Hintergrund der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft Elektretfilter, insbesondere Elektretfilter mit hoher Abfangfähigkeit,
mit dem zusätzlichen Vorteil, daß ihre Fähigkeit, Zigarettenrauch abzufangen, gleichförmig
beibehalten wird.
-
Elektretfilter werden angewandt als Filtermedien bei vielen Anwendungsgebieten, wie
privaten und industriellen Klimaanlagen, Luft-Reinigungsanlagen, Vakuum-Reinigungsanlagen,
Heizgebläsen und Klimaanlagen für übliche Vorrichtungen zur Reinigung von
Umgebungsatmosphären durch Abfangen von Staub, Rauch und anderen teilchenförmigen Verunreinigungen.
Derartige Elektretfilter werden üblicherweise hergestellt aus Vliesstoffen und Polymeren, wie
Polypropylen, durch Bearbeiten zu Elektrets. Zum Beispiel beschreibt die FR-A-2 357 998 ein
Verfahren zur Herstellung von Elektretbändern aus verschiedenen Polymeren, wie
Polyethylenterephthalat. Die üblichen Elektretfilter besaßen jedoch das Problem, daß sie nicht gut geeignet sind zum
Adsorbieren von Zigarettenrauch, da ihre Fähigkeit, diesen einzufangen, deutlich mit der Menge
der Adsorption abfällt und nicht gleichförmig aufrechterhalten werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umständen gemacht und hat zum Ziel, ein
Elektretfilter zu entwickeln, dessen Fähigkeit, teilchenförmige Stoffe, insbesondere
Zigarettenrauch, abzufangen, nicht verschlechtert wird, selbst wenn es kontinuierlich verwendet wird, und
das somit die Fähigkeit besitzt, seine befriedigende Abfangfähigkeit gleichförmig beizubehalten.
Mit diesem Vorteil ist das erfindungsgemäße Elektretfilter geeignet zur Verwendung als
Filtermedium in Klimaanlagen, Luft-Reinigungsanlagen und anderen Vorrichtungen.
-
Zigarettenrauch als in Luft dispergierte Materie besteht aus flüssigen Teilchen. Wenn
solche flüssigen Rauchteilchen auf der Oberfläche eines Filters abgeschieden werden, bedecken sie
die faserige Oberfläche des Filters und stören die Wirkung der elektrischen Ladungen, die auf der
Oberfläche des Filters aufgrund der Bearbeitung zu einem Elektret gebildet worden sind. Das
würde vermutlich zu einem plötzlichen Abfall der Fähigkeit des Elektretfilters beitragen,
Zigarettenrauch abzufangen.
-
Unter diesen Umständen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung intensive
Untersuchungen durchgeführt worden, um ein Filter zu erhalten, das, im Gegensatz zu üblichen Filtern,
keinen plötzlichen Abfall seiner Fähigkeit, Zigarettenrauch abzufangen, zeigt. Als Ergebnis zeigte
es sich, daß dieses Ziel erreicht werden kann durch ein Elektretfilter, das aus einem Harz
hergestellt ist, dessen Kontaktwinkel nach Benetzen mit reinem Wasser durch Zugabe von Siliconöl so
eingestellt ist, daß er nicht kleiner ist als 95º.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Siliconöl in einer Menge von 0,05 bis 5
Gew.-% zugesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Fig. 1 ist ein Diagramm, das das Flüssigkeitströpfchen-Verfahren zur Messung des
Kontaktwinkels nach Benetzen mit reinem Wasser zeigt;
-
Fig. 2 ist ein Diagramm, das schematisch die Vorrichtung zeigt, die verwendet wurde, um
die Adsorptionsfahigkeit für Zigarettenrauch, der in den Beispielen 1 bis 13 und
Vergleichsbeispielen 1 bis 5 hergestellten Filterproben, zu untersuchen; und
-
Fig. 3 ist ein Diagramm, das schematisch die Vorrichtung zeigt, die angewandt wurde zur
Messung der Abfangfahigkeit derartiger Filterproben.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
-
Die vorliegende Erfindung wird unten im Detail beschrieben.
-
Die Harze, aus denen das Elektretfilter der vorliegenden Erfindung hergestellt werden
kann, sind auf keine speziellen Arten beschränkt.
-
Die Harze nach der Erfindung sind solche, deren Kontaktinkel beim Benetzen mit reinem
Wasser kleiner als 95º ist. Beispiele für solche Harze umfassen Homopolypropylen, Polyethylen
terephthalat, Polymethacrylat, Polycarbonat usw. Derartige Harze können wirksam verwendet
werden, wenn ihr Kontaktwinkel nach Benetzen mit reinem Wasser auf mindestens 95º eingestellt
wird, durch Zugabe von Siliconöl. Zu diesem Zwecke wird Siliconöl in einer Menge von 0,05 bis
5 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1,0 Gew.-%, zugesetzt. Beispiele für geeignetes
Siliconöl sind Slliconöl auf Dimethylsiloxanbasis, Siliconöl auf Methylhydrogenpolysiloxanbasis,
Amino-modifiziertes Siliconöl, Epoxy-modifiziertes Siliconöl und Carboxy-modifiziertes
Siliconöl. Wenn die zugegebene Menge an Siliconöl weniger als 0,05 Gew.-% beträgt, wird die
vorgesehene Wirkung nicht erreicht. Wenn die zugegebene Menge an Siliconöl 5 Gew.-% übersteigt,
wird die flimbildende Eigenschaft des Gemisches geschädigt, und die Herstellungsgeschwindigkeit
von Elektretfiltern nimmt drastisch ab.
-
Die zur Elektrisierung angewandte Spannung variiert mit solchen Faktoren, wie der Form
der Elektroden und dem Abstand zwischen den Elektroden. Wenn der Abstand zwischen den
Elektroden 8 mm beträgt, kann eine Spannung von mindestens 5 kV, vorzugsweise 6 bis 10 kV,
an die Probe angelegt werden.
-
Ladungen können auf verschiedene Weise aufgebracht werden, wie z.B. durch Durchleiten
der Probe zwischen einem Elektrodenpaar unter Gleichspannung, Anwendung einer
Corona-Entladung oder einer gepulsten Hochspannung auf die Oberfläche der Probe, Anlegen von hoher
Gleichspannung an beide Oberflächen der Probe, wenn sie durch ein geeignetes dielektrisches
Material gehalten werden, und Anlegen von Spannung an die Probe unter Bestrahlung mit Licht.
-
Die Dicke des erfindungsgemäßen Elektretfilters kann so gewählt werden, wie sie für
solche Faktoren geeignet ist, wie der vorgesehenen Anwendung und der erforderlichen
Abfangfähigkeit. Üblicherweise hat das Filter eine Dicke, die allgemein im Bereich von ca. 10 bis ca. 300 g/m²
liegt, vorzugsweise von ca. 20 bis ca. 150 g/m² liegt.
-
Die Stärke der elektrischen Ladung, die das Elektretfilter nach der Erfindung besitzt, kann
auch eingestellt werden, wie es der vorgesehenen Anwendung und anderen Faktoren entspricht;
üblicherweise besitzt das Filter Ladungen im Bereich von ca. 10 bis 50 x 10&supmin;&sup9; C/cm².
-
Der Kontaktwinkel des Harzes, aus dem das Elektretfilter hergestellt ist, nach dem
Benetzen mit reinem Wasser, kann gemessen werden nach dem Flüssigkeitströpfchen-Verfahren, wie es
in Fig. 1 gezeigt ist, mit Hilfe einer Winkelplatte und einem beweglichen Kreuz mit einem
optischen Spiegel, wobei der Scheitelpunkt 13 eines Tröpfchens aus reinem Wasser 12 auf einer
Harzbahn 11 grafisch bestimmt wird, und der Wert von θ/2 direkt abgelesen wird; dieser Winkel
wird verdoppelt, um den Kontaktwinkel 0 zu bestimmen, den die Harzbahn 11 mit der Linie 14
bildet, die eine Tangente zu dem Tröpfchen 12 ist.
-
Die folgenden Beispiele sind zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung
angegeben, aber in keiner Weise als einschränkend anzusehen.
Beispiele
Filterherstellung
-
Die elektrisch geladenen (elektrisierten) Fasern wurden auf eine kürzere Länge von 90 mm
geschnitten und mit einem Krempelwolf aufgeflockt. Die flockigen Fasern wurden in eine
Bahnbildungsvorrichtung geführt und zu einer Bahn geformt. Die Bahn wurde dann mit einer
Vorrichtung von Feller Inc. genadelt, um eine Elektretfilterprobe (30 x 30 cm) mit einer Flächendichte
von 100 g/m² und einer Dicke von 2 mm herzustellen.
-
Diese Filterprobe wurde dem Zigarettenrauch-Adsorptionstest in der unten beschriebenen
Weise unterworfen, und nach Adsorption des Rauchs von 10 bis 20 Zigaretten wurde der
prozentuale Erhalt der Fähigkeit, Rauch abzufangen, bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
angegeben.
Zigarettenrauch-Adsorptionstest
-
Die Testvorrichtung besaß die in Fig. 2 gezeigte Anordnung; sie bestand aus einer Box 1
(Kapazität 1 m³), enthaltend einen Aspirator 3, der mit einer Filterprobe 2 (150 mm x 150 mm)
versehen war. Eine vorbestimmte Menge an Zigaretten wurde in die Box 1 geblasen, um sie mit
dem Zigarettenrauch zu füllen. Gleichzeitig wurde der Aspirator 3 aktiviert, um den
Zigarettenrauch mit der Filterprobe 2 abzufangen mit einer Luftgeschwindigkeit von 0,5 m/s, bis die
Staubdichte in der Box 1 auf 0,1 mg/m³ zunahm, gemessen mit einer digitalen Staubmeßvorrichtung 4
(P5H von Sibata Scientific Technology, Ltd.). Die Abfangwirkung der Filterprobe 2 wurde nach
der folgenden Methode gemessen, sowohl vor als auch nach der Adsorption von Zigarettenrauch,
und der prozentuale Erhalt der Abfangfähigkeit wurde berechnet als E&sub1;/E&sub0; x 100 (%), wobei E
die Wirksamkeit vor der Adsorption und B&sub1; die Wirksamkeit nach der Adsorption ist.
Messung der Abfangfähigkeit
-
Die Grundgestalt der Voffichtung zur Messung ist in Fig. 3 gezeigt. Natriumchlorid
(NaCl)-Teilchen (Größe: 0,3 um) 5, wie sie mit einem Aerosol-Generator (Nihon Kagaku Kogyo
K.K., nicht gezeigt) erzeugt worden waren, wurden in eine Kammer 6 eingebracht, wobei saubere
Luft als Träger verwendet wurde. Wenn die Konzentration an NaCl in der Kammer 6 sich auf 2
bis 6 x 10&sup6;/cm³ eingestellt hatte, wurde mit Hilfe eines Aspirators (nicht gezeigt) ein Vakuum in
Richtung des Pfeils A durch eine Filterprobe 7 gezogen, die am Boden der Kammer 6 angeordnet
war. Wenn die Geschwindigkeit der durch das Filter hindurchgehenden Luft konstant wurde (v =
50 cm/s), wurde die Konzentration an NaCl-Teilchen, Cein und Caus, an den Stellen oberhalb 8
bzw. unterhalb 9 der Filterprobe 7 mit einer Teilchenzählvorrichtung (KC-0185 von Rion Co.,
Ltd.) gemessen, und die Abfangwirkung E wurde nach der folgenden Formel berechnet:
Vergleichsbeispiel 1 - 5
-
Es wurden Filterproben wie oben hergestellt unter Verwendung von aufgeblasenen Folien
aus Homopolypropylen (Schmelzindex gemessen nach ASTM D1238-65T: 0,5),
Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) und einer Masse,
bestehend aus Polypropylen/Maleinsäureanhydrid-modifiziertem Polypropylen/Polycarbonat (90/5/5
Gew.-%), mit Kontaktwinkeln nach dem Benetzen mit reinem Wasser, wie in Tabelle 1
angegeben. Derartige Proben wurden einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest unterworfen, und der
prozentuale Erhalt der Abfangfähigkeit wurde wie oben bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
angegeben.
Beispiel 1
-
Polypropylen (MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min; Dichte: 0,91 g/cm³; Homopolypropylen
B200 von Mitsui Petrochemical Industries, Ltd.) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen (GR-2 von Mitsui Petrochemical Industries,
Ltd., nicht auf dem Markt erhältlich) 5%
-
Polycarbonat (Lexan Nr.101 von General Electret Inc.) 5 %
-
Dimethylsiloxan (SH-200 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,1 Gew.-Teil
-
Ein Gemisch dieser Zusammensetzung wurde in einen einachsigen Extruder
(Schneckendurchmesser: 40 mm) gebracht, wo es geschmolzen, vermischt und zu Pellets geformt wurde. Es
wurde eine aus den Pellets hergestellte Folie verwendet.
-
Diese Filterprobe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie oben unterworfen,
und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfahigkeit wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle
1 angegeben. Im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 5 erhöhte der Zusatz von Dimethylsiloxan
den Kontaktwinkel nach Benetzen mit reinem Wasser von 89º auf 97º, was zu einer Verbesserung
der Abfangfähigkeit von 30 %, 19 % in Vergleichsbeispiel 5 auf 46 %, 32 % in Beispiel 1, führte.
Beispiel 2
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Dimethylsiloxan (SH-200 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,3 Gew.-Teile
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfährens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfahigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 3
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Dimethylsiloxan (SH-200 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,5 Gew.-Teile
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfähigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 4
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modiflziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Dimethylsiloxan (SH-200 von Toray Silicone Co., Ltd.) 1,0 Gew.-Teil
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfahigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 5
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Epoxy-modifiziertes Siliconöl (SF-84 13 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,1 Gew.-Teil
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfähigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 6
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MER nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Epoxy-modifiziertes Siliconöl (SF-8413 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,3 Gew.-Teile
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfähigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 7
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Amino-modifiziertes Siliconöl (SF-8417 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,1 Gew.-Teil
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfahigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 8
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Amino-modifiziertes Siliconöl (SF-8417 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,3 Gew.-Teile
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfähigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 9
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Carboxy-modifiziertes Siliconöl (SF-8418 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,1 Gew.-Teil
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfähigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 10
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Carboxy-modifiziertes Siliconöl (SF-8418 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,3 Gew.-Teile
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfahigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 11
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Carboxy-modifiziertes Siliconöl (SF-8418 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,5 Gew.-Teile
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfähigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 12
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Fluor-modifiziertes Siliconöl (FS-1265 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,1 Gew.-Teil
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfahigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiel 13
-
Polypropylen (Homopolypropylen; MFR nach ASTM D 1238: 0,5 g/10 min und
Dichte: 0,91 g/cm³) 90 %
-
Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Polypropylen 5 %
-
Polycarbonat 5%
-
Fluor-modifiziertes Siliconöl (FS-1265 von Toray Silicone Co., Ltd.) 0,3 Gew.-Teile
-
Eine Filterprobe wurde aus einem Gemisch dieser Zusammensetzung durch Wiederholung
des obigen Verfahrens hergestellt. Die Probe wurde einem Zigarettenrauch-Adsorptionstest wie
oben unterworfen, und der prozentuale Erhalt ihrer Abfangfähigkeit wurde bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1
-
* Vergleichsproben
-
Das erfindungsgemaße Elektretfilter besitzt hohe Abfangfahigkeit und seine Fähigkeit,
teilchenförmige Substanzen, insbesondere Zigarettenrauch, abzufangen, wird nicht zerstört, selbst
wenn es kontinuierlich verwendet wird. Daher kann es vorteilhaft als Filtermedium für viele
Anwendungen, wie private und industrielle Klimaanlagen, Luft-Reinigungsanlagen,
Ventilatorerhitzer, Vakuum-Reinigungsanlagen und Klimaanlagen für übliche Vorrichtungen, verwendet werden.