PL194956B1

PL194956B1 - Materiał filtracyjny dla ciekłych mediów oraz sposób i urządzenie do wytwarzania materiału filtracyjnego

Info

Publication number: PL194956B1
Application number: PL346977A
Authority: PL
Inventors: Gerald Rosenberg; Martina Max; Uwe Krull
Original assignee: Helsa Automotive Gmbh & Co Kg
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2007-07-31
Also published as: PL346977A1; ATE242038T1; DE19845526A1; AU1262600A; EP1117470A1; DE19845526C2; US6423123B1; DE19845526C5; DE59905872D1; WO2000020099A1; EP1117470B1

Abstract

1. Materia l filtracyjny, zw laszcza w postaci wy- robów powierzchniowych, dla ciek lych mediów, z war- stw a no sn a i warstw a adsorpcyjn a, przy czym war- stw e adsorpcyjn a stanowi a pokryte cz astkami adsor- benta nici kleju topliwego, znamienny tym, ze udzia l kleju topliwego wynosi od 2 do 10% wagowych war- stwy adsorpcyjnej (4) i warstwy no snej (3), za s ma- teria l filtracyjny zawiera od 300 do 3500 g/m 2 czas- tek (1) adsorbenta. 27. Urz adzenie do wytwarzania materia lu filtra- cyjnego, które zawiera g lowic e natryskow a z co naj- mniej jedn a dysz a, usytuowan a w odst epie od prze- mieszczanej wst egi w lókniny no snej, oraz jednost- k e doprowadzaj ac a dla cz astek materia lu i jedno- stk e transportow a dla w lókniny no snej, znamienne tym, ze g lowica natryskowa (5) z dysz a jest usta- wiona pod k atem ( a) do pionu, za s wylot jednostki doprowadzaj acej (6) jest usytuowany w odst epie od 1 do 5 cm od g lowicy natryskowej (5). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest materiał filtracyjny dla ciekłych mediów oraz sposób i urządzenie do wytwarzania materiału filtracyjnego.

Szczególny obszar zastosowania takich filtrów adsorpcyjnych stanowi zwłaszcza ich wykorzystanie w samochodach jako filtrów dla powietrza w kabinie. Inne obszary zastosowania stanowi przykładowo wytwarzanie odzieży ochronnej i wkładek do butów lub wykorzystanie jako filtry powietrza odlotowego w gospodarstwie domowym.

Ze stanu techniki znany jest szereg różnych filtrów adsorpcyjnych i sposoby ich wytwarzania. Te znane ze stanu techniki filtry adsorpcyjne można w zasadzie podzielić na takie, w których cząstki adsorbenta są umieszczone wewnątrz warstwy włókniny, warstwy włóknistej lub piankowej, oraz takie, w których cząstki adsorbenta znajdują się na warstwie filtru cząstkowego lub pomiędzy dwiema takimi warstwami.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 37 19 415 A1 znany jest przykładowo element filtracyjny z nośnikiem piankowym o otwartych porach i cząstkami adsorbenta. Pomijając skomplikowany sposób wytwarzania, tego typu element filtracyjny jest o tyle niekorzystny, że nanoszona ilość adsorbenta, a co za tym idzie, pojemność filtru jest ograniczona wielkością porów nośnika piankowego. Większy ciężar powierzchniowy filtru można osiągnąć jedynie poprzez zwiększenie grubości osnowy piankowej, co pociąga za sobą gorszą przepuszczalność powietrza, to znaczy większy spadek ciśnienia na filtrze. Pewien problem stanowi również równomierne wprowadzanie cząstek adsorbenta, przy czym w opisie nr DE 37 19 415 A1 ujawnione jest także zastosowanie środków wiążących do unieruchomienia cząstek adsorbenta. Kolejna istotna wada filtrów opisanego rodzaju polega na tym, że grubość zastosowanych pianek znacznie utrudnia plisowanie, niezbędne przy wytwarzaniu filtrów kombinowanych.

W niemieckim opisie patentowym nr DE-AS 25 02 096 ujawniony jest filtr adsorpcyjny, przy wytwarzaniu którego cząstki adsorbenta są umieszczane we włókninie podczas jej układania i utrzymywane pomiędzy punktami krzyżowania się włókien, użytych do wytwarzania włókniny, wyłącznie mechanicznie, to znaczy bez środka wiążącego lub kleju. Tak wykonane filtry adsorpcyjne mają jednak szereg wad. Po pierwsze włóknina musi mieć pewną minimalną gęstość, aby w dużym stopniu zapobiec wypadaniu cząstek adsorbenta, przy czym nie można w pełni zapobiec wypadaniu cząstek adsorbenta przy obciążeniu mechanicznym, na przykład wskutek wibracji lub, w przypadku odzieży ochronnej, przy jej noszeniu. Zwłaszcza zaś wymagana gęstość włókniny powoduje spadek ciśnienia na filtrze, czego w miarę możliwości należy unikać.

W niemieckim opisie patentowym przedstawiona jest warstwa filtracyjna, w której cząstki adsorbenta unieruchamia się we włókninie za pomocą odpowiedniego, również utwardzalnego, środka wiążącego. W tym celu odpowiednią wstęgę włókniny pokrywa się natryskowo środkiem wiążącym, a następnie na włókninie umieszcza się cząstki adsorbenta i rozprowadza się je w warstwie włókniny za pomocą sita wstrząsowego. Niekorzystny jest przy tym fakt, że osiągnięcie równomiernego rozkładu cząstek adsorbenta wewnątrz warstwy włókniny wymaga, o ile w ogóle jest możliwe, wysokich nakładów, ponieważ cząstki adsorbenta, padające jako pierwsze na pokrytą środkiem wiążącym włókninę, natychmiast przywierają do jej włókien i co najmniej silnie zakłócają dalsze wnikanie cząstek adsorbenta we włókninę. Ponadto nie można wykluczyć, że sprawność adsorpcyjna tego typu filtru będzie dość znacznie ograniczona, ponieważ duża cześć powierzchni cząstek adsorbenta jest zwilżona środkiem wiążącym, w związku z czym nie może być wykorzystana do adsorpcji.

Podobny filtr, jak opisany powyżej, jest znany z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5,124,177. Przy wytwarzaniu filtru znanego z US 5,124,177 wstęgę włókniny pokrywa się również najpierw natryskowo środkiem wiążącym, a następnie na włókninie umieszcza się cząstki adsorbenta i wprowadza w nią mechanicznie. Opcjonalnie jako następny etap można zastosować drugi natrysk środka wiążącego. Filtr ten ma w związku z tym takie same wady, jak opisany powyżej, przy czym w wariancie sposobu z drugim nakładaniem środka wiążącego sprawność adsorpcji ulega dalszemu obniżeniu. Ponadto w stosunku do masy cząstek adsorbenta potrzebna jest duża ilość środka wiążącego, aby zapewnić trwałe unieruchomienie cząstek adsorbenta.

Tekstylny filtr powierzchniowy o własnościach adsorpcyjnych, który nie zawiera dodatkowego środka wiążącego opisanego powyżej rodzaju, jest przedmiotem niemieckiego opisu patentowego nr DE 3 200 959 A1. W tym filtrze cząstki adsorbenta są wprowadzane we włókninę, zawierającą włókna, które przy podwyższonej temperaturze stają się chwilowo kleiste, nie ulegając przy tym stoPL 194 956 B1 pieniu. Jako tego typu włókna zaproponowano heterofilowe włókna z dwóch, ustawiono współosiowo względem siebie, komponentów, z których zewnętrzny ma niższą temperaturę topnienia, oraz niezorientowane amorficzne włókna poliestrowe. Przy wytwarzaniu tego filtru tworzy się najpierw włókninę z odpowiednich włókien, następnie we włókninę wprowadza się cząstki adsorbenta i na zakończenie unieruchamia się cząstki adsorbenta na włóknach poprzez nagrzanie włókniny i jej następne schłodzenie. Niekorzystne jest przy tym zarówno skomplikowane wytwarzanie filtru, jak też stosunkowo silne zwilżenie powierzchni cząstek adsorbenta w miejscach styku z unieruchamianymi włóknami, przy czym jedna cząstka adsorbenta jest, ogólnie rzecz biorąc, unieruchamiana na kilku włóknach. Ponadto stosowane włókna wiążące są stosunkowo drogie.

Ze stanu techniki należy ponadto wymienić brytyjski opis patentowy nr GB 2 077 141 A, niemieckie opisy patentowe nr DE 38 13 564 A1 i DE 40 34 798 C2 oraz europejski opis patentowy nr EP 0 818 230 A1, z których każdy dotyczy filtrów o własnościach adsorpcyjnych, w których co najmniej jedna warstwa cząstek adsorbenta jest unieruchomiona za pomocą środka wiążącego na powierzchni podłoża, na przykład włókniny. W filtrach tych niekorzystne jest zwłaszcza to, że potrzebna jest stosunkowo duża ilość środka wiążącego, przy czym pojemność adsorpcyjna pozostawia wiele do życzenia z uwagi na zwilżenie powierzchni cząstek adsorbenta środkiem wiążącym. Dla praktycznego zastosowania wymagane jest ponadto zastosowanie jeszcze jednej warstwy włókniny, aby cząstki adsorbenta nie odrywały się od podłoża pod wpływem obciążenia mechanicznego.

W zakresie znanych ze stanu techniki materiałów filtracyjnych o własnościach adsorpcyjnych i związanych z tym niedogodności istnieje potrzeba opracowania ulepszonego materiału filtracyjnego, który w jak największym stopniu wyeliminuje wady znane ze stanu techniki i będzie bardziej opłacalny do wytwarzania. Zaproponowanie tego typu wyrobów powierzchniowych, na przykład do zastosowania jako filtry, sposobu ich wytwarzania oraz urządzenia do realizacji tego sposobu stanowi zatem cel niniejszego wynalazku.

Materiał filtracyjny, zwłaszcza w postaci wyrobów powierzchniowych, dla ciekłych mediów, z warstwą nośną i warstwą adsorpcyjną, przy czym warstwę adsorpcyjną stanowią pokryte cząstkami adsorbenta nici kleju topliwego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że udział kleju topliwego wynosi od 2 do 10% wagowych warstwy adsorpcyjnej i warstwy nośnej, zaś materiał filtracyjny zawiera od 300 do 3500 g/m² cząstek adsorbenta.

Korzystnie cząstki adsorbenta stanowią krzemiany, zeolity i/lub zwłaszcza węgiel aktywny.

Korzystnie pokryte cząstkami adsorbenta nici kleju topliwego przywierają na niewielkiej powierzchni do warstwy nośnej i/lub tworzą nieregularną trójwymiarową siatkę o dużych oczkach.

Korzystnie warstwę nośną stanowi włóknina, włóknina narzucana, dzianina lub dzianina szydełkowa i/lub włóknina na bazie poliestru, poliolefiny, poliwęglanu, poliuretanu lub poliamidu względnie włóknina z retykulowanej pianki poliuretanowej.

Korzystnie klej topliwy jest z materiału na bazie poliestru, poliolefiny, poliwęglanu, poliuretanu lub poliamidu, przy czym klej topliwy jest zwłaszcza jednorodny pod względem polimeru w odniesieniu do warstwy nośnej, i/lub stanowi reaktywny, sieciowany na zimno klej topliwy, zwłaszcza na bazie poliuretanu.

Korzystnie ilość cząstek adsorbenta zawartych w warstwie adsorpcyjnej mieści się w przedziale od 300 do 1500 ^g/m².

Korzystnie warstwa adsorpcyjna jest po stronie odwrotnej do warstwy nośnej pokryta warstwą wierzchnią.

Korzystnie warstwa wierzchnia jest z włókniny, włókniny narzucanej, dzianiny lub dzianiny szydełkowej, przy czym materiał warstwy wierzchniej jest korzystnie jednorodny pod względem polimeru w odniesieniu do materiału warstwy nośnej i/lub kleju topliwego.

Korzystnie cząstki adsorbenta mają kształt sferyczny i/lub nieregularny oraz średnicę z przedziału od 0,05 do 2 mm.

Korzystnie klej topliwy ma zakres mięknięcia od 75 do 200°C, zwłaszcza od 100 do 150°C.

Korzystnie średnica nici kleju topliwego jest co najmniej 10 razy mniejsza niż średnica cząstek adsorbenta.

Korzystnie stosunek kleju topliwego do adsorbenta leży pomiędzy 2,5 i 5% wagowych.

Korzystnie materiał warstwy nośnej jest z siatki lub włókniny z kleju termoaktywnego.

Korzystnie na warstwie adsorpcyjnej umieszczona jest warstwa wierzchnia.

Sposób wytwarzania materiału filtracyjnego, zwłaszcza w postaci wyrobów powierzchniowych, dla ciekłych mediów, z warstwą nośną i warstwą adsorpcyjną, w którym jako warstwę adsorpcyjną

PL 194 956 B1 stosuje się nici kleju topliwego pokryte cząstkami adsorbenta, przy czym co najmniej jedną nić kleju topliwego natryskuje się z co najmniej jednej dyszy w kierunku warstwy nośnej, prowadzonej w odstępie wzdłuż co najmniej jednej dyszy, przy czym co najmniej jedną nić kleju topliwego pokrywa się cząstkami adsorbenta w obszarze pomiędzy dyszą i włókniną nośną, po czym tę co najmniej jedną, pokrytą cząstkami adsorbenta nić kleju topliwego kieruje się na warstwę nośną, która przywiera do niej na niewielkiej powierzchni, tworząc warstwę adsorpcyjną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na warstwę nośną natryskuje się co najmniej jedną nić kleju topliwego, stanowiącego 2 do 10% wagowych masy warstwy adsorpcyjnej i warstwy nośnej, zaś co najmniej jedna nić kleju topliwego pokrywa się cząstkami adsorpcyjnymi w ilości od 300 do 3500 g na metr materiału filtracyjnego.

Korzystnie nici kleju topliwego natryskuje się na szerokości, odpowiadającej szerokości warstwy nośnej.

Korzystnie klej topliwy wytłacza się pod ciśnieniem z dyszy pojedynczej lub szczelinowej, przy czym wokół wylotu kleju topliwego lub obok niego doprowadza się co najmniej jeden strumień powietrza do orientowania co najmniej jednego włókna.

Korzystnie cząstki adsorbenta doprowadza się za pomocą urządzenia wstrząsowego.

Korzystnie warstwę nośną w obszarze padania co najmniej jednej, pokrytej cząstkami adsorbenta, nici kleju topliwego, prowadzi się po torze zakrzywionym w sposób wypukły.

Korzystnie nagrzewa się klej topliwy przed natryskiem do temperatury od 20 do 50°C powyżej zakresu topnienia i natryskuje się go za pomocą gorącego sprężonego powietrza o tej samej temperaturze.

Korzystnie działa się na klej topliwy gorącym sprężonym powietrzem pod ciśnieniem w przedziale od 2·10^{5 d}o ⁵'W⁵ Pa.

Korzystnie klej topliwy natryskuje się z prędkością od 100 do 200 g/min, zwłaszcza od 125 do 175 g/min.

Urządzenie do wytwarzania materiału filtracyjnego, które zawiera głowicę natryskową z co najmniej jedną dyszą, usytuowaną w odstępie od przemieszczanej wstęgi włókniny nośnej, oraz jednostkę doprowadzającą dla cząstek materiału i jednostkę transportową dla włókniny nośnej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że głowica natryskowa z dyszą jest ustawiona pod kątem do pionu, zaś wylot jednostki doprowadzającej jest usytuowany w odstępie od 1 do 5 cm od głowicy natryskowej.

Korzystnie kąt wynosi od 20 do 45°, zwłaszcza od 25 do 35°.

Korzystnie urządzenie zawiera miejsce do układania pokrytych cząstkami adsorbenta nici kleju topliwego, w którym włóknina nośna ma na swej drodze najmniejszy odstęp względem głowicy natryskowej, przy czym odstęp ten wynosi od 5 do 20 cm, zwłaszcza od 8 do 12 cm.

Korzystnie miejsce układania ma wypukły kształt, zwłaszcza zaś ma postać walca, stanowiącego część jednostki transportowej.

Korzystnie co najmniej jedna dysza głowicy natryskowej ma postać dyszy szczelinowej, której szerokość odpowiada szerokości włókniny nośnej.

Korzystnie wokół co najmniej jednej dyszy głowicy natryskowej lub obok niej umieszczona jest co najmniej jedna dysza wylotowa dla powietrza.

Korzystnie jednostkę doprowadzającą stanowi urządzenie wstrząsowe.

Korzystnie urządzenie według wynalazku zawiera urządzenie odsysające nadmiar cząstek.

Filtr wykonany z materiału według wynalazku charakteryzuje się przede wszystkim wysoką pojemnością adsorpcyjną, trwałością i znaczną przepuszczalnością powietrza. Wynika to stąd, że cząstki adsorbenta są zamocowane na niciach kleju topliwego na bardzo małych powierzchniach. Cząstki adsorbenta są ponadto rozmieszczone w nieregularnych odstępach wzdłuż włókien na całym ich obwodzie. Ponieważ warstwa adsorpcyjna składa się wyłącznie z takich, pokrytych cząstkami adsorbenta, nici kleju topliwego, które przyklejają się do warstwy nośnej, nie jest już potrzebne dodatkowe mocowanie warstwy adsorpcyjnej na warstwie nośnej za pomocą środka wiążącego lub igłowania. Cząstki adsorbenta stanowią korzystnie krzemiany, zeolity i/lub zwłaszcza węgiel aktywny, które celem nadania szczególnych własności adsorpcyjnych można zaimpregnować powszechnie znanymi substancjami.

Dzięki temu, że cząstki adsorbenta przywierają na stałe do nici kleju topliwego, przy ukształtowaniu warstwy adsorpcyjnej w postaci nieregularnej trójwymiarowej siatki o dużych oczkach nie zachodzi niebezpieczeństwo oderwania cząstek adsorbenta od warstwy adsorpcyjnej. Jednocześnie takie ukształtowanie warstwy adsorpcyjnej zapewnia znaczną przepuszczalność powietrza przy dużej pojemności adsorpcyjnej i trwałości.

Jako warstwę nośną można zastosować w zasadzie wszystkie materiały, stosowane powszechnie w tej dziedzinie, przy czym korzystne jest zastosowanie materiału typu „spunbond” na bazie

PL 194 956 B1 poliestru, poliolefiny, poliwęglanu, poliuretanu lub poliamidu względnie włóknina z retykulowanej pianki poliuretanowej. Jako klej topliwy stosowane są korzystnie również materiały na bazie poliestru, poliolefiny, poliwęglanu, poliuretanu lub poliamidu, przy czym nici kleju topliwego warstwy adsorpcyjnej w filtrze według wynalazku są zwłaszcza jednorodne pod względem polimeru w odniesieniu do warstwy nośnej, ponieważ pozwala to na prosty i tani odzysk filtru.

Ilość cząstek adsorbenta, zawartych w warstwie adsorpcyjnej może wynosić do 3500 g/rn², korzystnie o^{d 300} do 1^{500 g/}m².

W określonych zastosowaniach, w których filtr podlega przykładowo wyjątkowo silnemu obciążeniu mechanicznemu, korzystne jest, jeżeli warstwa adsorpcyjna jest po stronie odwrotnej do warstwy nośnej pokryta warstwą wierzchnią. Ta warstwa wierzchnia jest z włókniny, włókniny narzucanej, dzianiny lub dzianiny szydełkowej, szczególnie korzystnie zaś jest ona wykonana z materiału jednorodnego pod względem polimeru w odniesieniu do materiału warstwy nośnej i/lub kleju topliwego względnie nici kleju topliwego.

Cząstki adsorbenta mają w ogólności kształt sferyczny i/lub nieregularny, to znaczy kształt dowolny, oraz średnicę z przedziału od 0,05 do 2 mm. Wysoką pojemność adsorpcyjną filtru osiąga się ponadto dzięki temu, że średnica cząstek adsorbenta zawiera się w przedziale od 0,05 do 2 mm, co zapewnia korzystny stosunek adsorbującej powierzchni do masy cząstek adsorbenta.

Nici są z kleju topliwego, którego zakres mięknięcia wynosi korzystnie od 75 do 200°C, zwłaszcza od 100 do 150°C. Takie temperatury są łatwe do realizacji i wymagają niewielkich nakładów energetycznych. Ponieważ odporność filtru według wynalazku na temperaturę jest ograniczona jego temperaturą mięknięcia, możliwe jest również zastosowanie później sieciującego kleju topliwego, jeżeli filtr ma pracować w otoczeniu o odpowiednio podwyższonej temperaturze.

Nici kleju topliwego mają według wynalazku średnicę co najmniej 10 razy mniejszą niż średnica cząstek adsorbenta. Dzięki temu nici kleju topliwego stykają się z cząstkami adsorbenta na wyjątkowo małej powierzchni. Ponadto można wówczas stosować niską zawartość kleju topliwego w filtrze według wynalazku, wynoszącą korzystnie od 2 do 10% wagowych, zwłaszcza od 2,5 do 5% wagowych, w związku z czym warstwa adsorpcyjna składa się w zasadzie z rozmieszczonych trójwymiarowo w przestrzeni cząstek adsorbenta, których powierzchnie są w większej części dostępne dla medium przepływającego przez filtr. Dzięki temu filtr ma bardzo dobre własności kinetyczne.

W szczególnej postaci materiał warstwy nośnej jest z siatki lub włókniny z kleju termoaktywnego. W ten sposób przykładowo odwrotną względem warstwy adsorpcyjnej stronę warstwy nośnej można mocować punktowo lub na małych powierzchniach innych przedmiotów, jak na przykład ramy filtrów, kraty lub temu podobne.

Umieszczenie następnej warstwy filtracyjnej na warstwie adsorpcyjnej pozwala nadać filtrowi według wynalazku dodatkowe własności filtracyjne, na przykład własności filtru cząstkowego. Niezależnie od tego również warstwa nośna może mieć własności filtracyjne.

Postawione przed wynalazkiem zadanie rozwiązano ponadto za pomocą sposobu wytwarzania opisanego powyżej materiału filtracyjnego, w którym co najmniej jedną nić kleju topliwego natryskuje się z co najmniej jednej dyszy w kierunku włókniny nośnej, prowadzonej w odstępie wzdłuż co najmniej jednej dyszy, przy czym pokrywanie co najmniej jednej nici kleju topliwego cząstkami adsorbenta przeprowadza się w obszarze pomiędzy dyszą i włókniną nośną, po czym tę co najmniej jedną, pokrytą cząstkami adsorbenta nić kleju topliwego kieruje się na włókninę nośną, która przywiera do niej na niewielkiej powierzchni.

W sposobie według wynalazku co najmniej jedną nić kleju topliwego podaje się pod ciśnieniem przez pojedynczą dyszę lub pojedynczą szczelinę, rozmieszczone pojedynczo, w szeregu lub wokół głowicy przędzącej. Korzystne jest przy tym, jeżeli nici kleju topliwego natryskuje się na szerokości, odpowiadającej szerokości warstwy nośnej. Celem rozdrobnienia włókien wokół wylotu kleju topliwego lub obok niego doprowadza się powietrze rozpylające w postaci co najmniej jednego strumienia powietrza, co powoduje orientację włókien. Według wynalazku do tak wytwarzanych włókien, które w pewnym oddaleniu od wylotu z co najmniej jednej dyszy są nadal kleiste, doprowadza się cząstki adsorbenta, które przywierają do włókien. Cząstki adsorbenta doprowadza się korzystnie za pomocą urządzenia wstrząsowego, przy czym wytwarzane w celu orientacji włókien powietrze wtórne wywołuje efekt odrzutowy i sprawia, że zabierane przez ten strumień powietrza cząstki adsorbenta pozostają przywarte wzdłuż nici kleju topliwego.

Pokryte cząstkami adsorbenta nici kleju topliwego padają na prowadzoną obok nich warstwę nośną i są przy tym układane na wyrobie powierzchniowym przez utworzoną z powietrza pierwotnego

PL 194 956 B1 poduszkę powietrzną, przy czym niepokryte miejsca włókien tworzą automatycznie połączenie z nośnikiem, przywierając do niego. Poduszka powietrzna z powietrza pierwotnego sprawia ponadto, że nie dochodzi do zbyt ścisłego połączenia między włóknami i adsorbentem. Cząstki adsorbenta są raczej zawieszone na luźnej, trójwymiarowej siatce włókien.

Aby układanie pokrytych cząstkami adsorbenta nici kleju topliwego odbywało się w miarę możliwości równomiernie, stosuje się korzystnie dyszę szczelinową, która obejmuje korzystnie całą szerokość warstwy nośnej. Powietrze pierwotne i wtórne, stosowane do rozpylania włókien, zakłóca jednak równomierne układanie nici kleju topliwego, pokrytych cząstkami adsorbenta. Dlatego też korzystne jest, jeżeli warstwę nośną w miejscu układania prowadzi się po torze zakrzywionym w sposób wypukły, ponieważ napływające powietrze jest wówczas odprowadzane i w obszarze odkładania powstają - o ile w ogóle ma to miejsce - jedynie nieznaczne zawirowania. Szczególnie korzystne, ponieważ proste i możliwe do realizacji w wielu wariantach, rozwiązanie polega na tym, że do prowadzenia warstwy nośnej stosuje się walce o położeniu regulowanym w pionie i ewentualnie w poziomie, które to walce umożliwiają łatwe dopasowanie do geometrii toru ruchu wstęgi warstwy nośnej. Opisane powyżej środki pozwalają na równomierne nakładanie warstwy adsorpcyjnej, co umożliwia rezygnację z kalandrowania elementu filtracyjnego i zachowanie korzystnej, luźnej, trójwymiarowej struktury.

Szczególnie korzystna jest ponadto możliwość dowolnej regulacji nanoszonej ilości adsorbenta oraz grubości warstwy adsorpcyjnej. Możliwe jest przykładowo nakładanie do 3500 g/m² adsorbenta przez każdy z przyrządów nakładających, przy czym jednocześnie można uzyskać niewielkie grubości warstwy do 1,5 mm, których otrzymanie przy porównywalnej ilości adsorbenta wymagało dotychczas kalandrowania.

Nadmiarowe, nie zamocowane cząstki adsorbenta można odsysać w punktach, które nie oddziałują na parametry przepływu powietrza w miejscu układania, dzięki czemu nie występuje emisja cząstek do otoczenia. W celu jeszcze bardziej skutecznego zapewnienia parametrów przepływu w miejscu układania i wyeliminowania emisji cząstek do otoczenia można ponadto zastosować osłonę urządzenia względnie jego części.

Sposób według wynalazku umożliwia ponadto, dzięki równomiernemu układaniu, produkowanie z prędkością do 50 m/min przy typowej gramaturze warstwy adsorpcyjnej 500 g/m2. Warstwę adsorpcyjną można w kolejnej operacji, to znaczy „online”, pokryć warstwą wierzchnią, na przykład włókniną, mocowaną przykładowo za pomocą laminowania. Również tutaj istniejące wolne miejsca nici kleju topliwego wystarczają do związania materiału. Kolejna istotna zaleta tak wykonanego filtru polega na tym, że można go bez problemu przycinać, plisować lub zwijać, a co za tym idzie, stosować w wielu dziedzinach. Sposób wytwarzania według wynalazku okazuje się zatem bardzo efektywny, zapewniający wysoką jakość produktu końcowego oraz bardzo korzystny ekonomicznie.

Postawione na wstępie zadanie rozwiązano również za pomocą urządzenia do realizacji opisanego powyżej sposobu, które to urządzenie charakteryzuje się tym, że głowica natryskowa z co najmniej jedną dyszą jest ustawiona w odstępie od przemieszczanej wstęgi włókniny nośnej i pod kątem do pionu (rysunek), ponadto urządzenie zawiera jednostkę doprowadzającą dla cząstek materiału oraz jednostkę transportową dla włókniny nośnej, zaś wylot jednostki doprowadzającej jest usytuowany względem głowicy natryskowej w odstępie od 1 do 5 cm.

Urządzenie według wynalazku umożliwia, przy użyciu stosunkowo prostych środków, wyjątkowo proste wytwarzanie filtru według wynalazku. Korzystne jest przy tym, jeżeli kąt wynosi od 20 do 45°, zwłaszcza od 25 do 35°, ponieważ możliwe jest wówczas mocowanie cząstek adsorbenta na wychodzących niciach kleju topliwego, natomiast nadmiar cząstek nie pada na warstwę nośną i w miarę możliwości pozostaje luzem w warstwie adsorpcyjnej. Urządzenie według wynalazku może być przy tym tak ukształtowane, że pionowo pod otworem wylotowym urządzenia doprowadzającego cząstki adsorbenta nie znajduje się wstęga warstwy nośnej. Cząstki adsorbenta można oczywiście kierować na warstwę nośną również przed miejscem układania, na przykład za pomocą blachy kierującej w kombinacji z urządzeniem odsysającym lub wyłącznie za pomocą urządzenia odsysającego o wystarczającej sprawności.

W szczególnej postaci wykonania urządzenia według wynalazku zawiera ono miejsce do układania pokrytych cząstkami adsorbenta nici kleju topliwego, w którym włóknina nośna ma na swej drodze najmniejszy odstęp względem głowicy natryskowej, przy czym odstęp ten wynosi od 5 do 20 cm, zwłaszcza od 8 do 12 cm. Nici kleju topliwego wykazują bowiem wówczas przy padaniu na warstwę nośną przyczepność wystarczającą do przywierania do warstwy nośnej. Aby pokryte cząstkami adsorPL 194 956 B1 benta nici kleju topliwego były układane jak najbardziej równomiernie, miejsce układania ma korzystnie wypukły kształt, zwłaszcza zaś ma postać walca, stanowiącego część jednostki transportowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym w sposób schematyczny oraz bez zachowania rzeczywistej wielkości i proporcji wymiarów fig. 1 przedstawia pokrytą cząstkami adsorbenta nić kleju topliwego, jaką zawiera filtr, fig. 2 - filtr w przekroju poprzecznym, fig. 3 - urządzenie do wytwarzania filtru, oraz fig. 4 - zdjęcie z mikroskopu elektronowego, ukazujące warstwę adsorpcyjną w materiale filtracyjnym.

Na fig. 1 przedstawiony jest schematycznie fragment pokrytej cząstkami 1 adsorbenta nici 2 kleju topliwego. Figura jest mocno uproszczona i przedstawia nić w nieproporcjonalnie dużych wymiarach.

Na fig. 2 przedstawiony jest, również schematycznie i w znacznym uproszczeniu, fragment materiału filtracyjnego według wynalazku. Pokryte cząstkami 1 adsorbenta nici 2 kleju topliwego są przy tym rozmieszczone na warstwie nośnej 3 w postaci nieregularnej trójwymiarowej siatki o dużych oczkach i tworzą wspólnie warstwę adsorpcyjną 4, która po stronie odwrotnej do warstwy nośnej 3 pokryta jest warstwą wierzchnią 5.

Na fig. 3 ukazane jest, również w znacznym uproszczeniu, urządzenie według wynalazku do wytwarzania włókniny według wynalazku. Na figurze widać zwłaszcza głowice natryskową 5 jednostki doprowadzającej 6 cząstki materiału, złożone z walców 7, 8 jednostkę transportową oraz wstęgę 9 włókniny nośnej. Głowica natryskowa jest przy tym ustawiona pod kątem α do pionu, w tym przypadku pod kątem 45°. Z otworu wylotowego 10 dyszy głowicy natryskowej 5 wytłaczane są pod ciśnieniem nici kleju topliwego w kierunku biegnącej na walcu 7 wstęgi 9 włókniny nośnej. Nici kleju topliwego są orientowane za pomocą nie przedstawionego, skierowanego na walec 7, strumienia powietrza (efekt odrzutowy). Jednocześnie cząstki adsorbenta padają na zwróconą ku głowicy natryskowej stronę jednostki doprowadzającej 6 cząstki materiału, przy czym pod działaniem siły ciężkości opadają one na dół i padają częściowo na kleiste nici kleju topliwego, a częściowo wchodzą we wtórny strumień powietrza i są rozmieszczane wzdłuż włókien.

W miejscu usytuowania walca 7 wstęga włókniny nośnej jest zakrzywiona w sposób wypukły. W tym miejscu padają na nią pokryte cząstkami adsorbenta nici kleju topliwego, przywierając do wstęgi. Jeżeli jednostkę doprowadzającą 6 cząstki materiału stanowi urządzenie wstrząsowe lub wibracyjne, wówczas skierowana ku głowicy natryskowej krawędź wyrzutowa znajduje się na promieniu od 3 do 10 cm od otworu wylotowego 10 głowicy i ma dowolnie regulowane ustawienie oraz częstość i amplitudę drgań, co pozwala na regulację podawanej ilości cząstek adsorbenta. Tego typu urządzenie wibracyjne napełnia się cząstkami adsorbenta z nie przedstawionego zasobnika, przy czym ilość podawaną na urządzenie wibracyjne można regulować poprzez wielkość szczeliny wylotowej zasobnika. Wokół co najmniej jednej dyszy głowicy natryskowej 5 lub obok niej może być ponadto umieszczona co najmniej jedna dysza wylotowa 13 dla powietrza.

Na fig. 4 przedstawione jest zdjęcie z mikroskopu elektronowego, ukazujące warstwę adsorpcyjną materiału filtracyjnego według wynalazku, na którym to zdjęciu nietrudno jest rozpoznać nici kleju topliwego i cząstki adsorbenta, podobnie jak to, że mające nieregularny kształt cząstki adsorbenta są wolne od kleju topliwego, a zatem mogą wziąć udział w adsorpcji.

P r z y k ł a d

W typowym urządzeniu do topienia termoplastów, nagrzewa się klej topliwy na bazie poliolefin do temperatury 180 do 190°C. Stopiony termoplast doprowadza się do dyszy szerokoszczelinowej, z której wytłacza się go na szerokość 25 cm przy użyciu gorącego powietrza o temperaturze od 180 do 190°C i pod ciśnieniem od 2,5-10⁵ do 3,0-10⁵ Pa z prędkością 150 g/min. Powietrze pierwotne rozdziela stopioną mieszaninę poliolefin na nici termoplastyczne o średnicy około 10 pm.

Około 2 cm za szczeliną wylotową dyszy podaje się za pomocą regulowanego elementu drgającego granulat węgla aktywnego o wielkości 30 x 70 mesh z prędkością 5 kg/min. Podawane na termoplasty cząstki węgla aktywnego rozrywają swym ciężarem nici termoplastyczne na mniejsze elementy. Włókna pokryte cząstkami węgla aktywnego układa się na przepuszczalnej dla powietrza włókninie nośnej typu „spunbond”, prowadzonej z prędkością 20 m/min pod dyszą w kierunku wzdłużnym.

Prowadzenie włókniny nośnej typu „spunbond” odbywa się dwustopniowo za pomocą systemu dwóch walców, w związku z czym wytłaczane ukośnie nici termoplastyczne padają na włókninę nośną w przybliżeniu pod kątem prostym. Nachylenie głowicy natryskowej wynosi w przykładzie wykonania 30°.

Produkt wytwarzany przy użyciu tego sposobu składa się z przepuszczalnej dla powietrza włókniny nośnej typu „spunbond”. Na to natryskuje się nieregularną siatkę o dużych oczkach z nitkowych termoplastycznych poliolefin, na których osadzone są na kształt perełek cząstki węgla aktywnego.

PL 194 956 B1

Użyty granulat węgla aktywnego ma ziarno o wielkości 30 x 70 mesh. Naniesiona ilość węgla aktywnego wynosi w przykładzie wykonania około 800 g/m² przy udziale poliolefin około 35 g/m². Cały materiał filtracyjny ma ciężar powierzchniowy równy 905 g/m2 + 20 g/m2. Wytwarzane tym sposobem wyroby powierzchniowe osiągają grubość 2,5 mm + 0,3 mm. Powierzchniowy materiał filtracyjny wykazuje spadek ciśnienia równy 180 Pa + 20 Pa przy strumieniu objętościowym 1,35 m/s.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Materiał fiitracyjny, zwłaszcza w postaci wyrobów powierzchniowych, dla ciekłych mediów, z warstwą nośną i warstwą adsorpcyjną, przy czym warstwę adsorpcyjną stanowią pokryte cząstkami adsorbenta nici kleju topliwego, znamienny tym, że udział kleju topliwego wynosi od 2 do 10% wagowych warstwy adsorpcyjnej (4) i warstwy nośnej (3), zaś materiał filtracyjny zawiera od 300 do 3500 g/m2 cząstek (1) adsorbenta.
2. Matenał fiitr^^(^'^jjnr według zas^z. 1, tym, że cząsski (11 ac^^t^r^t^^rntt ssanowią krzemiany, zeolity i/lub zwłaszcza węgiel aktywny.
3. Matenał fiitracyjηy według zas^z. 1, znamienny tym, że pokr^e cząstkami ((1 adsorbenta nici (2) kleju topliwego przywierają na niewielkiej powierzchni do warstwy nośnej (3).
4. Materiał 1Ίitracyjny według 1, znamienny tym, że pokryto cząsskami (11 adsorbe^a nici (2) kleju topliwego tworzą nieregularną trójwymiarową siatkę o dużych oczkach.
5. Materiał fiitracyjny według zas^z. 1, znamienny tym, że wa-swę nośną (3) ssanowi włóknina, włóknina narzucana, dzianina lub dzianina szydełkowa.
6. Materiał 1iitracyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że wa-swę nośną 13) ssanowi włóknina na bazie poliestru, poliolefiny, poliwęglanu, poliuretanu lub poliamidu względnie włóknina z retykulowanej pianki poliuretanowej.
7. Mateπał 1iitracyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że Mej 1r^r^lt-^ł' 1 esf z mateπału na bazie poliestru, poliolefiny, poliwęglanu, poliuretanu lub poliamidu, przy czym klej topliwy jest zwłaszcza jednorodny pod względem polimeru w odniesieniu do warstwy nośnej (3).
8. Μβ-θπ3- fiitrzcvjnyweeługzastrz. 1, tym, że Mee 1^r^ll'-^ł' ssanowi reaktywny, sieciowany na zimno klej topliwy, zwłaszcza na bazie poliuretanu.
9. Mate-ia- fiitr^^(^^^jjyj według zassrz. 1, tym, że iiość cząssek (1, adsorbe^a zawartych w warstwie adsorpcyjnej (4) mieści się w przedziale od 300 do 1500 g/m2.
10. Matenał fiitr^^(^'^jjyj według zassrz. 1, znamienny t^r^, że warsswa adsorpcyyna (4) jess po stronie odwrotnej do warstwy nośnej (3) pokryta warstwą wierzchnią (12).
11. Materiał filtracyjny według zastrz. 10, znamienny tyin, że warstwa wierzchnia (12) jest z włókniny, włókniny narzucanej, dzianiny lub dzianiny szydełkowej.
12. Materiał Ziitracyjηy według zasSrz. 10, znamiennytym, że matenał warrswy wierzchniej 1(2) jest jednorodny pod względem polimeru w odniesieniu do materiału warstwy nośnej (3) i/lub kleju topliwego.
13. Μ^-^γϊ«^- Ziitracyjny według zasSrz. 1, znamienny tym, że cząss^ 1(1 adsorbentamałąkkztart sferyczny i/lub nieregularny oraz średnicę z przedziału od 0,05 do 2 mm.
14. Matenał fiitracyjny według zasttz. 1, znamienny tym, że Μθ- topllwy ma zakres mięknięcia od 75 do 200°C, zwłaszcza od 100 do 150°C.
15. M^t^^r^ż^ł fHlracyjny według zastrz. 1, znamienny tyrn, że średnica nici (22 kkeju topllwego jest co najmniej 10 razy mniejsza niż średnica cząstek (1) adsorbenta.
16. Matenał ZiitracvjnywedługzasSrz. 1, znamiennytym, że sSosunek Ηθ-ιι 1opHwego do adsoTbenta leży pomiędzy 2,5 i 5% wagowych.
17. Μ^ΐ^ι^ϊ^- według zassrz. 1, znamienny tym. że γ^^ϊ^ι^ϊ^- warsswy nośnej (3) jess z siatki lub włókniny z kleju termoaktywnego.
18. Materiał ZiitrzacjηywedługsasSrz. 1, snnmiennn tym, 1e na warsSwieaasorpcvjηyj 14) umieszczona jest warstwa wierzchnia (12).
19. Sposób wytwarzania maleNa-u filtracyjnego, w possaci wyrobów p(^\^i^r^(^l^i^ii(^^ wych, dla ciekłych mediów, z warstwą nośną i warstwą adsorpcyjną, w którym jako warstwę adsorpcyjną stosuje się nici kleju topliwego pokryte cząstkami adsorbenta, przy czym co najmniej jedną nić kleju topliwego natryskuje się z co najmniej jednej dyszy w kierunku warstwy nośnej, prowadzonej w odstępie wzdłuż co na-mniej jednej dyszy, przy czym co najmniej jedną nić kleju topliwego pokrywa się cząstkami adsorbenta w obszarze pomiędzy dyszą i włókniną nośną, po czym tę co najmniej jedną, pokrytą cząstkami adsorbenta nić kleju topliwego kieruje się na warstwę nośną, która przywiera do

PL 194 956 B1 niej na niewielkiej powierzchni, tworząc warstwę adsorpcyjną, znamienny tym, że na warstwę nośną natryskuje się co najmniej jedną nić kleju topliwego, stanowiącego 2 do 10% wagowych masy warstwy adsorpcyjnej i warstwy nośnej, zaś co najmniej jedną nić kleju topliwego pokrywa się cząstkami adsorpcyjnymi w ilości od 300 do 3500 g na metr materiału filtracyjnego.
20. Sposób weeług zastrz. 19, znamiennn tym. że nici kleju topllweeo natryskujesię na szerokości, odpowiadającej szerokości warstwy nośnej.
21. Sposób według zastrz. 19, tym. że kej topllwy wytłacza się pod ciśnieniem z dyszy pojedynczej lub szczelinowej, przy czym wokół wylotu kleju topliwego lub obok niego doprowadza się co najmniej jeden strumień powietrza do orientowania co najmniej jednego włókna.
22. Sposób według zas^z. 19, znamienny tym, że cząsSki adsoobenta dc^-^r^c^^£^c^^£t się za pomocą urządzenia wstrząsowego.
23. Spooóbwedług zaat^. 19, znamienny tym, że warstwę noOną w obbzarze padania co na^ mniej jednej, pokrytej cząstkami adsorbenta, nici kleju topliwego, prowadzi się po torze zakrzywionym w sposób wypukły.
24. Sposób według zass-z. 19, znamienny tym, że topHwy przed nagrzewa się do temperatury od 20 do 50°C powyżej zakresu topnienia i natryskuje się go za pomocą gorącego sprężonego powietrza o tej samej temperaturze.
25. Sposób według ζώ5^ζ. 24, znamienny tym, że dziaaa się na Mee topHwy gorącym nym powietrzem pod ciśnieniem w przedziale od 2-10⁵ do 5-10⁵ Pa.
26. Sposób według zas^z. 19, znamienny tym, że Mee topHwy natιrs<skuje się z prędkoScią od 100 do 200 g/min, zwłaszcza od 125 do 175 g/min.
27. Urządzenie do materiału fiitracyjnego, zawiera głowicę natiryskową z co najmniej jedną dyszą, usytuowaną w odstępie od przemieszczanej wstęgi włókniny nośnej, oraz jednostkę doprowadzającą dla cząstek materiału i jednostkę transportową dla włókniny nośnej, znamienne tym, że głowica natryskowa (5) z dyszą jest ustawiona pod kątem (α) do pionu, zaś wylot jednostki doprowadzającej (6) jest usytuowany w odstępie od 1 do 5 cm od głowicy natryskowej (5).
28. Urządzenie według zasto. 27, znamienne tym, że kąt ta) wynooi od 20 do 45°, zwłaszcza od 25 do 35°.

2,. Urządzenie wedłuu zastrs. 27, znamiennn tym, że zawiera miejuce do ukłaadsiapokrstych cząstkami adsorbenta nici kleju topliwego, w którym włóknina nośna ma na swej drodze najmniejszy odstęp względem głowicy natryskowej (5), przy czym odstęp ten wynosi od 5 do 20 cm, zwłaszcza od 8 do 12 cm.
30. Urządzenie według zasic 29, znamienne tym. że mieesce układania ma wypukły kształł, zwłaszcza zaś ma postać walca (7), stanowiącego cześć jednostki transportowej.
31. Urządzenie według ζ33^ζ. 27, znamienne tym, że co najιmniej sedna dysza głowicy natryskowej (5) ma postać dyszy szczelinowej, której szerokość odpowiada szerokości włókniny nośnej.
32. Urządzenie według zastrz. 27, znamienne tym. że wokół co najmniej 1 ednee dyszy głowicy natryskowej (5) lub obok niej umieszczona jest co najmniej jedna dysza wylotowa (13) dla powietrza.
33. Urządzenie według ζ33^ζ. 27, znamienne tym, że tednosikę doprowadzającą (6) Sianowi urządzenie wstrząsowe.
34. Urządzenie według zastrz. 2,, znamienne tym. że urządzenie odsysające (111 nadmiar cząstek.