WO2007068444A1

WO2007068444A1 - Staubsaugerfilterbeutel

Info

Publication number: WO2007068444A1
Application number: PCT/EP2006/011945
Authority: WO
Inventors: Jan Schultink; Ralf Sauer
Original assignee: Eurofilters NV
Current assignee: Eurofilters NV
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2008-06-12
Also published as: ATE450305T1; US20090031683A1; ES2359738T3; RU2429047C2; EP1795247B1; DE502006009126D1; NO20083107L; EP1960084B1; CN101330959B; AU2006326316A1; ES2604587T3; EP1960083A1; DE502006005502D1; AU2006326316B2; AU2006326368A1; EP1960083B1; ES2337385T3; WO2007068408A1; EP1795247A1; DE102005059214B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Staubsaugerfilterbeutel aus einem Filtermaterial umfassend mindestens drei Lagen mit mindestens zwei Lagen aus einer Vliesstofflage, und mindestens einer Lage aus einer Faservlieslage aus Fasern und/oder Filamente, wobei die mindestens zwei Vliesstofflagern und die mindestens eine Faservlieslage durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind.

Description

Staubsaugerfilterbeutel

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Staubsaugerfilterbeutel mit einem Filtermedium umfassend mindestens drei Lagen, wobei mindestens zwei Lagen aus einer Vliesstofflage bestehen.

In den letzten Jahren sind zahlreiche Entwicklungen bekannt geworden, die sich damit beschäftigen, die seit langer Zeit im Stand der Technik bekannten ein- oder mehrlagigen Staubsaugerfilterbeutel aus Papier bzw. Papier und Tissue zu verbessern. Die EP 0 388 479 A1 der Gessner & Co. GmbH beschreibt Staubfilterbeutel mit einer Filterpapieraußenlage und einem schmelzgesponnenen Mikrofaservliesstoff (Meltblownvliesstoff).

Mehrlagige Filtertüten aus Vliesstoffen (SMS) offenbaren beispielsweise die US 4,589,894 und die US 5,647,881 der Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M). Diese Erfindungen beschäftigten sich hauptsächlich mit der Verbesserung der ^' Staubabscheidung.

In der EP 0 960 645 A1 und EP 1 258 277 A1 der Airflo Europe N.V. sind Kombinationen von Vliesstofflagen beschrieben, die eine besonders hohe Standzeit und Staubabscheidefähigkeit besitzen.

Die EP 1 362 627 A1 der Branofilter GmbH beschreibt Filtertüten mit einem mehrlagigen Aufbau, bei dem die Faserdurchmesserverteilungen in der Grobstaubfilterlage und in der Feinstaubfilterlage unterschiedlich sind.

In der EP 1 254 693 A2 der Carl Freudenberg KG wird ein Staubsaugerbeutel beschrieben, bei dem vor einer Filterschicht eine Vorfilterschicht aus einem trocken gelegten, elektrostatisch geladenen Vliesstoff, vorhanden ist.

Weiterhin wird in der EP 1 197 252 A1 der 3M Innovative Properties Company ein Filtermedium aus einem Folienfaservliesstoff beschrieben, das aus trocken gelegten, elektrostatisch geladenen, fibrillierten Fasern besteht, die durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden werden, um eine ausreichende Festigkeit des Vliesstoffes zu erzielen. Hierbei ist es wesentlich, dass mindestens zwei Ultraschallschweißpunkte pro cm² vor- liegen. Dadurch wird erreicht, dass die einzelnen Fasern miteinander durch Ultraschallschweißverbindungen verbunden sind. Als Vorteil eines solchen Filtermediums wird genannt, dass die Fertigungsgeschwindigkeit im Vergleich zum Vernadeln des Faserflors mit einem Scrim höher ist und, da bei diesem Verfahren die Verwendung eines Scrims nicht erforderlich ist, ein zusätzlicher Luftwiderstand aufgrund eines Scrims vermieden werden kann. Außerdem kann der Folienfaservliesstoff mit weiteren Vliesstofflagen verbunden werden. Die EP 1 197 252 A1 offenbart weiter, dieses Filtermedium für Luftfilter einzusetzen. Das Staubspeichervermögen dieses Materials ist für die Anwendung als Filtermedium in einem Staubsaugerbeutel jedoch unzureichend.

Ausgehend von dem zuvor genannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Filterbeutel anzugeben, dessen Filtermaterial im Vergleich zu denen, die im Stand der Technik beschrieben sind, eine besonders geringe Rohdichte (bulk density) aufweist, um ein überlegenes Staubspeichervermögen zu erzielen. Der Filterbeutel soll weiterhin einen Aufbau aufweisen, bei dem die Struktur und damit die verbundenen vorteilhaften Eigenschaften der unverfestigten Faserlage möglichst weitgehend erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Staubsaugerfilterbeutel aus einem Filtermaterial umfassend mindestens drei Lagen mit mindestens zwei Lagen aus einer Vliesstofflage, und mindestens einer Lage aus einer Faservlieslage aus Fasern und/oder Filamenten, wobei die mindestens zwei Vliesstofflagen und die mindestens eine Faservlieslage durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind.

Hierbei sind die Begriffe Faservlies und Vliesstoff auf dem Gebiet der Herstellung von Vliesstoffen wie folgt gegeneinander abgegrenzt und auch im Sinne der vorliegenden Erfindung so zu verstehen. Zur Herstellung eines Vliesstoffs werden zuerst Fasern und/oder Filamente auf einen Träger abgelegt. Verfahren zum Ablegen sind hierbei aus dem Stand der Technik bekannt. Diese abgelegten, lockeren und noch ungebundenen Fasern und/oder Filamente werden als Faservlies (web) bezeichnet. Durch einen so genannten Vliesbindeschritt entsteht aus einem derartigen Faservlies schließlich ein Vliesstoff, der eine ausreichende Festigkeit aufweist, um z.B. zu Rollen aufgewickelt zu werden. Dieser letztgenannte Vliesbindeschritt erfolgt somit bei der Herstellung der Faservlieslage nach der Erfindung nicht, stattdessen wird das Faservlies an eine Vliesstofflage bzw. zwischen zwei Vliesstoffen gebunden. (Details zur Verwendung der oben stehen- den Definitionen sowie der oben beschriebenen Verfahren lassen sich dem Standardwerk Vliesstoffe, W Albrecht, H Fuchs, W Kittelmann, Wiley-VCH, 2000 entnehmen )

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird bei der Schweißverbindung mit möglichst wenig Verbindungen bezogen auf die gesamte durchstrombare Flache des Filterbeutels, gearbeitet Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass, bezogen auf die gesamte durchstrombare Fläche des Filterbeutel, durchschnittlich maximal 19 Schweißverbindungen pro 10 cm² vorhanden sind, bevorzugt maximal 10 Schweißverbindungen und besonders bevorzugt maximal 5 Schweißverbindungen Der Pressflächenanteil des Schweißmusters beträgt dabei maximal 5 %, bevorzugt maximal 2 % und besonders bevorzugt maximal 1 % der durchstrombaren Flache des Filterbeutels

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform weist der Filterbeutel das zusätzliche Merkmal auf, dass die durchschnittliche Totalporositat (Average Total Porosity) mindestens 65 %, bevorzugt mindestens 80 %, ganz besonders bevorzugt mindestens 95 % betragt

In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform betragt der durchschnittliche Median des Porendurchmessers (Average Median Pore Diameter) mindestens 120 μm, weiter bevorzugt mindestens 150 μm, weiter bevorzugt mindestens 180 um und ganz besonders bevorzugt mindestens 200 μm Unter durchschnittlichem Median wird der arithmetische Mittelwert aus mehreren Messungen des Medians der untersuchten Proben verstanden

Das Messverfahren zur Bestimmung der durchschnittlichen Totalporositat und des durchschnittlichen Medians des Porendurchmessers gemäß der vorliegenden Erfindung wird anhand der Figuren 15 bis 17 naher beschπeben

Dadurch, dass eine geringe Anzahl von Schweißverbindungen vorhanden ist, wird bei gleicher flachenbezogener Masse die Dicke und damit Bauschigkeit (bulk) des Materials deutlich erhöht Durch die geringe Rohdichte (bulk density) des Verbundes weist das Material eine hohe Staubspeicherfahigkeit auf

Bezuglich der Geometrie, d h der Verteilung der Schweißverbindungen auf der durchstrombaren Flache des Filterbeutels, unterliegt die vorliegende Erfindung keinerlei Einschränkungen mit der Maßgabe, dass maximal 19 Schweißverbindungen pro 10 cm², bezogen auf die durchstrombare Flache des Filterbeutels, vorhanden sind Die Schweißverbindungen können dabei grundsatzlich gleichmäßig, d h in gleichen Abstanden, über die gesamte Fläche oder aber auch ungleichmäßig verteilt sein Die Erfindung umfasst damit auch Ausfuhrungsformen, bei denen Schweißverbindungen lediglich in bestimmten Bereichen in einer höheren Anzahl vorhanden sind und bei denen dann größere freie Flachen entstehen, die dann wieder durch eine erhöhte Anzahl von Schweißverbindungen von einer nächsten größeren freien Flache getrennt sind Wesentliches Kriterium ist jeweils immer, dass die angegebene maximale Zahl von Schweißverbindungen nicht überschritten wird

Die Schweißverbindungen selbst können dabei in unterschiedlichen Geometrien ausgebildet sein So können punktförmige, Imienformige, sternförmige oder auch balkenformi- ge Schweißverbindungen eingesetzt werden In Bezug auf die genaue Ausgestaltung der Schweißverbindungen ist neben der Anzahl der Schweißverbindungen als limitierendes Kriterium lediglich der Pressflachenanteil des Schweißmusters zu beachten, der, wie bereits ausgeführt, maximal 5 %, bevorzugt maximal 2 % und besonders bevorzugt lediglich maximal 1 % betragt

Aus stofflicher Sicht umfasst die Faservheslage der Erfindung, die mit der Vliesstofflage in einem Verbund vorliegt, alle an und für sich im Stand der Technik bekannten Fasern, insbesondere Stapelfasern, und/oder Filamente Unter Stapelfasern im Sinne der Erfindung werden auch fibrillierte Folienfasern (Splitfasern) und Cπmpfasem verstanden, die Stapelfasern im Sinne der Erfindung können dabei auch bevorzugt elektrostatisch geladen sein

Als Cπmpfasern haben sich besonders diejenigen als gunstig erwiesen, die eine räumliche Struktur aufweisen, wie z B eine Zickzack-, Wellen- und/oder eine Spiralstruktur Der Vorteil derartiger Fasern ist, dass sie die Bauschiqkeit des Mediums noch deutlich erhohen

Die Cπmpfaser kann dabei eine mechanisch gecπmpte, eine Autocnmpfaser und/oder eine Bikomponentencπmpfaser sein Autocπmpfasern sind z B in dem EP-Patent 0 854 943 A1 sowie in der PCT/GB00/02998 beschrieben Bikompoπentencπmpfasern können z B über Chisso Corporation in Japan und gecnmpte Polyesterstapelfasern vom Spiraltyp bei Gepeco in USA bezogen werden Bei der Erfindung können Stapelfasern eingesetzt werden, die aus Naturfasern und/oder Chemiefasern ausgewählt sind Beispiele für Chemiefasern sind insbesondere Polyolefi- πe und Polyester Beispiele für Naturfasern sind Cellulose, Holzfasern, Kapok, Flachs

Der Filterbeutel gemäß der Erfindung unterliegt in Bezug auf die Anordnung der Lagen und die Anzahl der Lagen in soweit keinen Einschränkungen mit der Maßgabe, dass jeweils mindestens zwei Lagen aus einer Vliesstofflage und mindestens einer Faservlies- lage bestehen, wobei diese zwei Lagen durch eine Schweißverbindung, bevorzugt durch eine Ultraschweißverbindung, wie vorstehend beschrieben, durchgangig miteinander verbunden sind

Die Vliesstofflage des vorstehend beschriebenen Verbundes ist dabei bevorzugt eine Stutz- bzw Tragerlage und weist eine flachenbezogene Masse von mindestens 5 g/m² auf Als Vliesstofflage selbst wird gunstigerweise ein Scπm verwendet Unter einem Scπm wird dabei jedes luftdurchlässige Material verstanden, dass als Trager- oder Ver- starkungsschicht dienen kann Es kann ein Vliesstoff, ein gewebtes Material oder ein Netting sein Vorzugsweise besteht es aus einem thermoplastischen Polymer, um die Verschweißbarkeit mit der Faservlieslage zu vereinfachen

Beispiele für Scπms sind Spinnvliesstoffe (Spunbondvhesstoffe) Es können aber auch trocken oder nass gelegte Vliesstoffe sein, die eine ausreichende mechanische Stabilität besitzen Die flachenbezogene Maße einer derartigen Vliesstofflage liegt gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt zwischen 10 und 200 g/m², besonders bevorzugt zwischen 20 bis 100 g/m² Die flachenbezogene Masse in g/m² wurde dabei nach DIN EN 29073-1 bestimmt In Bezug auf die flachenbezogene Masse der Faservlieslage ist zu erwähnen, dass diese indirekt über den Verbund aus Vliesstofflagen und Faservlieslage zu bestimmen ist, da die Bestimmung der flachenbezogenen Masse der Faservlieslage alieine aufgrund ihrer losen Struktur nicht möglich ist Die Ermittlung erfolgte deshalb durch ein Subtraktionsverfahren, d h es wurde die flachenbezogene Masse gesamten Verbundes, d h des Verbundes aus Vliesstofflagen und Faservlieslage, ermittelt und dann die flachenbezogene Masse der Vliesstofflagen, die sich getrennt ermitteln lassen, wieder abgezogen

Die Dicke des vorstehend beschriebenen Verbundes aus Vliesstofflage und der Faser- vheslage liegt zwischen 1 und 7 mm, bevorzugt zwischen 2 und 4 mm Die Bestimmung der Dicke erfolgte dabei nach EDANA 30 5-99 Pkt 4 2 Als Gerät wurde dabei ein VDM 01 , zu beziehen bei der Karl Schröder KG in Weinheim, verwendet Da die Messungen nach Verfahren 4 1 , 4 2 oder 4 3 zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führten, wurden die Messungen der erfindungsgemaßen Verbünde, d h Komposite, prinzipiell nach Verfahren 4 2 durchgeführt

Der erfindungsgemaße Filterbeutel kann selbstverständlich, wie vorstehend beschrieben, außer dem Verbund aus den zwei Vliesstofflagen und der Faservlieslage weitere Lagen aufweisen Vorzugsweise kann der Filterbeutel nach der Erfindung weiterhin wie nach den Anforderungen noch weitere Feinfilterlagen mit unterschiedlichen Filtereigen- schaften auf weisen Als Feinfilterlagen werden hierbei Feinfilter-Spinnvlieslagen verwendet Feinfilter-Spinnvlieslagen im Sinne der Erfindung sind entsprechende Lagen, die geeignet sind, feine Partikel abzuscheiden Gebrauchliche Feinfaser-Spinnvliesstoffe entstehen nach dem Schmelzblas-Spinnvhes verfahren (Meltblowing-process), dem Ver- dampfungs-SpinnvIiesverfahren (Flashspmning-process) oder dem Elektrostatic- Spiπnvliesverfahren (Electrostatic spunbonding) Auf das Standardwerk Vliesstoffe von W Albrecht, H Fuchs, W Kittelmann, Wiley-VCH 2000, Kapitel 4, wird inhaltlich verwiesen Im Sinne der Erfindung können Feinfilterlagen aber auch aus trocken gelegten Vliesstoffen aus elektrostatisch geladenen Fasern bestehen

Der Filterbeutel nach der Erfindung ist dabei bevorzugt durch eine durchgängige Ultra- schallschweißverbindung durch alle Lagen, d h durch die Vliesstofflagen und die Faservlieslage sowie die weiteren Lagen, miteinander verbunden Der Filterbeutel nach der Erfindung umfasst aber auch Ausfuhrungsformen, bei denen lediglich Schweißverbindungen der Vliesstofflagen mit der Faservlieslage vorliegen und die weiteren Lagen entweder durch Kleben oder durch ein weiteres Verbindungsverfahren mit dem Verbund aus den Vliesstofflagen und der Faservlieslage verbunden sind

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 14 naher erläutert

Die Figuren 1 bis 9 zeigen schematisch ausschnittsweise, wie das Filtermateπal des erfindungsgemaßen Filterbeutels aufgebaut sein kann

Figur 1 zeigt dabei einen zweilagigen Aufbau aus einer Lage 1 in Form einer Vliesstoff- läge, die in der Figur 1 ein Scπm ist Diese Scπmlage 1 ist durch Ultraschallschweißver- bmdungen mit einer Faservlieslage 2 verbunden In Figur 1 ist die weitere gemäß der Erfindung geforderte Lage nicht abgebildet

Die Struktur des Aufbaus der in Figur 2 dargestellten Ausfuhrungsform entspricht im Wesentlichen der aus Figur 1 , jedoch mit einer zusatzlichen Lage eines Feinfiltermediums 3, die hier die dritte Lage darstellt Die bevorzugte Anstromseite ist durch Pfeile gekennzeichnet Die Feinfilterlage 3 besteht dabei z B aus einem Meltblownvliesstoffs

Figur 3 zeigt wiederum ein weiteres Beispiel, ausgehend von der Figur 2, mit einer zusätzlichen Schutzlage 4, die hier abstromseitig angeordnet ist Diese Schutzlage 4 kann ein Scπm sein, bevorzugt ein Spinnvlies

Die Ausfuhrungsform, die in der Figur 4 gezeigt ist, ist aus einer Lage eines Vliesstoffes 1 mit einer durch Verschweißung daran befestigten Faservlieslage 2, wie vorstehend beschrieben, verbunden, wobei hier noch zusätzlich anströmseitig eine Lage eines Schutzvliesstoffes 4 vorgeschaltet ist Der Vliesstoff 1 ist hierbei insbesondere ein Meltblownvhesstoff

Figur 5 unterscheidet sich von Figur 4 durch eine zusatzliche abstromseitig angeordnete Mikrofaservliesstofflage 3

Das Beispiel der erfindungsgemaßen Struktur, die in der Figur 6 gezeigt ist, geht von dem Aufbau nach Figur 5 aus, weist jedoch dann hier abstromseitig eine zusatzliche Schutzlage 4 auf

Figur 7 zeigt ein Laminat aus 2 Lagen durch Ultraschallschweißpunkte miteinander verbundenen Lagen Vliesstoff 1 , zwischen dem sich die Faservlieslage 2 befindet

Figur 8 gibt eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Struktur wieder, die von der Figur 7 ausgeht, jedoch hier nun mit einer abstromseitig angeordneten Lage eines FiI- termediums 3

Figur 9 zeigt eine Struktur, die von Figur 8 ausgeht, mit einer zusätzlichen Lage 4 abstromseitig In den vorstehend beschriebenen Figuren 1 bis 9 sind die jeweiligen Struktu- ren lediglich schematisch der Schichtenfolge nach beschrieben Die vorstehend beschriebenen Strukturen sind bevorzugt dann durch Ultraschallschweißverbindungen miteinander verbunden

In den Tabellen 1 bis 11 (Figuren 10 bis 12) sind die Messergebnisse zusammengefasst, die mittels den in den vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsformen nach den Figuren 1 , 3 und 4 erzielt worden sind, im Vergleich mit einer Ausfuhrungsform nach der EP 1 197 252 A1 Bei den Beispielen nach den Figuren 1 , 3 und 4 wurde ein Verbund eingesetzt, der 0,2 Schweißpunkte pro cm² auf weist Bei den Vergleichsbeispieleπ wurden 2,5 Schweißpunkte pro cm² gewählt Wie aus den Tabellen 1 bis 11 hervorgeht, zeichnen sich die erfindungsgemaßen Materialien insbesondere dadurch aus, dass sie 15 bis 42 % dicker sind als die Vergleichsmateπalien Es ist dabei besonders darauf hinzuweisen, dass dies dazu fuhrt, dass die Bauschigkeit der erfindungsgemaßen Materialien ebenfalls um eine entsprechende Große, namhch um 15 bis 42 %, hoher ist, als bei den Vergleichsbeispielen Auf dieser extrem hohen Bauschigkeit beruht nun der überlegene Effekt der erfindungsgemaßen Materialien, die damit ein überdurchschnittlich hohes Staubspeichervermogen aufweisen (siehe auch Figur 14)

Figur 13a zeigt nun in Form einer 3D-Grafik, wie sich die geringe Anzahl der Schweißpunkte auf die Struktur des Materials auswirkt In Figur 13a ist dabei ein Material gezeigt, wie es dem Aufbau nach Figur 7 entspricht, d h es ist ein Material, das aus einer Fa- servheslage besteht, die zwischen zwei Lagen aus Spinnvlies durch Ultraschallschweißverbindungen verbunden ist Im Beispielsfall nach der Figur 13a wurden ca 0,2 Schweißpunkte pro cm² verwendet Figur 13a zeigt anschaulich die kissenartige Ausbildung, die zu der hohen Bauschigkeit wie vorstehend beschrieben, fuhrt Bei dem Beispielsfall nach Figur 13a wurden dabei als Faservlieslage 100 % Spaltfasem oder Spht- fasern aus Polypropylen eingesetzt Das Spinnvlies besteht ebenfalls aus Polypropylen Der Aufbau des in der Figur 13b dargestellten Filtermediums entspricht analog dem, wie er in Figur 13a schon beschrieben worden ist, jedoch mit dem Unterschied, dass hier 2,5 Schweißpunkte pro cm² vorhanden sind Dies macht deutlich, dass durch die erfindungsgemäße Ausbildung in Form einer niedrigen Anzahl von Schweißverbindungen ein deutlicher Vorteil in Bezug auf die Bauschigkeit des Matenals erreicht wird

Wie nun in Figur 14 dargestellt ist, fuhrt die erfindungsgemaße Ausgestaltung zu einer deutlichen Erhöhung des Staubspeichervermogens gegenüber den Filtermedien, wie sie im Stand der Technik beschrieben sind, die 2,5 Schweißpunkte pro cm² aufweisen. Die in der Figur 14 dargestellten Messergebnisse wurden wie folgt durchgeführt:

Verwendeter Staubsauger: Miele Performance 2300

Typ: HS 05

Modell: S749

Nr.: 71683038

Leistungseinstellung: Maximum

Größe der Filtertüten: 295 mm x 270 mm

Prüfstaub: DMT Typ8

Prüfablauf: Der zu prüfende Staubbeutel wird, nachdem das Gerät 10 Minuten warmgelaufen ist, in das Gerät eingebaut. Der Volumenstrom ohne Staubbeladung wird nach 1 min. Laufzeit des Gerätes abgelesen. Anschließend wird die erste Staubportion von 50 g innerhalb von 30 sek eingesaugt. Nach 1 min. wird der sich einstellende Volumenstrom (in m³/h) abgelesen. Dieser Schritt wird für die folgenden Staubzugaben entsprechend wiederholt, bis 400 g Staub zugegeben worden sind.

Fiitermedium: Spinnvlies 17 g/m² , Faservlies 50 g/m², Spinnvlies 17 g/m²

Schweißmuster: 1. 2,5 Punkte/cm², gleichmäßig verteilt 2. 0,2 Punkte/cm², gleichmäßig verteilt

Die in den Beispielen wiedergegebenen Messwerte wurden durch die folgenden Bestimmungsmethoden ermittelt :

Dicke:

30.5-99 Pkt. 4.2, Gerät: VDM 01 , zu beziehen bei der Karl Schröder KG, Weinheim.

Da die Messungen nach Verfahren 4.1 , 4.2 oder 4.3 zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen, wurden die Messungen der erfindungsgemäßen Laminate prinzipiell nach Verfahren 4.2 (for bulky nonwovens with a maximum thickness of 20 mm) durchgeführt. Flachenbezoαene Masse fα/cm²1 DIN EN 29073-1

Bauschiαkeit (bulk) [Cm³ZqI

Dicke (EDANA 30 5-99 Pkt 4 2)/Flächenbezogene Masse (DIN EN 29073-1)

Rohdichte (bulk density) fq/cm³1: Flachenbezogene Masse (DIN EN 29073-1 ) Dicke (EDANA 30 5-99 Pkt 4 2)

In Figur 15 ist schematisch das Messprinzip zur Ermittlung der durchschnittlichen Total- porositat und des durchschnittlichen Medians des Porendurchmessers illustriert

Figur 16 zeigt eine Vorrichtung, die bei der Bestimmung der durchschnittlichen Totalpo- rositat und des durchschnittlichen Medians des Porendurchmessers zum Einsatz kommt

Tabelle 9 (Figur 17) gibt die Messwerte bezüglich der durchschnittlichen Totalporositat und des durchschnittlichen Medians des Porendurchmessers wieder

Die Messwerte wurden dabei nach dem unten angegeben Verfahren ermittelt

Zur Bestimmung der durchschnittlichen Totalporosität und des durchschnittlichen Mediane des Porendurchmessers wurde die Methodik der Extrusion einer Benetzungsflussig- keit verwendet Die Messungen erfolgten mittels eines PMI-Flussιgkeιts-Extrusιons- Porosimeters Im Folgenden wird dazu auf die Figuren 15 und 16 Bezug genommen

1 Messprinzip

Da die freie Oberflächenenergie des Systems Benetzungsflussigkeit 20/Probe 12 geringer ist als die freie Oberflächenenergie des Systems Luft/Probe 12 füllen sich die Poren einer Probe spontan mit Benetzungsflussigkeit 20 Dabei kann die Benetzungsflussigkeit 20 aus den Poren durch Erhöhung des differentiellen Drucks 22 eines Inertgases 18 auf die Probe 12 entfernt werden Es wurde gezeigt, dass der benötigte differentielle Druck 22, um die Benetzungsflussigkeit 20 aus einer Pore zu verdrangen, durch die Große der Pore bestimmt wird (Akshaya Jena, Kπshna Gupta, „Characteπzation of Pore Structure of Filtration Media", Fluid Particle Separation Journal, 2002, 4 (3), S 227-241) Die Korrelation zwischen dem differentiellen Druck 22 des Inertgases 18 und der Porengroße wird durch Gleichung 1 wiedergegeben,

p = 4 γ cos θ / D (1 )

wobei p der differentielle Druck 22 eines Inertgases auf die Probe, γ die Oberflachenspannung der Benetzungsflussigkeit 20, θ der Kontaktwinkel der Benetzungsflussigkeit 20 auf der Porenoberflache und D der Porendurchmesser ist, dessen Definition für einen unregelmäßigen Querschnitt durch folgende Gleichung (2) wiedergegeben wird

D = 4 (Querschnittsflache) /(Querschnittsumfang) (2)

Wenn die Probe 12 auf eine Membran 25 aufgebracht ist und die Poren der Probe 12 und der Membran 25 mit einer Benetzungsflussigkeit 20 gefüllt sind, fuhrt die Applikation eines Drucks 23 auf die Probe 12 zu einer Verdrängung 23 der Flüssigkeit aus den Poren der Probe 12 und zu einem Ausfließen 24 der Flüssigkeit 20 durch die Membran 25 Falls die größte Pore der Membran 25 kleiner als die kleinste Pore von Interesse der Probe 12 ist, wird zwar die Flüssigkeit 20 aus den Poren von Interesse der Probe 12 verdrangt und aus der Membran 25 ausfließen, jedoch wird der Druck 22 nicht ausreichen, um die Flüssigkeit 20 vollständig aus den Poren der Membran 25 zu entfernen, das Gas wird nicht in der Lage sein, durch die flussigkeitsgefullten Poren der Membran 25 hindurch auszuströmen Somit kann über den differentiellen Druck 22 und das ausgeflossene Volumen der Flüssigkeit 20 der Durchmesser bzw das Volumen der Poren bestimmt werden (A Jena und K Gupta, „A Novel Technique for Pore Structure Characte- πzation without the use of Any Toxic Material", Nondestructive Characteπzation of Materials Xl, Hrsg Robert E Green, Jr , B Boro Djordjevic, Manfred P Hentschel, Springer- Verlag, 2002, S 813-821)

2 Versuchsaufbau

Dem PMI-Flussigkeits-Extrusions-Porosimeter 5 (Figur 16) liegt die Methodik der Flus- sigkeits-Extrusion zugrunde Die Probenkammer 6 des Porosimeters 5 besteht dabei aus einem zylinderförmigen PVC-Behalter, dessen Durchmesser 45 mm und dessen Tiefe 45 mm beträgt. Ein relativ weitmaschiges, offenes, aus rostfreiem Stahldraht gefertigtes Netz 7 liegt auf einer Leiste am Boden der Probenkammer 6 auf. Unterhalb des Netzes 7 ist die Probenkammer 6 bis über einen wenige mm im Durchmesser betragenden flexiblen Schlauch 8 mit der Unterseite eines zylinderförmigen Acrylgefäßes, dessen Durchmesser 40 mm und dessen Tiefe 40 mm beträgt, verbunden. Das Gefäß 9 sowie seine Abdeckung 10 sind dabei auf einer Waage 11 (Hersteller: Mettler, Gewichtsauflösung 0,0001 g) aufgebracht. Ein zylinderförmiger Einsatz 13 (40 mm Durchmesser, 40 mm Höhe) wird auf der Probe 12 innerhalb der Probenkammer 6 aufgebracht. Die obere Seite des Einsatzes 13 weist dabei eine Kerbe für einen O-Ring 14 auf. Eine pneumatisch betriebene Vorrichtung 15, die einen in einem Zylinder geführten Kolben 16 auf weist, wird auf die Probekammer 6 montiert. Der Kolben 16 ist hohl, um einen Durchfluss des Testgases 18 in die Probenkammer 6 zu gewährleisten. Eine flache Scheibe 17 aus rostfreiem Stahl, die an die Unterseite des Kolbens 16 angeschweißt ist, drückt den Einsatz 13 gegen den O-Ring 14 auf der Oberseite des Einsatzes 13 an und verhindert so ein Entweichen von Testgas 18. Die Steuerung des Kolbens 16 erfolgt pneumatisch. Dabei erfolgt eine separate Einspeisung des Testgases 18 und des Gases 19 zum Betreiben des Kolbens 16.

3. Benetzungsflüssigkeit

Bei allen Versuchen wurde als Benetzungsflüssigkeit Galwick verwendet, ein perfluoriertes Polymer (oxidiertes und polymerisiertes 1 ,1 ,2,3,3,3,-Hexafluorpropen). Die Flüssigkeit ist inert, die Oberflächenspannung beträgt 16 Dynes/cm. Wegen der sehr geringen Oberflächenspannung der Testflüssigkeit liegt der Kontaktwinkel nahe bei 0^β (Vibhor Gupta und A.K. Jena, „Substitution of Alcohol in Porometers for Bubble Point Determination", Advances in Filtration and Separation Technology, American Filtration and Separation Society, 1999, 13b, S. 833-844).

4. Testqas

Bei allen Versuchen wurde trockene und gereinigte komprimierte Luft verwendet. Zur Entfernung von festen Partikeln wurde die Luft gefiltert, die Feuchtigkeit wurde durch die dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Standardtrocknungsverfahren entfernt

5 Automatisierte Testausfuhrunq, Datenerfassung und -management

Die Testausführung, Datenerfassung sowie die Datenreduktion wurden voll automatisiert durch die Verwendung eines Computers und einer geeigneten Software ausgeführt. Die Ausfuhrung der Testprozedur nach Beladen der Probekammer 6 mit einer Probe 12 erfolgte automatisch, so dass akkurate und reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden konnten.

6. Testprozedur

a) Vorbereitung des Messinstruments

Die Probenkammer 6, das Gefäß 9 auf der Waage 11 , das Netz 7 am Boden der Probekammer 6 und der Einsatz 13 wurden zur Entfernung von Verunreinigungen mit Alkohol gesäubert Die O-Ringe 14 wurden ebenfalls gesäubert und gefettet Eine Millipor- membran 25 mit einem maximalen Porendurchmesser von 0,45 μm, wurde auf das Netz 7 aufgebracht Dabei ist darauf zu achten, dass die Membran 25 unbeschädigt ist, d h. keine Defekte, Risse oder sonstigen Beschädigungen aufweist, da dies sonst zu Verfälschungen des Messergebnisses führen kann Nun wurde Benetzungsflussigkeit 20 in das Gefäß 9 gegeben, die über den Schlauch 8 in die Probenkammer 6 fließt Dabei wurde so viel Benetzungsflussigkeit 20 zugegeben, dass ein Flύssigkeitsstand in der Probenkammer 6 erreicht wird, so dass die Flüssigkeit 20 das Netz 7 gerade vollkommen bedeckt Dadurch ist eine vollkommene Benetzung der Membran gewährleistet. Nach einer gewissen Zeit stellte sich eine Konstanz der Anzeige der Waage 1 1 ein, woran das Erreichen eines stationären Zustands erkannt werden konnte

b) Vorbereitung der Proben

Für die Messung wurden Filterbeutel aus einem Filterbeutelmaterial verwendet, das aus einem Verbund aus einer zwischen 2 Vliesstofflagen eingeschlossenen Faservlieslage besteht. Die Vliesstofflagen (Spunbondlagen) sind aus Polypropylenfasem gebildet. Die Faservlieslage besteht aus Polypropylen-Stapelfasern (Splitfasem mit 60 mm Länge). Das Filtermaterial ist dabei durch punktförmige Schweißverbindungen, die mittels Ultraschallschweißen eingebracht werden, verbunden. Es wurden 3 Proben untersucht mit einer unterschiedlichen Anzahl an Schweißpunkten, nämlich 16, 70 und 95, jeweils bezogen auf 100 cm², die gleichmäßig über die Oberfläche verteilt sind. Aus den Filterbeuteln wurden dann kreisförmige Proben 12 von 45 mm im Durchmesser ausgestanzt. Die Proben 12 wurden gewogen und die Dicke nach EDANA 30.5 - 99 Pkt. 4.2 bestimmt (siehe hierzu S. 8, Z. 3-13), wobei sich nur schwer Aussagen über die Dicke treffen ließen, was auf die weiche Natur und die unebene Oberfläche der Probe 12 zurückzuführen ist. Die Rohdichte p_b wurde errechnet. Diese Rohdichte entspricht der der trockenen Probe. Die Oberschicht der Probe 12 wurde mit einem Messer (Stanley- Messer) eingeritzt. Jeder Schnitt war 10 mm lang und 1 mm breit, um eine angemessene Anzahl von Schnitten herauszufinden, wurden Proben 12 mit einer unterschiedlichen Zahl von Schnitten untersucht. Basierend auf den Ergebnissen, die mit diesen Proben 12 erhalten wurden, wurde gefunden, dass fünf Schnitte pro Probe 12 angemessen sind; somit wurden alle Untersuchungen mit fünf Schnitten pro Probe 12 ausgeführt. Die Anordnung der fünf Schnitte erfolgte dabei in Analogie zur Anordnung der Punkte bei einer Fünf auf einem Würfel.

c) Benetzung und Beladung der Probe

Die Probe wurde in ein Benetzungsflüssigkeit 20 enthaltendes Gefäß eingebracht. Dabei absorbierte die Probe 12 die Benetzungsflüssigkeit 20 und zeigte eine Tendenz zum Quellen. Dabei wurde darauf geachtet, die Probe 12 nicht komplett in die Flüssigkeit 20 einzutauchen, um Lufteinschlüsse in der Probe 12 zu vermeiden. Die benetzte Probe 12 wurde im Anschluss auf die Membran 25 innerhalb der Probenkammer 6 aufgebracht . Der O-Ring 14 wurde auf die Probe 12 und der Einsatz 13 auf den O-Ring 14 aufgebracht.

d) Durchführung des Tests

Alle die Probe 12 betreffenden Informationen einschließlich der Identifikationsnummer wurden in einem Computer gespeichert. Die Einheiten sowie die verschiedenen zu messenden Funktionen wurden ebenso eingegeben. Im Anschluss daran wurde der Test durchgeführt. Der Kolben 16 wurde computergesteuert abgesenkt, um den Einsatz 13 auf den O-Ring 14 zu drücken. Zur Vermeidung von Leckagen wurde ein vorbestimmter Druck auf den O-Ring 14 angelegt. Die Waage 11 wurde tariert. Im Anschluss wurde langsam das Testgas 18 durch den Kolben 16 zur Oberfläche der Probe 12 eingeleitet. Der Gasdruck 22 wurde computergesteuert, in kleinen Inkrementen erhöht, somit wurde eine Einstellung eines Gleichgewichts des Systems vor Aufzeichnung der Daten erreicht. Der Computer speicherte die Daten des Drucks und der Gewichtsänderung der Flüssigkeit mittels der Waage 1 1. Die Ergebnisse wurden ebenso graphisch dargestellt, um den Fortschritt des Tests zu verfolgen. Zum Erhalt der Ergebnisse am Ende des Tests wurden die Daten in verschiedener Weise ausgedruckt.

7. Ergebnisse

Die Messvorrichtung 5 zeichnete über die Waage 11 die Zunahme des Gewichts der Benetzungsflüssigkeit 20, die aus der Probe 12 verdrängt wurde, auf und errechnete das Gewicht der Flüssigkeit 20 über die Dichte in das entsprechende Volumen um. Dieses Ergebnis repräsentiert das kumulative Porenvolumen. Ebenso wurde aus dem durch die Messvorrichtung 5 bestimmten Gasdruck des Testgases 18, das zur Verdrängung der Benetzungsflüssigkeit 20 aus den Poren der Probe 12 verwendet wurde, der Porendurchmesser errechnet. Somit konnte das kumulative Porenvolumen als Funktion des Porendurchmessers aufgezeichnet werden. Die Porosität P (in %) wurde aus der Rohdichte, ρ_b und dem totalen Porenvolumen V gemäß Gleichung (3) errechnet werden.

P = (V p_b) x100 (3)

Über die Messvorrichtung 5 konnte ebenso der Median des Porendurchmessers errechnet werden. Der Median des Porendurchmessers ist so definiert, dass 50 % des Ge- samtporenvolumens aus Poren herrührt, die größer als die mittlere Pore und 50 % des Gesamtporenvolumens aus Poren herrührt, die kleiner als die mittlere Pore sind. Das arithmetische Mittel von mehreren Messungen der verwendeten Proben ist in Tabelle 9 (Figur 17) als durchschnittlicher Median des Porendurchmessers wiedergegeben. Wie aus Tabelle 9 hervorgeht, weist das erfindungsgemäße Filtermaterial des Beutels eine extrem hohe durchschnittliche Totalporosität von bis zu 96,8 % auf. Mit zunehmender Anzahl an Schweißverbindungen sinkt die Totalporositat dann ab auf einen Wert von 67 4 % Entsprechend verringert sich der durchschnittliche Median des Porendurchmessers von 201 ,8 μm auf 129,1 μm Wie die Ergebnisse zeigen, weisen die erfmdungsge- maßen Filtertuten eine extrem hohe Porosität auf, was letztlich zu einem überdurchschnittlichen Staubspeichervermogen fuhrt

8 Diskussion der Messmethode

Bei der verwendeten Messmethodik wird der Porendurchmesser und das Porenvolumen einer Probe aus dem gemessenen Gasdruck, der zur Verdrängung der Benetzungsflus- sigkeit aus den Poren benotigt wird, sowie dem gemessenen Volumen der verdrängten Flüssigkeit aus den Poren errechnet Die Poren in den oben und unten angebrachten Vliesstofflagen (Spunbondlagen) der Probe sind viel kleiner als die Poren der Faser- flieslage in der Mittellage Aus Gleichung 1 ist ersichtlich, dass der Gasdruck, der benotigt wird, um eine Flüssigkeit aus den oben und unten aufgebrachten Lagen zu verdangen, viel hoher sein muss als derjenige, der für die Faservlieslage benotigt ist Bei der Untersuchung der Filterbeutel wird eine Verdrängung der Flüssigkeit 20 aus den Poren der mittleren Faservlieslage nur dann erfolgen, nachdem die Flüssigkeit aus den Poren der oben aufgebrachten Spunbondvliesstoffschicht erfolgt ist Der hohe Druck, der benotigt wird, um die Flüssigkeit aus den kleinen Poren der oben aufgebrachten Spunbondvliesstoffschicht zu verdrangen, wird ebenso Flüssigkeit aus den größeren Poren der mittleren Faservlieslage verdrangen, somit wird der Durchmesser der kleinen Poren der o- ben aufgebrachten Spunbondvliesstoffschicht als der Durchmesser der Poren in der Faservlieslage als mittlere Lage gemessen Das bestimmte Porenvolumen wird nahe am Porenvolumen der mittleren Lage liegen, da das Volumen der kleinen Poren in der sehr dünn ausgeprägten oben und unten aufgebrachten Schichten vernachlassigbar, verglichen mit dem großen Volumen der großen Poren in der dicken Mittelschicht ist

Die Testprozedur, die bei dieser Untersuchung verwendet wurde, beinhaltet auch das Anbringen von mehreren Schnitten auf der Oberschicht Durch die Schnitte wurden in die Oberschicht große Offnungen eingefugt, so dass das Testgas an den kleinen Poren der Oberschicht passieren konnte Dabei erfolgte keine Messung des Durchmesser und des Volumens der kleinen Poren in der Oberschicht Somit erfolgte die Verdrängung der Flüssigkeit aus der Mittelschicht bei kleinen Drucken, die mit den großen Poren in der Faservlieslage korrelieren. Die als Unterschicht aufgebrachte Spunbondvliesstoffschicht beeinflusste den Test nicht, da die Flüssigkeit, die aus den Poren der Faservlieslage über Gasdruck verdrängt wurde, einfach durch die untere Spunbondvliesstoffschicht durchfloss und der Gasdruck somit nicht geeignet war, um Flüssigkeit aus der Unterschicht zu verdrängen. Somit wurden der Durchmesser und das Volumen von den Poren in der Faservlieslage mit diesem Test ermittelt.

Claims

Patentansprüche

1. Staubsaugerfilterbeutel aus einem Filtermaterial umfassend mindestens drei Lagen mit

mindestens zwei Lagen aus einer Vliesstofflage, und

mindestens einer Lage aus einer Faservlieslage aus Fasern und/oder Filamente, wobei

die mindestens zwei Vliesstofflagern und die mindestens eine Faservlieslage durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind.

2. Filterbeutel nach Anspruch 1 , in welchem der Pressflächenanteil des Schweißmusters maximal 5 % der Oberfläche der durchströmbaren Fläche des Filterbeutels beträgt und, bezogen auf die gesamte durchströmbare Fläche des Filterbeutels, durchschnittlich maximal 19 Schweißverbindungen pro 10 cm² vorhanden sind.

3. Filterbeutel nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die durchschnittliche Totalporosität mindestens 65 %, vorzugsweise mindestens 80%, höchst vorzugsweise mindestens 95% beträgt.

4. Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem der durchschnittliche Median des Porendurchmessers mindestens 120 μm, vorzugsweise mindestens 150 μm, höchst vorzugsweise mindestens 180 μm, aller höchst vorzugsweise mindestens 200 μm beträgt.

5. Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem durchschnittlich maximal 10, vorzugsweise maximal 5 Schweißverbindungen pro 10 cm² vorhanden sind.

6. Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem die Schweißverbindung sternförmig, punktförmig, balkenförmig und/oder liπienförmig ausgebildet ist.

Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem der Press- flachenanteil des Schweißmusters maximal 2 %, bevorzugt maximal 1 %, betragt

Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem die Fasern in Form von Stapelfasern, vorzugsweise Sphtfasern und/oder Crimpfasem, vorgesehen sind

Filterbeutel nach Anspruch 8, in welchem die Fasern eine Lange zwischen 1 und 100 mm, bevorzugt zwischen 3 bis 70 mm, aufweisen

Filterbeutel nach Anspruch 8 oder 9, in welchem die Crimpfasem unterschiedliche räumliche Strukturen aufweisen, bevorzugt vom Zickzack-, Wellen- und/oder Spiraltyp

Filterbeutel nach einem der Ansprüche 8 bis 10, in welchem die Crimpfasem in Form von eine mechanisch gecπmpten und/oder Autocrimpfasem und/oder Bi- komponentenfasern vorgesehen sind

Filterbeutel nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , in welchem die Fasern elektrostatisch geladen sind

Filterbeutel nach einem der Ansprüche 8 bis 12, in welchem die Stapelfasern in Form von Naturfasern und/oder Chemiefasern vorgesehen sind

Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem die flachenbezogene Masse der Faservlieslage zwischen 10 und 200 g/m², bevorzugt zwischen 20 bis 100 g/m², beträgt

Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem die Vlies- stofflage eine flachenbezogene Masse von mindestens 5 g/m² aufweist

Filterbeutel nach vorhergehendem Anspruch, in welchem die Vliesstofflage ein Scπm, bevorzugt ein Spinnvhes oder eine Meltblownvlieslage, ist

17. Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zwei Vliesstofflagen zwischen denen die Faservlieslage angeordnet ist.

18. Filterbeutel nach Anspruch 17, in welchem eine Vliesstofflage in Form einer Fein- filter-SpinnvIieslage vorgesehen ist.

19. Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem eine bzw. eine weitere Feinfilter-Spinnvlieslage vorgesehen ist.

20. Filterbeutel nach Anspruch 19 in Kombination mit Anspruch 18, in welchem die Feinfilter-Spinnvlieslagen unterschiedliche Filtereigenschaften aufweisen.

21. Filterbeutel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem weitere Lagen vorgesehen sind, die aus Papier, Vliesmaterial und/oder Nanofasern gebildet sind.