durch einen Abschnitt der Produktionslinie, in dem die bisher losen,
ungebondeten Lagen einem oder mehreren Bindeprozessschritte unterworfen
werden, die kumulativ wirksam sind, um die einheitlichen Lagenstruktur
des mehrlagigen Filters zu bilden. Vorzugsweise sind alle Filterkomponenten,
die in die einheitliche Lagenstruktur aufgenommen sein werden, in
dem Zwischenprodukt in diesem Stadium vor dem Binden der Lagen zusammen
aufgenommen.
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Mit weiterer Bezugnahme auf 1 kann man sehen, dass die
Bindeschritte beginnend in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit einem Latexbindemittel 24, das von dem Applikator 23 appliziert
wird, stattfinden. Das Latex kann aus einer flüssigen Dispersion oder Emulsion
gesprayt werden, durch eine Walze oder Gravurapplikation appliziert
werden, oder als trockenes Pulver auf das Substrat gesprayt werden
und dann thermisch geschmolzen oder daran gebondet werden. Das Latex
dient auch als Abdichtmittel, indem es Staub eliminiert, der von
den Außenoberflächen der
FP-Lage austreten kann. Nach dem Hinzufügen von Latexbindemittel bei
23 bewegt sich das Zwischenprodukt durch eine Heizeinheit 25,
die das Latexbindemittel trocknet und aushärtet, um die Zusammensetzung
zu bonden. Die Heizeinheit kann ein geheizter Kalander, oder ein Infrarot-Mikrowellen-
oder Konvektionsofen sein. Eine Kombination von diesen kann auch
verwendet werden. Ein Durchströmofen
wird bevorzugt. Wenn B/C-Fasern oder andere Arten von thermischen
bondbaren Schmelzfasern in dem Zwischenprodukt vorhanden sind, dann
können
die Öfen
25 und 29 dazu dienen, diese Fasern thermisch zu schmelzen, um das
Bonden und das Bilden der einheitlichen Struktur fortzusetzen.
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Nach dem Ofen 25 wird das
Zwischenprodukt durch das System 26 abgekühlt, und
dann wird ein zweites Latexbindemittel bei 27 appliziert. Wie dargestellt,
sind der Bewegungsweg und die Sprayeinheit 27 so angeordnet,
um das Latexbindemittel auf die gegenüberliegende Seite der ersten
Applikation zu applizieren. Das Zwischenprodukt umfassend das zweite
Latexbindemittel 28 wird dann durch einen zweiten Durchströmofen 29 und
durch einen weiteren Abkühlabschnitt 30 geführt. Als
nächstes
wird der vollständig
gebondete mehrlagige Film eine einheitliche Lagenstruktur in der
Station 31 zum kalten elektrostatischen Aufladen, vorzugsweise ein
Tantret-J-System, aufgeladen. Zuletzt wird der mehrlagige Film 32 auf
eine gewünschte
Breite oder mehrere Breiten auf der Schlitzvorrichtung 33 geschlitzt
und durch die Winde 34 aufgerollt. Obwohl das elektrostatische
Aufladen so dargestellt wird, dass es gegen Ende des Prozesses stattfindet,
ist es auch beabsichtigt, ein Aufladen in einem Stadium vor der
Applizierung von Latexbindemittel durchgeführt werden kann, unter der
Voraussetzung, dass das Bindemittel und die nachfolgenden Prozessschritte
die Ladung von dem Zwischenprodukt nicht wesentlich abziehen.
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Repräsentative Produkte gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in 2-13 schematisch dargestellt, die
im Folgenden ausführlich
beschrieben werden. In den Figuren ist die Luftvorrichtung durch
den Pfeil A angegeben. In 2 ist
eine einheitliche Filterzusammensetzung 36 aus zwei Lagen
dargestellt. Die innere (Dreckluftseite) Schicht 37 ist
eine trockengelegte FP-Kapazitätslage
mit dem allgemeinen Gewicht von 10–150 g/m^2, typischen Gewichtsbereich
von 20–80
g/m^2 und mit einem bevorzugten Gewicht von 50 g/m^2. Die FP-Schicht
37 hat verschiedene Mischungen an Pulp-Fasern, Bikomponentenfilmschicht-(B/C)-Fasern,
Splitfilmfasern und "gemischten
elektrostatischen Fasern".
Splitfilmfasern und "gemischte
elektrostatische Fasern" werden
nicht in allen Variationen der Lage 37 verwendet, aber
wenigstens 10% und wenigstens 20% B/C-Fasern oder andere Arten von thermisch
bondbaren Schmelzfasern sollten verwendet werden, um ein passendes
thermisches Bonden zu erzielen. Im Allgemeinen werden wenigstens
10% und vorzugsweise wenigstens 20% Pulp-Fasern verwendet, um die
Abdeckung und Filtrationsleistung zu verbessern. Die äußere Lage 38 ist
eine Hochleistungs-MB-Komponente mit einem Gewicht von 5–100 g/m^2.
Die unabhängig
zusammengesetzten Lagen 37 und 38 treffen sich
an der Grenzfläche 36A.
Diese Grenzfläche
unterscheidet sich von der in einer Schichtstruktur bzw. einem Laminat
aus zwei vorgebondeten Schichten in einer Mehrschichtzusammensetzung.
Aufgrund der Tatsache, dass das Bilden einer vorgebondeten Schicht
nicht erforderlich ist, um die einheitliche Struktur 36 herzustellen,
können
wenigstens eine der Lagen 37 und 38 ausreichend
locker sein, dass sie nicht als freistehendes Vlies zur Aufnahme
als eine Schicht in einer herkömmlichen
Mehrschichtzusammensetzung gebildet werden kann.
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3 stellt
eine einheitliche Filterzusammensetzung 39 aus drei Lagen
dar. Die Innenschicht 40 ist eine grobe trockengelegte
Komponente aus 100% B/C-Fasern. Sie dient in erster Linie als Vorfilter
und schützt das
stromabwärts
angeordnete Filtermaterial. Der breiteste Gewichtsbereich beträgt 10–100 g/m^2
mit einem typischen Gewichtsbereich von 20–80 g/m^2 und einem bevorzugten
Gewicht von 50 g/m^2. Die mittlere Lage 41 ist eine trockengelegte
FP-Kapazitätskomponente
mit dem breitesten Gewichtsbereich von 10–150 g/m^2, typischen Gewichtsbereich
von 30–80
g/m^2 und einem bevorzugten Gewicht von 50/m^2. Die Lage 41 hat typischerweise
wenigstens 10% und vorzugsweise wenigsten 20% B/C-Fasern, 10% und
vorzugsweise wenigstens 20% FP und kann auch Splitfilmfasern und "gemischte elektrostatische
Fasern" umfassen.
Wenigstens 10% und vorzugsweise wenigstens 20% B/C-Fasern oder andere
Arten von thermisch bondbaren Schmelzfasern sollten verwendet werden,
um ein passendes thermisches Bonden zu erzielen. Im Allgemeinen werden
wenigstens 4% und vorzugsweise wenigstens 20% Pulp-Fasern verwendet,
um die Bedeckung und die Filtrationsleistung zu verbessern. Die
Lage kann frei von B/C-Fasern oder anderen Arten von thermisch bondbaren
Schmelzfasern sein, wenn Latexbindemittel verwendet werden. Die
Außenlage 42 besteht
aus MB-Medien mit hoher Filtrationsleistung oder anderen Materialien
mit ultrafeinen Faserdurchmessem, wie modularem Spunblown oder Mikrodenier-Spunblown.
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4 ist
eine graphische Darstellung eines einheitlichen Mehrlagenfilters 43 aus
vier Lagen von Material. Die Innenlage 44 ist zusammengesetzt
aus trockengelegtem FP oder 100% B/C-Fasern. Der breiteste Gewichtsbereich
beträgt
10–100
g/m^2, das typi sche Gewicht beträgt
20–80
g/m^2 und das Zielgewicht ist 50 g/m^2. Die zweite Lage 45 ist
eine trockengelegte FP-Kapaütätslage mit
dem breitesten Gewichtsbereich von 10–150 g/m^2, typischem Gewichtsbereich
von 30–80
g/m^2 und einem bevorzugten Gewicht von 50 g/m^2. Die Schicht 45 umfasst
wenigstens 10% und vorzugsweise wenigstens 20% B/C-Fasern, 10% und
wenigstens 20% Pulp-Fasern und kann verschiedene Mengen von geladenen
oder ungeladenen Splitfilmfasern umfassen. Sie kann verschiedene
Mengen von "gemischten
elektrostatischen Fasern" umfassen.
Wenigstens 10% und vorzugsweise wenigstens 20% B/C-Fasern oder andere
Arten von thermisch bondbaren Schmelzfasern sollten verwendet werden,
um ein passendes thermisches Bonden zu erzielen. Im Allgemeinen
werden wenigstens 10% und vorzugsweise wenigstens 20% Pulp-Fasern
verwendet, um die Bedeckung und Filtrationsleistung zu steigern.
Die Lage kann frei von B/C-Fasern oder anderen Arten von thermisch
bondbaren Schmelzfasern sein, wenn Latexbindemittel verwendet wird.
Die dritte Lage 46 umfasst MB-Filtermedien und einen breitesten Gewichtsbereich
von 5–100
g/m^2, einem typischen Gewicht von 10–50 g/m^2 und einem bevorzugten
Gewicht von 25 g/m^2. Die Außenlage 47 ist
ein trockengelegtes FP aus Air-laid-Pulp und B/C-Fasern.
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5 ist
eine graphische Darstellung eines einheitlichen Mehrlagenfilters 48 aus
fünf Materiallagen. Die
Innenlage 49 ist aus trockengelegtem FP oder 100% B/C-Fasern
zusammengesetzt. Der breiteste Gewichtsbereich ist 10–100 g/m^2,
das typische Gewicht ist 20–80
g/m^2 und das Zielgewicht ist 50 g/m^2. Die zweite Lage 50 ist
eine trockengelegte FP-Kapazitätskomponente
mit dem breitesten Gewichtsbereich von 10–150 g/m^2, typischen Gewichtsbereich
von 30–80
g/m^2 und einem bevorzugten Gewicht von 50 g/m^2. Die Komponente 50 umfasst
wenigstens 10% und vorzugsweise wenigstens 20% B/C-Fasern, wenigstens 10%
und vorzugsweise wenigstens 20% Pulp-Fasern und kann verschiedene
Mengen von geladenen und ungeladenen Splitfilmfasern umfassen. Wenigstens
10% und vorzugsweise wenigstens 20% B/C-Fasern oder andere Arten
von thermisch bondbaren Schmelzfasern sollten verwendet werden,
um ein passendes thermisches Bonden zu erzielen. Im Allgemeinen
werden wenigstens 10% und vorzugsweise wenigstens 20% Pulp-Fasern
verwendet, um die Bedeckung und Filtrationsleistung zu steigern.
Die Lage kann frei von B/C-Fasern oder anderen Arten von thermisch
bondbaren Schmelzfasern sein, wenn Latexbindemittel verwendet wird.
Die Komponente 41 umfasst Kohlekörnchen bzw. Kohlegranulat oder
Kohlefasern, um Gerüche
zu absorbieren und Schadstoff- und toxische Gase aus der Luft zu
entfer nen. Die Komponente 52 ist ein MB-Medium mit hoher
Filtrationsleistung mit einem breitesten Gewichtsbereich von 5–100 g/m^2,
typischen Gewicht von 10–50
g/m^2 und einem bevorzugten Gewicht von 22 g/m^2. Die Komponente 53 ist
ein trockengelegtes FP, das aus Air-Laid-Pulp und B/C-Fasern zusammengesetzt
ist.
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6 stellt
eine einheitliche Filterzusammensetzung 54 derselben Konstruktion,
wie in 2 gezeigt, dar,
die aus zwei Lagen 55, 56 zusammengesetzt ist,
die an eine äußere Trägerschicht 57 aus
Papier, Scrim oder Nonwoven mit einem Gewicht zwischen 10 und 100
g/m^2 gebondet ist.
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7 stellt
eine einheitliche Filterzusammensetzung 58 derselben Konstruktion,
wie in 3 gezeigt, dar,
die aus drei Lagen 59, 60 und 61 zusammengesetzt
ist, die an eine äußere Schicht 62 aus
Papier, Scrim oder Nonwoven mit einem Gewicht zwischen 10 und 100
g/m^2 gebondet ist.
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8 stellt
eine einheitliche Filterzusammensetzung 63 derselben Konstruktion,
wie in 4 dar, die aus
vier Lagen 64–67 zusammengesetzt
ist, die an eine äußere Schicht 68 aus
Papier, Scrim oder Nonwoven mit einem Gewicht von 10–100 g/m^2
gebondet ist.
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9 stellt
eine einheitliche Filterzusammensetzung 69 derselben Konstruktion,
wie in 5 dar, die aus
fünf Lagen 71–75 zusammengesetzt
ist, die an eine äußere Schicht 76 aus
Papier, Scrim oder Nonwoven mit einem Gewicht von 10–100 g/m^2
gebondet ist.
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10 stellt
eine Schichtstruktur aus einer einheitlichen Filterzusammensetzung 77 derselben
Konstruktion, wie in 2 gezeigt,
dar, die aus zwei Lagen 78, 79 zusammengesetzt
ist, an eine äußere Trägerschicht 81 aus
Papier, Scrim oder Nonwoven mit einem Gewicht zwischen 10 und 100
g/m^2 gebondet ist, abgesehen davon, dass die äußere Schicht mittels Klebstoff
oder einem Klebemittel 80 gebondet ist, bei dem letzteres
ein Latexbindemittel oder ein Hotmeltklebemittel sein könnte.
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11 stellt
eine Schichtstruktur einer einheitlichen Filterzusammensetzung 82 derselben
Konstruktion, wie in 3 gezeigt,
dar, die aus drei Lagen 83–85 zusammengesetzt ist,
an eine äußere Schicht 87 aus Papier,
Scrim oder Nonwoven mit einem Gewicht zwischen 10 und 100 g/m^2
gebondet ist, abgesehen davon, dass die äußere Schicht mittels Klebstoff
oder einem Klebemittel 86 gebondet ist.
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12 stellt
eine Schichtstruktur einer einheitlichen Filterzusammensetzung 87A derselben
Konstruktion, wie in 4 dar,
die aus vier Lagen 88–91 zusammengesetzt
ist, an eine äußere Schicht 93 aus
Papier, Scrim oder Nonwoven mit einem Gewicht von 10–100 g/m^2
gebondet ist, abgesehen davon, dass die äußere Schicht mittels Klebstoff
oder einem Klebemittel 92 gebondet ist.
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13 stellt
eine Schichtstruktur einer einheitlichen Filterzusammensetzung 94 derselben
Konstruktion, wie in 5 dar,
die aus fünf
Lagen 95–99 zusammengesetzt
ist, an eine äußere Schicht 101 aus
Papier, Scrim oder Nonwoven mit einem Gewicht von 10–100 g/m^2
gebondet ist, abgesehen davon, dass die äußere Schicht mittels Klebstoff
oder einem Klebemittel 100 gebondet ist.
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Wenn ein Bonden zwischen Schichten
in den Ausführungsbeispielen
der 10–13 angegeben ist, können herkömmliche
Verfahren zum Zwischenschichtbonden, wie Ultraschallbonden statt
oder in Verbindung mit dem oben erwähnten Klebstoff-/Klebemittel-Bonden verwendet
werden.
