多层过滤材料和由其制备的过滤元件的利记博彩app
【专利摘要】用于气体过滤和液体过滤的多层可净化过滤材料具有过滤层和在流动方向上位于下游的载体层，其中过滤层基本上没有树突并且由通过弹性聚合物纤维形成的熔喷无纺布组成，所述弹性聚合物纤维具有至少100%的断裂伸长。
【专利说明】多层过滤材料和由其制备的过滤元件
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于从液体和气体中分离出粗杂质和细杂质的多层可净化过滤材料和由其制备的过滤元件。
【背景技术】
[0002]为了从液体和气体中除去固体杂质，例如粉尘粒子，基本上存在两种不同类型的过滤材料。
[0003]一种类型是深层过滤材料，其被构造成在其阻塞之前可以容纳和储存尽可能多的粉尘。这种过滤材料理想地具有不对称结构，亦即孔直径和纤维直径在流动方向上变得越来越小。这造成大粉尘粒子优选在深层过滤材料的最上层中分离出并嵌入，而小粉尘粒子在其分离出之前进一步向深层前进。在液流或气流受到嵌入的粉尘粒子的强烈阻碍而造成过滤材料的阻塞之前，通过粉尘粒子在过滤材料的整个深度上的分布可以嵌入相当多的粉尘。这种过滤器不可净化并且在达到给定压差之后必须拆卸和丢弃。
[0004]第二种类型为表面过滤材料。在这种过滤材料中，在流动方向上的第一过滤层具有最小的孔直径和纤维直径。之后的层通常为更加开孔的并且具有更厚的纤维。所述之后的层主要充当第一过滤层的载体并且赋予整个过滤材料所需的机械强度和刚性。所有粉尘粒子，无论大或小，理想地在第一层上分离出而不进入过滤材料。由此在过滤材料的表面上随时间而形成尘饼，所述尘饼越来越强烈地阻碍液流或气流。由于尘饼非常松散地处于过滤材料的表面上，其也可以相当容易地再次净化。理想地通过拍打、振摇、清洗、压力冲击脉冲或反冲洗进行净化。在反冲洗和压力冲击脉冲的情况下，用清洁液体或清洁气体逆着原始流动方向在短时间内加载过滤材料。因此过滤材料表面的尘饼脱落并且经净化的过滤材料准备用于下一过滤周期。在反冲洗中，用相对低的净化流体流速在较长的时间内进行，而在压力冲击脉冲的情况下，净化流体以短暂猛烈撞击的形式进行冲击。
[0005]用于表面过滤的过滤材料为单层或多层结构。单层表面过滤材料为例如在流入侧上具有比流出侧上更小的孔的滤纸，或单侧压实的针刺毡或纺粘无纺布。单侧压实的纺粘无纺布例如描述于公开文献DE10039245A1。尽管在压实侧上被单侧表面压实，单层过滤材料具有仍然相当大的孔并且仅适用于相当粗粒的粉尘。较细的粉尘颗粒进入过滤材料的深层并且不能再净化。由此过滤材料在相当短的时间之后阻塞并且必须更换。
[0006]为了分离出细粉尘例如染料粉末、经研磨树脂或水泥，使用具有至少两层结构的过滤材料。在具有高机械强度和刚性的载体上施加膜、纳米纤维层或熔喷层作为过滤层。过滤层为在流动方向上的第一层。
[0007]具有PTFE —膜的过滤材料例如描述于期刊CAV12/92 (第86页)。这种过滤材料即使在高温下也非常适合分离出细粉尘。针对所有类型的粉尘的净化行为均非常良好。然而这种过滤材料非常昂贵并且膜非常容易撕裂并且不是特别耐磨。
[0008]欧洲专利文献EP1326698B1示例性地描述了具有纳米纤维层的过滤材料。纳米纤维在电纺方法中制备。在该文献中公开的过滤材料同样适合分离出细粉尘。其同样具有非常良好的分离行为。由于小于IOy m的低层厚度和0.01 - 0.5 的极低纤维直径，纳米纤维层在机械上不十分稳定并且容易破坏。此外，整个过滤材料由于电纺方法的低生产率
而非常昂贵。
[0009]具有熔喷层的过滤材料的一个实例描述于德国公开文献DE4443158A1。这种过滤材料的优点是相对低的价格。然而此处的缺点是熔喷层的不太高的机械强度。
[0010]使用熔喷无纺布作为过滤材料长久以来是已知的。熔喷方法例如详细描述于 A.van Wente 的“Superfine Thermoplastic Fibers”， Industrial EngineeringChemistry,第48卷,第1342 — 1346页。通过这种方法可以制备直径为0.3 — 15 y m的基本连续的纤维。纤维直径越小并且纤维堆积得越厚，熔喷无纺布越好地适合从气体和液体中分离出细粉尘。然而遗憾的是，纤维的机械强度也随着纤维直径而降低。每当所制备的熔喷无纺布经受机械负荷(例如手指在表面上摩擦或在随后的过滤元件制备的过程中折叠过滤材料)时，一些纤维断裂并且产生树突。树突被理解为不同长度的断裂的熔喷纤维，其以10°至90°的角度从熔喷无纺布的表面突出。由于过滤材料在过滤元件的制备中通常还要折叠，树突伸入流入侧的自由空间。当熔喷无纺布本身带静电时，树突从熔喷无纺布的表面的突出更为加剧。具有这种由熔喷无纺布形成的过滤材料的过滤元件在短时间之后就倾向于阻塞，结果是必须更换过滤材料。
[0011]如DE4443158A1和DE10039245A1中所述，通过使用压延机进行表面热压实从而改进机械强度和表面光滑度。然而使熔喷无纺布的机械强度显著升高的表面压实同时负面影响孔隙率和透气性。此外，热压实构成额外的工艺步骤。DE4443158A1中还公开了熔喷无纺布可以用粘结剂单独或与载体一起进行加固，以便提高耐磨性和耐刮性。然而这种方法再次负面影响过滤材料的透气性并且构成另外的昂贵的方法步骤。
[0012]因此迫切需要不具有上述缺点的过滤材料。
【发明内容】
[0013]因此本发明的目的是提供特别用于机动车过滤器、吸尘器过滤器和工业过滤器的过滤材料，所述过滤材料在过滤器等级F5至H12中具有根据EN779和ISO EN1822的非常好的分离度并且可以非常良好地净化。此外应获得通过这种过滤材料制备的过滤元件。
[0014]根据本发明通过权利要求1和12的特征实现所述目的。本发明的有利的实施方案描述于其它权利要求。
[0015]本发明的详细说明、实施例
[0016]根据本发明的过滤材料在流动方向上的第一层由熔喷无纺布组成，所述熔喷无纺布至少基本上没有树突。这通过如下实现:熔喷无纺布由弹性聚合物纤维组成并且具有根据DIN EN IS01924-2的至少100%的断裂伸长，其中用于制备弹性聚合物纤维的聚合物具有根据DIN53504在23±2°C下至少100%的断裂伸长。已经显示，在没有这种树突的情况下可以大大改进由细纤维组成的熔喷无纺布的净化能力。这归因于，在过滤过程中粉尘粒子可以特别良好地附着在树突上并且形成尘饼，所述尘饼特别通过反冲洗或通过压缩空气撞击仅能不完全地净化。相反，在没有这种树突的情况下获得熔喷无纺布的非常光滑的表面，尘饼非常难以附着在所述表面上。
[0017]通过合适的聚合物选择实现无树突。合适的聚合物优选为热塑性弹性体或热塑性弹性体与非弹性热塑性聚合物的混合物。特别优选具有抗静电性质的热塑性弹性体和热塑性弹性体与非弹性热塑性聚合物的混合物。适合制备根据本发明的过滤材料的热塑性弹性体或热塑性弹性体和非弹性热塑性聚合物的混合物具有根据DIN53504的至少100%，优选至少200%和特别优选至少400%的断裂伸长。所述测量根据DIN53504在室温(23±2°C )下在SI或S2型哑铃上进行。所述哑铃在测量之前在23±2°C和50±2%的空气湿度下进行空气调节24小时。纤维由于高弹性而容纳和吸收例如通过摩擦而产生的机械力。纤维伸长而不撕裂并且在力作用结束之后基本上再次呈现其原始形状。因此也不产生孔隙率和透气性的变化。
[0018]在进一步的研究中发现，由热塑性弹性体或热塑性弹性体和非弹性热塑性聚合物的混合物形成的纤维具有抗静电性质并且因此不带电，提供了另一优点。如果尽管具有高弹性仍然发生了纤维撕裂，纤维端部则基本上保持位于无纺布表面上并且由于无纺布表面的静电排斥而不伸出。所使用的聚合物要么是抗静电的，例如热塑性聚氨酯，要么是通过加入具有抗静电性质的合适试剂而获得的聚合物。合适的抗静电试剂为例如炭黑、季铵盐。
[0019]合适的热塑性弹性体为例如热塑性聚氨酯、烯属热塑性弹性体、苯乙烯一嵌段一共聚物、热塑性聚酯一弹性体、热塑性一聚醚一聚酰胺或其混合物。与热塑性弹性体混合的合适的非弹性热塑性聚合物为例如聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚碳酸酯或其混合物。
[0020]为了制备熔喷无纺布，使用本领域技术人员已知的熔喷方法，例如在Van A.Wente的“Superfine Thermoplastic fibers，，，Industrial Engineering Chemistry,第 48 卷，第1342 - 1346页中描述。
[0021]熔喷无纺布优选具有5 - 200g/m2的单位面积质量，10 一 80001/m2s的透气性，0.05 - 2.0mm的厚度，至少100%的断裂伸长，0.3 - 12 Um的平均纤维直径，在10040个周期之后至少80%的净化度，在10040个周期之后在净化之后最高600Pa的压力损失和10070个周期的至少2000min的总时间,优选10 — 150g/m2的单位面积质量,20 — 40001/m2s的透气性，0.08 - 1.5mm的厚度，至少200%的断裂伸长，0.3 - 10 u m的平均纤维直径，在10040个周期之后至少85%的净化度，在10040个周期之后在净化之后最高400Pa的压力损失和10070个周期的至少2100min的总时间，特别优选15 — 100g/m2的单位面积质量，20 —25001/m2 s的透气性，0.1 - 1.0mm的厚度，至少300%的断裂伸长，0.3 - 8um的平均纤维直径，在10040个周期之后至少90%的净化度，在10040个周期之后在净化之后最高300Pa的压力损失和10070个周期的至少2200min的总时间。根据本发明的过滤材料的另一层(特别是第二层)为第一层的载体层。载体层基本上不可伸长并且比第一层更为开孔和透气。因此载体层仅对粉尘分离提供少量贡献。载体层的目的是赋予根据本发明的过滤材料所需的抗张强度和刚性。抗张强度的高低取决于过滤材料的使用目的。然而抗张强度必须始终足够高，使得过滤材料在给定的使用条件下不撕裂并且不变形。如果过滤材料为了使用而需要折叠，则选择尽可能硬的载体层，例如用树脂浸透的纸，因此折叠即使在给定的操作条件下也保持其形状。本领域技术人员知晓如何从大量可用的载体中挑选对于给定的使用目的来说最佳的载体。合适的载体层为例如由纤维素纤维、无机纤维、碳纤维、塑料纤维或其混合物形成的浸溃的纸、纺粘无纺布、针刺毡、由玻璃纤维或合成纤维形成的织物、格栅结构(编织、挤制)和此处所述的材料的各种组合。[0022]所述载体层优选具有如下机械性质:
[0023]单位面积质量:20 - 1000g/m2
[0024]厚度:0.05 — 60mm
[0025]Mullen 破裂强度:大于 IOOkPa
[0026]透气性:10— 80001/m2s
[0027]根据DIN EN IS01924-2的在100mm/min的退绕速度下的取决于材料的断裂伸长:在1% (含纤维素的湿铺载体)和40% (以针刺毡、纺粘无纺布、织物的形式实施的合成载体)之间
[0028]为了升高强度或刚性，根据本发明的过滤材料还可以包含第三层。第三层为支撑格栅，其在流动方向上形成最后一层或者设置在第一层(熔喷无纺布)和第二层(载体层)之间。合适的支撑格栅为例如具有在5和75g/m2之间的平均面积质量和1001/m2的最小透气性的塑料格栅、金属格栅、纺粘无纺布、玻璃纤维织物、玻璃纤维无纺布。
[0029]根据本发明的过滤材料的所有层优选用粘合剂或通过焊接或其组合而彼此结合。
[0030]用于这种用途的合适的粘合剂为例如聚氨酯粘合剂、聚酰胺粘合剂和聚酯粘合齐U、聚丙烯酸酯粘合剂、聚乙酸乙烯酯粘合剂或苯乙烯一嵌段一聚合物一粘合剂。在此特别优选通过空气湿度交联的聚氨酯粘合剂。粘合剂可以以粉末或熔化形式通过网纹辊或喷嘴施用。当粘合剂以粉末形式施用时，随后必须通过热处理使粘合剂熔化。然后根据本发明的过滤材料的相邻层在压力下彼此结合。当粘合剂通过网纹辊或喷嘴施用时，其在喷射之前就以熔化或溶液或分散体的液体形式存在。通过喷嘴施用可以以细液滴的形式或以丝线的形式进行。然后在该方法中，根据本发明的过滤材料的相邻层也通过压力而彼此结合。粘合剂的施用重量通常在2 - 20g/m2之间，优选在4 - 15g/m2之间和特别优选在5 — IOg/
m2o
[0031 ] 焊接可以通过超声波设备以及通过热压延机进行。在此，待焊接层的聚合物局部熔化并且彼此焊接。在此，焊接可以具有任意几何形状，例如点、直线、曲线、菱形、三角形等。焊接面积有利地占根据本发明的过滤材料的总面积的最高10%。
[0032]根据本发明的过滤材料可以进一步加工成所有常见的元件形式。因此可以通过其制成例如管、袋或囊。或者可以在所有常见的加工机器上对其进行冲压、折叠、在横向方向上是波浪状的、在纵向方向上具有凹槽等。
[0033]如上所述，根据本发明的过滤材料和由其制备的过滤器可非常良好地净化从而延长寿命。合适的净化方法为例如清洗、反冲洗、拍打、振动和压力冲击脉冲。
[0034]测试方法说明
[0035]除非另有声明，断裂伸长根据DIN EN IS01924-2，退绕速度100mm/min，样本宽度50mm,夹紧长度IOOmm
[0036]单位面积质量根据DIN EN IS0536
[0037]厚度根据DIN EN IS0534
[0038]透气性根据DIN EN IS09237，压差 200Pa
[0039]净化度根据VDI IS03926
[0040]平均纤维直径通过REM方法，FEI公司的设备Phenom结合FEI公司的分析软件Fibermetric[0041]Mullen 破裂强度根据 DIN53141
[0042]单位面积重量、厚度、透气性、破裂强度和断裂伸长的测量在样本上进行，所述样本在测量之前在23±2°C和50±2%的相对空气湿度下进行空气调节24小时。测量本身在室温(23±2°C)下进行。[0043]实施例1
[0044]载体层的反面与由熔喷无纺布组成的表层的反面粘合。熔喷无纺布由热塑性聚氨酯组成，所述热塑性聚氨酯由BASF公司的原料Elastollan制成,并且具有2.2iim的平均纤维直径、20g/m2的单位面积质量、8001/m2s的透气性、0.2 u m的厚度和的220%断裂伸长。载体层由湿铺纤维素组成，所述湿铺纤维素用Huntsman公司的20%的环氧树脂浸溃，并且具有122g/m2的单位面积质量、2101/m2s的透气性和290kPa的破裂压力。载体层以布鲁克米赫尔的公司Neenah Gessner GmbH的名称L4 — 2iHP获得。用Kleiberit公司的PUR700.7型湿度交联的聚氨酯一热熔粘合剂使两个层彼此粘合。通过喷嘴以长丝的形式以6.0g/m2的施用重量进行施用。整个过滤材料具有148g/m2的单位面积质量，0.58mm的厚度和1661/m2S的透气性。所述过滤材料以平面样本的形式根据VDI IS03926进行测量。结果列于表I的实施例1。
[0045]实施例2 (对比实施例)
[0046]载体层的反面与由熔喷无纺布组成的表层的反面粘合。熔喷无纺布由聚对苯二甲酸丁二醇酯组成，所述聚对苯二甲酸丁二醇酯由Ticona公司的原料Cellanex2008制成,并且具有2.0 ii m的平均纤维直径、20g/m2的单位面积质量、7601/m2s的透气性、0.18 u m的厚度和的25%断裂伸长。载体层由湿铺纤维素组成，所述湿铺纤维素用Huntsman公司的20%的环氧树脂浸溃，并且具有122g/m2的单位面积质量、2101/m2s的透气性和290kPa的破裂压力。载体层以布鲁克米赫尔的公司Neenah Gessner GmbH的名称L4 一 2iHP获得。用Kleiberit公司的PUR700.7型湿度交联的聚氨酯一热熔粘合剂使两个层彼此粘合。通过喷嘴以丝线的形式以6g/m2的施用重量进行施用。整个过滤材料具有148g/m2的单位面积质量，0.56mm的厚度和1651/m2s的透气性。所述过滤材料以平面样本的形式根据VDI IS03926进行测量。结果列于表1的实施例2。
[0047]表1
[0048]
I实施例1I实施例2
30个周期之后的净化度95.5%77.5%
10040个周期之后的净化度91.7%78.9%
最后一个周期(10070)之后的净化度91.4%74.6%
10040个周期之后的压力损失261Pa301Pa
10070 个周期的总时间2252.34min 1980.77min
[0049]如通过表1可知，在所有测量标准下，由根据本发明的过滤材料形成的过滤元件(实施例1)可以比具有常规PBT —熔喷层的过滤材料(实施例2)明显更好的净化。
【权利要求】
1.可净化过滤材料，包含熔喷无纺布的可净化第一层和形成载体层的另一层，其特征在于，熔喷无纺布由弹性聚合物纤维组成并且具有根据DIN EN IS01924-2的至少100%的断裂伸长，其中用于制备弹性聚合物纤维的聚合物具有根据DIN53504的在23±2°C下的至少100%的断裂伸长。
2.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述弹性聚合物纤维由热塑性弹性体或由热塑性弹性体和非弹性聚合物的混合物组成。
3.根据权利要求1或2所述的过滤材料，其特征在于，所述第一层的熔喷无纺布由热塑性弹性聚合物组成，所述热塑性弹性聚合物选自热塑性聚氨酯、烯属热塑性弹性体、苯乙烯一嵌段一共聚物、热塑性聚酯一弹性体和热塑性聚醚一聚酰胺。
4.根据前述权利要求任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述第一层的熔喷无纺布是抗静电的。
5.根据前述权利要求任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述熔喷无纺布具有5-200g/m2的单位面积质量，0.05 — 2.0mm的厚度，10 — 80001/m2s的透气性和0.3 - 12 Um的平均纤维直径。
6.根据前述权利要求任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述载体层由湿铺或干铺无纺布组成，所述湿铺或干铺无纺布由纤维素纤维或合成纤维或无机纤维或碳纤维或其混合物组成。
7.根据前述权利要求任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述载体层具有20-1000g/m2的单位面积质量，0.05 - 60mm的厚度，10 一 80001/m2/s的透气性和至少IOOkPa的破裂强度。
8.根据前述权利要求任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述过滤材料具有形成支撑格栅的另一层，其中所述支撑格栅设置在熔喷无纺布和载体层之间或者在流动方向上设置在载体层后方。
9.根据权利要求8所述的过滤材料，其特征在于，所述支撑格栅在流动方向上形成最后一层。
10.根据权利要求8或9所述的过滤材料，其特征在于，所述支撑格栅为塑料格栅、金属格栅、纺粘无纺布、玻璃纤维无纺布或玻璃纤维织物。
11.根据前述权利要求任一项所述的过滤材料，其特征在于，所有层通过粘合和/或焊接而彼此结合。
12.根据前述权利要求任一项所述的过滤材料，其特征在于，10040个周期之后的净化度为至少80%。
13.用根据前述权利要求任一项所述的过滤材料制备的过滤元件。
14.根据权利要求13所述的过滤元件，其特征在于，所述过滤材料以囊、袋或软管的形式成型。
15.根据权利要求13或14所述的过滤元件，其特征在于，所述过滤材料是折叠和/或冲压的。
16.根据权利要求13至15任一项所述的过滤元件，其特征在于，所述过滤材料在纵向上是有凹槽的。
17.根据权利要求13至16任一项所述的过滤元件，其特征在于，所述过滤材料在横向上是波浪状的。`
【文档编号】B01D39/16GK103687657SQ201280035725
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年2月9日 优先权日:2011年8月26日
【发明者】A·德梅尔, I·迈尔, B·克劳斯尼特策 申请人:尼纳盖斯纳有限公司