DE60027433T2

DE60027433T2 - Filtermedien

Info

Publication number: DE60027433T2
Application number: DE60027433T
Authority: DE
Inventors: Grant David Alpharetta MIDKIFF; John Joseph Lassig
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2020-07-22
Also published as: WO2001007143A1; CN1364095A; EP1198279A1; ES2258465T3; PL357390A1; DE60027433D1; AU6116500A; MXPA02000787A; BR0012695A; EP1198279B1; US6322604B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Filtermedien sowie Filter, bei denen diese zum Einsatz kommen.
Hintergrund der Erfindung
Polyestervliesgebilde und insbesondere Meltblown-Vliesgebilde beziehungsweise Schmelzblasvliesgebilde werden bei einer Vielzahl filter- und/oder barriereartiger Anwendungen eingesetzt. So werden Polyestervliesbahnen beispielsweise als Beutelfilter und Staubsaugerfilter verwendet, was beispielsweise in dem US-Patent mit der Nummer 5,080,702 von Bosses, dem US-Patent mit der Nummer 5,205,938 von Fiumano et al. und dem US-Patent mit der Nummer 5,586,997 von Pall et al. beschrieben ist. In diesem Zusammenhang sind auch Papier-/Schmelzblas-Laminate für Filteranwendungen bekannt, so beispielsweise aus dem US-Patent 5,437,910 von Raabe et al. Darüber hinaus werden Polyestervliesbahnen auch zur Filterung biologischer Fluide eingesetzt, was beispielsweise in dem US-Patent mit der Nummer 5,652,050 von Pall et al. beschrieben ist.
Es ist im Stand der Technik gemeinhin bekannt, dass Schmelzblasfaservliesbahnen oftmals nicht die Faserstärke und/oder Festigkeit aufweisen, die für bestimmte Zwecke oder Anwendungen erforderlich ist. In diesem Zusammenhang ist bekannt, ein oder mehrere strapazierfähige Textilgebilde auf Schmelzblasvliesbahnen zu laminieren, um eine Laminatstruktur mit verbesserten Gesamteigenschaften herzustellen. So beschreiben beispielsweise das US-Patent mit der Nummer 4,041,203 von Brock et al., das US-Patent mit der Nummer 5,445,110 von Connors und das US-Patent mit der Nummer 5,667,562 von Midkiff eine strapazierfähige Spinnvlies-/Schmelzblas-Vlieslaminatstruktur, die sich die Filter- oder Barriereeigenschaften des textilen Schmelzblasgebildes und die gesteigerte Stärke und Strapazierfähigkeit des Vliesgebildes zu Nutze macht. Das strapazierfähige Spinnvlies-/Schmelzblas-/Spinnvlies-Vlieslaminat nach Brock et al. ist insbesondere für Anwendungen geeignet, bei denen eine erhöhte Laminatstärke und Abriebbeständigkeit von Nöten ist, so beispielsweise für die Verwendung als Sterilisierungshülle. Während viele Vliespolyestergebilde eine her vorragende Stärke und Strapaziertähigkeit aufweisen, weisen Polyesterschmelzblasvliese eine derart hohe Stärke und Strapazierfähigkeit nicht auf, da beim Schmelzblasvorgang kein ausreichendes Ziehen der Fasern erfolgt, um die Kristallisierung des Polymers in nennenswertem Umfang zu fördern. Darüber hinaus ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Stärke und Strapazierfähigkeit von Schmelzblaspolyestermaterialien durch Auflaminieren eines weiteren strapazierfähigen textilen Gebildes, so beispielsweise einer Spinnvliesfaserbahn oder eines anderen geeigneten textilen Trägergebildes, zu vergrößern. Insbesondere können Schmelzblaspolyestervliesbahnen beispielsweise mit strapazierfähigen textilen Gebilden, beispielsweise solchen mit Polyesterfilamenten hoher Stärke, laminiert werden, wie dies beispielsweise in der japanischen Kokai-Patentanmeldung mit der Nummer Hei 7-207566 beschrieben ist. Die Polyesterfilamente weisen eine erhöhte Stärke auf, da sie eigenen Ziehschritten unterzogen wurden, die das Polymer ausrichten, wodurch die Stärke und Festigkeit sowohl der Fasern wie auch des daraus hergestellten textilen Gebildes verbessert werden. Die Schmelzblasfaserbahn und die gezogenen Fasern können mittels thermischer Punktverbindung miteinander verbunden werden. Man beachte zudem, dass der Einsatz einer oder mehrerer Trägerschichten die Gesamtkosten des Laminates beträchtlich erhöhen kann, da das benötigte Trägermaterial zusätzliche Verarbeitungsschritte, bei denen die Materialien zusammengeführt werden, sowie einen Verbindungsschritt bedingt. Schließlich bedingt die Herstellung von hochqualitativer Filtermaterialien und Materialien hoher Stärke oftmals gesteigerten Kapitaleinsatz sowie die Bereitstellung eigener Maschinen zur Herstellung.
Obwohl Mehrschichtlaminate bekannt sind, die eine hervorragende Stärke und Strapazierfähigkeit aufweisen, können die Mittel zur dauerhaften Verbindung der einzelnen Schichten miteinander oftmals die Wirksamkeit und Lebensdauer der Filter nachteilig beeinflussen. So werden beispielsweise Spinnvlies- und Schmelzblasfaservliesbahnen oftmals thermisch punktverbunden. Die Verbindungsflächen sind hochgradig geschmolzene Flächen, die, wenn überhaupt, nur eine sehr geringe Durchdringung seitens des zu filternden Fluids zulassen. Daher verringern die Verbindungsflächen die Wirkfläche des Filters und erhöhen darüber hinaus den Druckabfall durch das Filtermedium. Zudem kann der Einsatz von Klebemitteln und anderer Verbindungsverfahren die Wirksamkeit und/oder Lebensdauer der Filter ebenfalls nachteilig beeinflussen. Daher geht die verbesserte Abriebbeständigkeit und/oder Intaktheit des derart hergestellten Laminates oftmals auf Kosten der Gesamtdurchlässigkeit und/oder Filterwirksamkeit des textilen Gebildes. Demzufolge hat sich die Möglichkeit, derart verbesserte Eigenschaft zu verwirkli chen, ohne dass andere erwünschte Eigenschaften des Filtermedienmaterials nachteilig beeinflusst würden, als schwierig erwiesen.
Mithin besteht Bedarf an einem Filtermedium mit erhöhter Stärke und/oder Strapazierfähigkeit. Darüber hinaus besteht Bedarf an einem Filtermedium, das wirkungsvoller und kosteneffektiver als bislang hergestellt werden kann. Schließlich besteht Bedarf an einem Filtermedium, das weiterverarbeitungs- und verwendungsbedingten Einflüssen widerstehen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Eingedenk des vorstehend genannten Bedarfes und zur Überwindung der von Fachleuten vorgefundenen Probleme wird erfindungsgemäß ein Filtermedium bereitgestellt, das eine erste Schicht aus Mikrofasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von weniger als ungefähr 8 μm und eine zweite Schicht aus Makrofasern mit Fasern eines Durchmessers von mehr als ungefähr 15 μm aufweist. Die Schicht aus Makrofasern ist autogen mit der Schicht aus Mikrofasern verbunden, weshalb das Mehrschichtenfiltermedium dank der Makrofaserschicht eine erhöhte Stärke und/oder Abriebbeständigkeit aufweist. Vorzugsweise umfassen die Fasern ein thermoplastisches Polykondensat wie Polyester. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die erste Schicht aus Mikrofasern schmelzgeblasene Fasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von weniger als ungefähr 8 μm umfassen, während die zweite Schicht schmelzgeblasene Fasern mit einer nennenswerten Anzahl von Fasern enthält, die einen Durchmesser zwischen ungefähr 12 μm und 80 μm aufweisen. Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Mikrofaserschicht ein Flächengewicht (eine Flächenmasse) von zwischen ungefähr 12 g/m² und ungefähr 350 g/m² aufweisen, während die Makrofaserschicht ein Flächengewicht von weniger als ungefähr 100 g/m² aufweist. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Mehrschichtenmaterial auf ein Papierfiltermaterial laminiert sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Teilaufrissansicht eines erfindungsgemäßen teilweise aufgeschnittenen Zweischichtenmaterials.
2 ist eine Querschnittsseitenansicht eines erfindungsgemäßen Dreischichtenmaterials.
3 ist eine Querschnittsseitenansicht eines erfindungsgemäßen Papier-/Vlies-Laminates.
4 ist eine schematische Darstellung einer Filteranordnung, bei der ein erfindungsgemäßes Filtermaterial verwendet wird.
Begriffserklärungen
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „umfassen" nichtausschließend beziehungsweise offen und schließt daher zusätzliche und nicht explizit aufgeführte Elemente, Bestandteile oder Verfahrensschritte nicht aus.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Vliesgebilde oder -bahn" eine Bahn mit einer Struktur aus einzelnen Fasern oder Fäden, die untereinander verbunden sind, dies jedoch nicht auf nachvollziehbare Weise, wie dies beispielsweise bei Gestricken/Gewirken oder Geweben der Fall ist. Vliesgebilde oder -bahnen werden in einer Vielzahl von Verfahren hergestellt, so beispielsweise Schmelzblasen (meltblowing), Spinnvliesbilden, Hydroverfilzen, Luftlagenherstellung (air laying), Kardierbahnbildung und dergleichen mehr.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „in Maschinenrichtung" oder „MD" („machine direction") die Länge eines textilen Gebildes in derjenigen Richtung, in der es hergestellt wird. Der Begriff „quer zur Maschinenrichtung" oder „CD" („cross direction") bezeichnet die Breite eines textilen Gebildes, das heißt eine Richtung, die im Allgemeinen senkrecht zur Maschinenrichtung ist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Fluid" sämtliche Fluide, darunter insbesondere sowohl Gase wie auch Flüssigkeiten.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Flüssigkeit" Flüssigkeiten im Allgemeinen unabhängig von deren Zusammensetzung und umfasst Lösungen, Emulsionen, Suspensionen und dergleichen mehr.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Polymer" im Allgemeinen jedoch nicht ausschließlich Homopolymere, Copolymere, beispielsweise Block-, Pfropf- (gegrafte), willkürlich oder abwechselnd gebildete Copolymere, Terpolymere und so weiter sowie Gemische und Modifikationen hiervon. Darüber hinaus umfasst – es sei denn, es ist anderes angegeben – der Begriff „Polymer" alle möglichen räumlichen Anordnungen des Moleküls. Diese Anordnungen umfassen unter anderem isotaktische, syndiotaktische und willkürliche Symmetrien. Darüber hinaus ist einsichtig, dass die Nennung eines Polymers oder einer bestimmten Monomereinheit das Vorhandensein einer oder mehrerer zusätzlicher Bestandteile neben dem genannten Monomer beinhaltet.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „autogene Verbindung" eine Verbindung von Fasern zwischen diskreten Teilen und/oder Oberflächen unabhängig von mechanischen Befestigungsmitteln oder externen Zusatzstoffen, wie beispielsweise Klebemitteln, Lotmitteln und dergleichen mehr.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Filter 10 wenigstens zwei Schichten, nämlich eine erste Schicht 12 aus Feinfasern oder Mikrofasern und eine zweite Schicht 14 aus größeren Fasern oder Makrofasern. Die erste Schicht ist vorzugsweise eine eher dicke Schicht mit geringer durchschnittlicher Porengröße und guten Filter- und/oder Barriereeigenschaften. Das Filtermaterial wird üblicherweise in Form einer Lage hergestellt und kann einfach auf einer Rolle gelagert werden. Derart kann das Filtermaterial nachfolgend je nach Bedarf weiterverarbeitet werden, um einen Filter herzustellen, der auf die speziellen Bedürfnisse des Endanwenders zugeschnitten ist. Gleichermaßen kann das Filtermaterial mittels In-Line-Verfahren auf die gewünschten Abmessungen und/oder in die gewünschte Form gebracht werden. Das Filtermedium der vorliegenden Erfindung stellt eine schmelzgeblasene Faservliesbahn bereit, die gute Abriebbeständigkeit aufweist, ohne dass die Stärke und/oder Filtereigenschaften derselben nachteilig beeinflusst würden.
Die erste Schicht umfasst vorzugsweise eine Vliesbahn aus Feinfasern oder Mikrofasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von weniger als ungefähr 8 μm, vorzugsweise mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen ungefähr 0,5 μm und ungefähr 6 μm und besonders bevorzugt zwischen ungefähr 3 μm und ungefähr 5 μm. Die erste Schicht weist vorzugsweise ein Flächengewicht von wenigstens ungefähr 12 g/m², vorzugsweise zwischen ungefähr 17 g/m² und ungefähr 175 g/m² und ganz besonders bevorzugt zwischen ungefähr 34 g/m² und ungefähr 100 g/m² auf. Die Feinfasern können mittels verschiedener aus dem Stand der Technik bekannter Verfahren hergestellt werden. Vorzugsweise umfasst die erste Schicht eine Vliesbahn aus feinen schmelzgeblasenen Fasern. Schmelzgeblasene Fasern werden im Allgemeinen durch über mehrere Düsenkapillaren erfolgendes Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials in Form von Schmelzefäden oder Filamenten in zusammenlaufende Hochgeschwindigkeitsluftströme hergestellt, die die Filamente des geschmolzenen thermoplastischen Materials zum Zwecke einer Verringerung des Durchmessers verfeinern. Danach können die Schmelzblasfasern durch den Hochgeschwindigkeitsgasstrom weiterbefördert und auf eine Sammelfläche aufgebracht werden, um eine Bahn aus beliebig verteilten Schmelzblasfasern zu bilden. Beschrieben werden derartige Schmelzblasverfahren beispielsweise in dem Naval Research Laboratory Report Nr. 4364, „Manufacture of Super-fine Organic Fibers" von V. A. Wendt, E. L. Boon und C. D. Fluharty; in dem Naval Research Laboratory Report Nr. 5265, „An Improved Device for the Formation of Super-fine Thermoplastic Fibers" von K. D. Lawrence, R. T. Lukas und J. A. Young; in dem US-Patent mit der Nummer 3,849,241 von Butin et al.; in dem US-Patent mit der Nummer 4,100,324 von Anderson et al.; in dem US-Patent mit der Nummer 3,959,421 von Weber et al.; in dem US-Patent mit der Nummer 5,652,048 von Haynes et al.; sowie in dem US-Patent mit der Nummer 4,526,733 von Lau et al. Die Schmelzblasfasern können mittels einer einzelnen Schmelzblasdüse oder mittels nacheinander angeordneter Bänke von Schmelzblasfaserdüsen hergestellt werden, indem die Fasern nacheinander und übereinander auf eine sich bewegende Bildungsoberfläche aufgebracht werden. Aus diesem Grund kann ungeachtet der Verwendung des Begriffes „Schicht" eine Schicht in der Praxis auch mehrere Unterschichten umfassen, die zusammengeführt werden, um die gewünschte Dicke und/oder das gewünschte Flächengewicht zu erreichen.
Geeignete thermoplastische Polymere zur Bildung der ersten Schicht aus Feinfasern sowie der zweiten Schicht aus größeren Fasern umfassen beispielsweise Polykondensate (so beispielsweise Polyamide, Polyester, Polykarbonatharze und Polyarylate), Polydiene, Polyurethane, Polyether, Polyacrylate und dergleichen mehr. Wünschenswerterweise umfasst das Filtermedium ein thermoplastisches Polyester, so beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polytrimethylenterephtalat (PTT) und dergleichen mehr. PBT- und PET-Polymere sind im Handel bei verschiedenen Verkäufern erhältlich. So ist das PBT-Polymer beispielsweise bei der Ticona Corporation unter der Handelsbezeichnung CELANEX 2008 Thermoplastic Polyester erhältlich. PTT- Polymere sind bei der Shell Chemical Company unter der Handelsbezeichnung COR-TERRA POLYMERS erhältlich. Die Auswahl des jeweiligen Polymers oder der jeweiligen Polymere hängt von der späteren Anwendung des Filters wie auch von anderen einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet bekannten Faktoren ab. Während die jeweilige Feinfaserschicht und die Makrofaserschicht verschiedene Polymere umfassen können, umfasst die Makrofaserschicht zudem vorzugsweise ein Polymer, das zu dem die Feinfaserschichtumfassenden Polymer im Wesentlichen ähnlich und/oder identisch ist.
Die Makrofaserschicht umfasst größere Fasern von ausreichender Anzahl und Größe, um so eine offene Struktur zu bilden, die eine im Vergleich zu der ersten Feinfaserschicht erhöhte Stärke aufweist. Wünschenswerterweise weist die Makrofaserschicht eine nennenswerte Anzahl von Fasern mit mehr als ungefähr 15 μm und vorzugsweise eine nennenswerte Anzahl von Fasern mit mehr als ungefähr 25 μm auf. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass die Grobfasern eine Vielzahl kleinerer Fasern mit Durchmessern zwischen ungefähr 10 μm und ungefähr 35 μm und besonders bevorzugt mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von zwischen ungefähr 12 μm und ungefähr 25 μm umfassen können, wobei die einzelnen Fasern durch „Verschlingung" oder auf andere Weise in Längsrichtung verbunden werden, um so kollektiv große unitäre Fasern oder Filamente zu bilden. Bei der Berechnung der durchschnittlichen Fasergröße werden die in Längsrichtung verbundenen Fasern als eine einzelne Faser betrachtet. Die Makrofaserschicht weist vorzugsweise ein Flächengewicht von weniger als ungefähr 100 g/m², besonders bevorzugt ein Flächengewicht von zwischen ungefähr 10 g/m² und ungefähr 70 g/m² und ganz besonders bevorzugt zwischen ungefähr 15 g/m² und ungefähr 35 g/m² auf. Gemäß einem weiteren Aspekt reicht das Flächengewichtsverhältnis zwischen der ersten Schicht aus Feinfasern und der zweiten Schicht aus Makrofasern vorzugsweise von ungefähr 2 zu 1 bis ungefähr 10 zu 1, wobei bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Verhältnis zwischen der ersten Schicht aus Feinfasern und der zweiten Schicht aus Grobfasern bei ungefähr 3,3 zu 1 liegt.
Die zweite Schicht aus Makrofasern kann mittels Schmelzblasverfahren hergestellt werden, wobei die Makrofasern vorzugsweise im halbgeschmolzenen Zustand direkt auf die Feinfaserbahn derart aufgebracht werden können, dass die Makrofasern eine direkte und autogene Verbindung mit der Feinfaserbahn eingehen. Die Aufbringung der Makrofasern erfolgt derart, dass sie eine ausreichende latente Wärme aufweisen, wodurch diese wirkungsvoll miteinander wie auch mit den vorher aufgebrachten Feinfasern verbunden werden, wodurch ein Filtermedium geschaffen wird, das eine erhöhte Stärke und/oder Abriebbeständigkeit aufweist. Herkömmliche Schmelzblasmaschinen können zum Einsatz kommen, um derartige größere Grobfasern herzustellen, indem der Polymerdurchsatz, der Durchmesser der Düsenspitzenöffnung, die Bildungshöhe (das heißt der Abstand zwischen der Düsenspitze und der Bildungsoberfläche), die Schmelztemperatur und/oder die Ziehlufttemperatur geändert werden. Bei einem besonderen Beispiel kann die letzte Bank in einer Reihe von Schmelzblasfaserbanken derart angepasst werden, dass die letzte Schmelzblasbank eine Schicht aus Makrofasern über der neugebildeten Feinfaservliesbahn herstellt und diese darauf aufbringt. Im Zusammenhang mit der Herstellung größerer thermoplastischer Polyesterfasern durch Verringerung der Primärlufttemperatur und/oder Verringerung der Bildungshöhe wird die Herstellung größerer Grobfasern bewerkstelligt. Die Dicke oder das Flächengewicht der Makrofaserschicht kann je nach Bedarf durch Vergrößern der Anzahl aufeinanderfolgender Schmelzblasbanken erreicht werden, die derart modifiziert werden, dass die Herstellung größerer Grobfasern möglich wird. Man beachte, dass die jeweils für sich oder in Kombination mit den vorgenannten Parametern vorgenommene Änderung anderer Parameter ebenfalls erfolgen kann, um Makrofaserschichten und/oder -bahnen herzustellen. Verfahren zur Herstellung derartiger größerer Grobfasern sind eingehend in dem US-Patent mit der Nummer 4,659,609 von Lamers et al. und in dem US-Patent mit der Nummer 5,639,541 von Adam beschrieben, deren gesamter Offenbarungsgehalt zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Schrift hinzugenommen wird. Vorzugsweise wird die Makrofaserschicht koextensiv mit der Feinfaserschicht aufgebracht und haftet direkt daran an. In diesem Zusammenhang ist einsichtig, dass die Makrofasern nicht in nennenswertem Umfang gezogen und/oder ausgerichtet sind. Gleichwohl bilden die Makrofasern aufgrund der Tatsache, dass sie im halbgeschmolzenen Zustand auf die Feinfasern aufgebracht werden, gute Zwischenfaserverbindungen mit den Feinfaserfasern wie auch mit den anderen Grobfasern aus, wodurch eine Verbundstruktur gebildet wird, die eine erhöhte Stärke und Beständigkeit gegenüber handhabungsbedingter, verarbeitungsbedingter und/oder verwendungsbedingter Knötchenbildung aufweist. Darüber hinaus bildet die Makrofaserschicht ungeachtet der Bildung einer Schicht mit höherer Unregelmäßigkeit, polymeren Kügelchen und/oder einem Schuss eine offene Struktur aus, die die Filterwirksamkeit nicht nennenswert senkt und/oder die Bildung von Fusseln oder anderen Zusammenballungen fördert, die bei der späteren Anwendung von Nachteil sind. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, mehr als eine Makrofaserschicht auf die Feinfaserschicht aufzubringen. So können beispielsweise, wie in 2 gezeigt ist, Mikrofaserschichten 14, 16 über beiden Seiten der ersten Feinfaserschicht 12 ausgebildet werden, um das Filtermaterial mit der ersten Schicht aus Feinfasern 12 zu bil den, die zwischen der zweiten Schicht 14 aus Makrofasern und der dritten Schicht 16 aus Makrofasern angeordnet ist. In diesem Zusammenhang kann ein Zweischichtenlaminat mit einer ersten Schicht aus Feinfasern und einer zweiten Schicht aus Makrofasern von einer Speicherrolle abgewickelt und unter eine Schmelzblasdüse gebracht werden, wobei die Feinfaserschicht nach oben weist. Auf diese Weise wird eine Schicht aus Mikrofasern direkt auf die freiliegende Seite der Feinfaserschicht aufgebracht und haftet daran an, wodurch ein autogen verbundenes Dreischichtenlaminat gebildet wird.
Das Mehrschichtenvlies der vorliegenden Erfindung ist autogen verbunden und benötigt deshalb nicht unbedingt eine weitere Verbindung. Gleichwohl können nach der Aufbringung der Schichten die Schichten optional zusätzlich miteinander verbunden werden, um die Gesamtintaktheit der Mehrschichtenstruktur zu verbessern, und/oder derselben Steifheit zu verleihen. Wann immer eine zusätzliche Verbindung erwünscht ist, wird vorgezogen, wenn ein Verbindungsmuster Verwendung findet, das nur einen minimalen Flächenbereich des Materials einnimmt, da die Filterwirksamkeit typischerweise mit steigender Verbindungsfläche abnimmt. So soll das Verbindungsmuster vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 10% des Flächenbereiches der Lage ausmachen. Besonders bevorzugt ist, wenn die Verbindungsfläche zwischen 0,5% und ungefähr 5% des Flächenbereiches des textilen Gebildes ausmacht. Das Mehrschichtenlaminat kann durch kontinuierliche oder im Wesentlichen kontinuierliche Nähte und/oder diskontinuierliche Verbindungsbereiche verbunden sein. Vorzugsweise sind die Materialien für die Mehrschichtenfiltermedien punktverbunden. In diesem Zusammenhang bezeichnen die Begriffe „punktverbunden" oder „Punktverbindung" die Verbindung einer oder mehrerer Schichten eines textilen Gebildes an zahlreichen kleinen und diskreten Verbindungspunkten. Thermisches Verbinden erfolgt üblicherweise mittels Durchleiten einer oder mehrerer zu verbindender Schichten zwischen beheizten Walzen, so beispielsweise einer gemusterten Gravierwalze und einer Ambosswalze. Die Gravierwalze ist auf beliebige Weise derart gemustert, dass das textile Gesamtgebilde nicht über seine ganze Oberfläche verbunden wird, wobei die Ambosswalze üblicherweise flach ist. Es wurden zahllose Verbindungsmuster entwickelt, um verschiedene funktionelle und/oder ästhetische Eigenschaften zu verleihen, wobei die besondere Natur des Musters mit Blick auf die vorliegende Erfindung nicht erfindungswesentlich ist. Beispielhafte Verbindungsmuster sind in dem US-Patent mit der Nummer 3,855,046 von Hansen et al., dem US-Designpatent mit der Nummer 356,688 von Uitenbroek et al. und dem US-Patent mit der Nummer 5,620,779 von Levy et al. beschrieben. Diese und andere Verbindungsmuster können gegebenenfalls modifiziert werden, um die gewünschte Verbindungsfläche und Verbindungshäufigkeit zu erreichen.
Schmelzblasfilterlaminate gemäß der vorliegenden Erfindung sind für Fluidfilteranwendungen, darunter für die Anwendung als Filter von Flüssigkeiten, bestens geeignet. Das Filtermaterial wird häufig als Teil einer Filteranordnung eingesetzt, die das Filtermedium, einen Rahmen und ein Gehäuse umfasst. In diesem Zusammenhang wird der Begriff Rahmen in seinem breitesten Sinne verwendet und umfasst, ohne irgendeine Beschränkung, Randrahmen, Gitterträger, Kartuschen und andere Formen von Filterelementen. Üblicherweise ist das Filtermedium durch den Rahmen befestigt und/oder wird von diesem getragen. Oft ist der Rahmen verschiebbar mit dem Gehäuse in Eingriff gebracht. Der Rahmen kann derart ausgestaltet sein, dass er lösbar mit dem Gehäuseelement in Eingriff gebracht werden kann, sodass der Rahmen und das entsprechende Filtermedium bei Bedarf einfach ausgetauscht werden können. So können der Rahmen und/oder das Gehäuse beispielsweise derart ausgebildet sein, dass der Rahmen durch manuelles Drehen, Schrauben, Verbolzen, Einschnappen, Verschieben oder auf andere Weise in seiner Stellung festgemacht werden kann. Wie in 4 gezeigt ist, kann die Filteranordnung 40 einen Kanal 42 zum Leiten des Fluides und des Filtrates in Richtung der entsprechenden Pfeile aufweisen und darüber hinaus ein Filtergehäuse derart umfassen, dass der Rahmen 46 und das Filtermaterial 48 in eine Stellung geschoben werden können, wo sie den Kanal 42 und damit den Fluidweg versperren.
Das Vliesfiltermaterial kann allein oder als Teil einer Laminatstruktur in Kombination mit zusätzlichen Materialien verwendet werden. In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann das Vliesmaterial mit einem zusätzlichen Filtermaterial laminiert sein, so beispielsweise mit Papier, Membranen, Watte, Vliesen, Geweben, zellbildenden Schäumen und anderen Filtern und/oder Verstärkungsfiltermaterialien. Papierfiltermaterialien sind in einer großen Vielzahl von Güteklassen und Formen erhältlich. So kann beispielsweise das Filterpapier ein zellstoffbasiertes Papier mit Phenolformaldehydharz enthalten. Die Filterwirksamkeit des Filterpapiers kann je nach Bedarf durch Auswahl der Menge und Art von Harzbindemitteln, Zellstofffasergrößen und Zellstoffmassen, Prozessparametern und anderen dem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet bekannten Faktoren modifiziert werden. Das zusätzliche Filtermaterial kann mittels eines oder mehrerer einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet bekannter Verfahren fest an dem Vliesfiltermedium angebracht werden. Vorzugsweise wird der Papierfilter mittels eines Klebemittels auf das Vliesfiltermaterial laminiert. Hierbei kann das Filtermaterial mit einem Klebemittel be sprüht werden, woraufhin der Papierfilter und der Vliesfilter derart übereinandergebracht und verpresst werden, dass sie dauerhaft aneinander angebracht sind. Durch Aufbringung des Klebemittels auf das Vlies verschlechtert sich die Filterwirksamkeit des Papierfiltermaterials nicht in nennenswertem Umfang, da das Klebemittel lediglich an der Faseroberfläche mit dem Papierfiltermaterial in Kontakt tritt, sodass Verluste bei der Filterwirksamkeit minimiert werden. Alternativ kann das Klebemittel auf das Filterpapier gesprüht werden, woraufhin die behandelte Seite des Filterpapiers und das Vlies dauerhaft aneinander angebracht werden können. Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung kann das Vlies-/Papier-Laminat in Abhängigkeit von der Güteklasse des Filterpapiers für Teilchen mit 10 μm eine Filterwirksamkeit von wenigstens ungefähr 98% aufweisen. Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Filterwirksamkeit für Teilchen mit 2 μ bei wenigstens ungefähr 98% liegen.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Filtermedium 20 vorzugsweise eine Feinfaserschicht 22, die zwischen einer Makrofaserschicht 24 und einer Filterpapierlage 26 angeordnet ist. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel kann die Papierfilterlage auf eine Schicht mit 65 g/m² aus Feinfasern, darunter PBT-Schmelzblasfasern, derart adhäsiv laminiert werden, dass das Papierfilter direkt an der einen Seite der Feinfaserschicht und die Makrofaserschicht an der anderen oder gegenüberliegenden Seite der Feinfaserschicht anhaftet. Die Makrofaserschicht umfasst gleichermaßen vorzugsweise ein PBT-Polymer und kann ein Flächengewicht von ungefähr 20 g/m² aufweisen. Das Filtermaterial dieser Ausgestaltung ist insbesondere für die Verwendung als Koagulierfilter geeignet, der beispielsweise in Dieselmotoren und schiffstechnischen Anwendungen zum Einsatz kommt. Das Laminat verhindert den Durchtritt sowohl von Wasser wie auch von Teilchen, während es den Durchtritt von Kraftstoff zulässt. Das Vliesgebilde aus Polyester verhindert im Wesentlichen den Durchtritt von Wasser durch das Filtermedium wie auch den Durchtritt größerer Teichen. Das Papierfiltermedium filtert darüber hinaus Feinteilchen aus dem Kraftstoff aus. Koagulierfiltermedien sind oftmals in einem Rahmen und einem Gehäuse eingesetzt, die einer Flüssigkohlenwasserstoffpumpe entweder vor- oder nachgeordnet sind.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Filtermaterial optional verschiedene interne Zusatzstoffe umfassen und/oder an bestimmten Punkten Behandlungen erfahren, um dem Vliesgebilde zusätzliche oder verbesserte Eigenschaften zu verleihen. Derartige Zusatzstoffe und/oder Behandlungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dazu zählen beispielsweise Alkoholabstoßbehandlungen, antistatische Behandlungen, Be handlungen mit Benetzungschemikalien (wodurch die Oberfläche hydrophil oder hydrophiler gemacht wird), Antioxidiermitteln, Stabilisatoren, Entflammungshemmern, Desinfektionsmitteln, antibakteriellen Mitteln, Antipilzmitteln, Germiziden, Antivirusmitteln, Reinigungsmitteln, Säuerungsmitteln und dergleichen mehr.
Tests
Berstfestigkeit (mullen burst): Dieses Verfahren misst die Festigkeit eines textilen Gebildes beim Bersten unter Einwirkung einer anschwellenden Kraft, beispielsweise eines hydraulischen Druckes, der über eine Gummimembrane rechtwinklig zur Ebene des textilen Gebildes einwirkt. Die Berstfestigkeits- oder Berststärkemessung erfolgt entsprechend den Spezifikationen des Standards „TAPPI Official Standard T403 os-76", außer dass die Probengröße 5'' × 5'' war und zehn Proben pro Charge gemessen wurden.
Luftdurchlässigkeit nach Frazier: Dieser Test bestimmt für eine gegebene Flächengröße und für einen gegebenen Druck die Luftströmungsrate durch ein Muster. Je höher die Luftströmungsrate pro gegebene Fläche und gegebenem Druck ist, desto offener ist das Material, das heißt, desto mehr Fluid kann hindurchtreten. Die Luftdurchlässigkeitsdaten wurden unter Verwendung eines Luftdurchlässigkeitstestgerätes der Marke TEXTEST FX 3300 ermittelt.
Beispiele
Beispiel 1: Eine Schmelzblasfaserbahn mit 88 g/m² wurde derart hergestellt, dass sie zwei unterschiedliche Schichten aufwies. Die Schmelzblasfaserbahn umfasste eine erste Feinfaserschmelzblasschicht mit 68 g/m² und eine zweite Grobfaserschmelzblasschicht mit 20 g/m². Sowohl die Feinfasern wie auch die Grobfasern umfassten PBT mit einer intrinsischen Viskosität von 0,65 dl/g, das bei der Ticona Corporation unter der Handelsbezeichnung CELANEX 2008 erhältlich ist. Die Feinfaserschicht wurde bei einer Primärlufttemperatur von 501°F, einem Primärluftdruck von 9,3 psi und einer Lineargeschwindigkeit von 46 ft/min hergestellt, wohingegen die Grobfaserschicht bei einer Primärlufttemperatur von 489°F, einem Primärluftdruck von 2,1 psi und einer Lineargeschwindigkeit von 125 ft/min hergestellt wurden. Die Feinfaserschicht umfasste Fasern mit einer durchschnittlichen Fasergröße von ungefähr 3 μm bis 5 μm, wohingegen die Grobfaserschicht Fasern mit einer durchschnittlichen Fasergröße von ungefähr 20 μm und eine nennenswerte Anzahl in Längsrichtung verbundener Fasern umfasste, die gemeinsam große Filamente bildeten. Die Grobfaserschicht umfasste zahlreiche große Fasern. Die Grobfaserschmelze wurde koextensiv mit der Feinfaserschicht aufgebracht und haftete direkt an dieser an. Die sich ergebende Schmelzblasbahn wies eine höhere Abriebbeständigkeit auf, während sie eine Berstfestigkeit von 23 psi (pounds per square inch) und eine Luftdurchlässigkeit von 46 ft³/min/ft² bei einem halben Inch Wasser aufwies.
Verschiedene Patente und andere Verweisschriften wurden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung genannt, wobei für den Fall, dass eine Inkonsistenz zwischen deren Offenbarungen und der Offenbarung der vorliegenden Beschreibung auftreten sollte, die vorliegende Beschreibung gilt. Zudem wurde die Erfindung eingehend unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsbeispiele und insbesondere anhand der vorstehenden Beispiele beschrieben, wobei für einen Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet einsichtig ist, dass verschiedenartige Abwandlungen, Modifikationen und andere Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen wurde. Es ist daher beabsichtigt, dass all diese Abwandlungen, Modifikationen und anderen Änderungen in den nachfolgenden Ansprüchen eingeschlossen sind.

Claims

Filter, der umfasst: einen Rahmen, an dem ein Vlies-Filtermaterial fest angebracht ist; wobei das Vlies-Filtermaterial I) eine erste Schicht aus Thermoplast-Polykondensatpolymer-Mikrofasern mit einer durchschnittlichen Fasergröße von weniger als ungefähr 8 μm und II) eine zweite Schicht umfasst, die Thermoplast-Polykondensatpolymer-Fasern mit Fasern über 12 μm umfasst, und die zweite Schicht autogen an die erste Schicht gebunden ist.
Filter nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht Meltblown-Fasern umfasst und ein Flächengewicht von weniger als ungefähr 100 g/m² hat.
Filter nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht in Längsrichtung gebundene Fasern enthält.
Filter nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht aus Mikrofasern Meltblown-Fasern mit einem Flächengewicht zwischen 17 g/m² und 300 g/m² umfasst und des Weiteren die feinen Fasern einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen ungefähr 0,5 μm und ungefähr 6 μm haben.
Filter nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Schicht ein Thermoplast-Polyester umfassen.
Filter nach Anspruch 1, wobei das Flächengewichtsverhältnis der ersten Schicht zu der zweiten Schicht zwischen 2:1 und 10:1 liegt.
Filter nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Schicht Polybutylenterephthalat umfassen.
Filter nach Anspruch 5, wobei die zweite Schicht ein Flächengewicht von weniger als 70 g/m² hat.
Filter nach Anspruch 1, der des Weiteren eine Filterpapierlage umfasst, die auf das Vlies-Filtermaterial laminiert ist.
Filter nach Anspruch 9, wobei eine Filterpapierlage auf die erste Schicht des Vlies-Filtermaterials laminiert ist.
Filter nach Anspruch 8, der des Weiteren eine Filterpapierlage umfasst, die auf das Vlies-Filtermaterial laminiert ist.
Filter nach Anspruch 11, wobei das Filterpapier auf die erste Schicht des Vlies-Filtermaterials laminiert ist.
Filter nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Schicht des Vlies-Filtermaterials beide Meltblown-Thermoplastpolyester-Fasern umfassen, die zweite Schicht ein Flächengewicht von weniger als 34 g/m² hat und die erste Schicht ein Flächengewicht zwischen 34 g/m² und ungefähr 175 g/m² hat.
Filter nach Anspruch 13, wobei das Polyester Polybutylenterephthalat umfasst.
Filter nach Anspruch 14, der des Weiteren eine Filterpapierlage umfasst, die auf das Vlies-Filtermaterial laminiert ist.
Filter nach Anspruch 15, wobei die Filterpapierlage auf die erste Schicht aus Vlies-Filtermaterial laminiert ist.
Filter nach Anspruch 2, wobei das Vlies-Filtermaterial eine dritte Schicht umfasst, die Thermoplastpolymer-Meltblown-Fasern mit Fasern über ungefähr 12 μm umfasst, und die zweite Schicht autogen an die erste Schicht gebunden ist.
Filter nach Anspruch 17, wobei die zweite und die dritte Schicht jeweils ein Flächengewicht von weniger als 34 g/m² haben.
Filter nach Anspruch 18, wobei die erste Schicht ein Flächengewicht zwischen ungefähr 34 g/m² und 150 g/m² hat und des Weiteren die erste, die zweite sowie die dritte Schicht Polyesterfasern umfassen.
Filter nach Anspruch 19, wobei eine Papierfilterlage auf das Vlies-Filtermaterial laminiert ist.