WO2009053205A2 - Filtermaterialien mit erhöhtem staubabscheidegrad - Google Patents

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    • B01D2239/0428—Rendering the filter material hydrophobic

Definitions

  • the present invention relates to filter materials having hydrophobic properties for filtering dust particles from a gas stream.
  • filter materials are used to liberate air or gases from particles which, by their chemical and / or physical properties, disturb industrial processes, accelerate the wear of machines or promote human health and affect well-being. Also, such materials are used in the solution of hygiene tasks in industry and household, z. For example, in the dedusting of machines, in general instruments of all kinds, surfaces, in the vacuuming of carpets, furniture, upholstery, curtains and other furnishings for the living and working area.
  • the degree of separation according to Section 2.9 of DIN 24 189 is understood to be the measure of the ability of a filter material to trap dust particles that penetrate into the filter material in, on or on the filter material, in the same way as dust particles from the gas or air flow, which flows through the filter material to retain permanently.
  • Dust particles are solid particles in sizes of 0.1 to 1000 microns understood, such as. As atmospheric dust, plant pollen, soot, asphalt dust, mineral dust, asbestos dust, rock abrasion, bacteria, spores, powdered substances.
  • the effectiveness of a filter material is not limited to the degree of dust collection but also other quantities that are accessible to measurement and defined in DIN 24 189.
  • These quantities include, for example, the air mass flow, or more generally, the mass flow of gas or air, which indicates what mass-related amount of gas or air will pass the filter material between its input and output sides.
  • Another size is, for example, the pressure drop or pressure loss that exists between the inlet and the outlet side of the filter material and is a consequence of the flow resistance of the gas or air flow when passing through the filter material. While the filter material separates dust particles, naturally the flow resistance and thus also the pressure drop changes over time. It is obvious that the greater the mass flow passing through this filter material and the greater its degree of dust removal at the same time, the better the effect of a filter material.
  • microstructure is understood to mean the spatial arrangement of the solid material or of the solid materials, through which the filter material intersects frequently and continuously, for example through interconnected pores.
  • the common feature of all filter materials is that the deposited dust particles adhere wholly or partially on and / or in the free surface, are mechanically held by the filter material or remain stuck in this and thus the free surface, for the passage of the gas or gas to be filtered Air flow is available, gradually decrease during the life of the filter material.
  • the flow resistance in the structure increases, synonymous with the increase in the pressure drop or the decrease in the mass flow between the inlet and outlet side of the filter material.
  • Such Decrease is of course tolerable only below a critical value, which depends on the requirements of purity and size of the output mass flow and determines the intended use of the filter material.
  • Patent DE 690 10 766 T2 discloses hydrophobic polymer microporous membranes whose surface tension is increased by a substrate (co) polymer chemically bonded to all portions of the membrane surface of a monomer having an unsaturated ethylene group and a perfluoroalkyl group.
  • the membranes coated in this way have an increased liquid-repellent effect. The degree of dust separation, however, remains unaffected by the coating.
  • DE 693 04 346 T2 discloses a gas-permeable filter material which is resistant to liquids, for example water, oil and lipid emulsions.
  • Filter material can be made of fabric, polymer or paper and on different
  • the filter material may also be in the form of porous films or membranes.
  • the pore walls that make up the filter material are mixed with a mixture of an ester of a perfluoroalkyl alcohol and a
  • a filter material was found with increased Staubabscheidegrad whose free surface of the structure in and on the filter material at least partially molecules or molecular groups, crosslinked and / or uncrosslinked, having hydrophobic properties.
  • An advantage of the present invention is that any solid material known in the art, other than polyvinyl difluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and copolymers thereof are suitable for the solid material and structure of the filter material of the invention.
  • the present invention has the further advantage that any structure known in the art is suitable for the structure of the filter material according to the invention.
  • any known in the prior art geometric arrangement of the filter material according to the prior art, suitable for the filter material according to the invention synonymous with folding, winding, packing, compression, stuffing, in arrangement in one or more layers or layers, the under and with each other welded, glued, pressed, sewn, or may be connected in other manner according to the state of the art.
  • a further advantage of the present invention is that the dust particles retained from the gas or air stream are due to contact with the dust particles filter material according to the invention can be solved by shaking or tapping, without using cleaning agents, to flow through the filter material according to the invention with liquid or purified gas or air, to reverse the direction of the gas stream or off or blow the filter material according to the invention under elevated pressure.
  • the vibrations which normally occur during the operation of these machines are sufficient to release the dust particles from and from the surface of the filter material according to the invention.
  • Filter materials according to the prior art show after a certain period of use an increase in the flow resistance, as in their filter material adhering dust particles reduce the free surface of the gas to be filtered and thus gradually clog the prior art filter material and a Change or require cleaning.
  • the filter material according to the invention has the further advantage that a clogging, or breaking of dust particles occurs less frequently or after a longer period of use of the filter material according to the invention, as in the filter material according to the prior art.
  • Filter materials according to the prior art are oversized, where possible, to overcompensate for the reduction of the free surface by firmly adhering or adsorbed on the surface of its microstructure dust particles by an oversupply of filter material and thus to extend the change or cleaning interval.
  • such overdimensioning is superfluous, so that a further advantage is a smaller space requirement compared with the prior art.
  • the present invention thus relates to a filter material with an increased degree of dust separation, which is characterized in that the free surface of the structure of the filter material at least partially has molecules or molecular groups, crosslinked and / or uncrosslinked, with hydrophobic properties.
  • the present invention is the filter material with increased Staubabscheidegrad which is obtained by the method according to the invention.
  • the present invention relates to a filter material with an increased degree of dust separation, characterized in that the free surface of the structure of the filter material at least partially has molecules or molecular groups, crosslinked and / or uncrosslinked, with hydrophobic properties.
  • the structure of the filter material according to the invention is selected from rigid or flexible open-pore shaped bodies, structures made from fibers, or a combination of one or more of these shaped bodies and / or these structures made of fibers.
  • This structure may preferably be a flexible, open-pore shaped body or a structure made of fibers.
  • the one or more moldings of the filter material according to the invention may preferably be selected from sponge, foam, sintered material, or a combination of these moldings. Particularly preferably selected Be sponge or foam.
  • the structures may be selected from fibers of woven, knitted fabric, gauze, knitted fabric, fleece, braid, felt, needle felt, or a combination of these structures. These structures may particularly preferably be woven, nonwoven and / or needle felt.
  • the fibers of the filter material according to the invention may advantageously be selected from cellulose, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamides, polyaramids, glass, mineral wool, wool, metal or a composite of these fibers.
  • the hydrophobic molecules of the filter material according to the invention can be adsorbed on the surfaces of the structure of the filter material and / or chemically bonded. If the hydrophobic molecules of the filter material according to the invention are chemically bonded to the surfaces of the microstructure of this filter material, this chemical bonding takes place under the alcohol elimination known to the person skilled in the art.
  • the filter material is a liquid containing at least one fluoroalkylsilane of the formula C m F 2m + iC n H 2n Si (OR)
  • the liquid can already be applied to the fibers and evaporated before these fibers are shaped, knitted, braided, knitted or generally assembled into structures of the filter material.
  • Liquid at least one solvent selected from the group of alcohols, ketones, terpenes, aliphatics, cycloaliphatic, ethers, esters, or a mixture of these groups is used.
  • the solvent can be selected depending on the filter material, for example, such that the solid material of the structure is dissolved or not dissolved by the solvent.
  • a mixture of two alcohols can be used as solvent in the process according to the invention.
  • the liquid is applied by doctoring, spraying, dipping, impregnating, dripping, printing or brushing.
  • the liquid may be applied by spraying, dipping, soaking, more preferably by spraying or soaking.
  • the liquid is applied on one side to the filter material. Furthermore, it is preferred if in the process according to the invention, the excess liquid is recycled.
  • the liquid may preferably be in an oven, in air or inert gas under ambient conditions, or by introducing heat energy by means of infrared radiation, by blowing and / or blowing with heated or unheated air or inert gas, by spinning the filter material in air or be evaporated in inert gas.
  • the liquid can be evaporated by blowing with heated air. It may be advantageous to choose the drying conditions so that the liquid is completely evaporated.
  • the temperature can be selected at the boiling point of the solvent. If a mixture of solvents is used, For example, the temperature may more preferably be selected at the boiling point of the solvent having the highest boiling point.
  • Another object of the present invention is the filter material with increased Staubabscheidegrad which is obtained by the process according to the invention.
  • the fluoroalkyl or alkylthalkoxysilanes used were: a) methyltriethoxysilane b) isobutyltriethoxysilane c) 1, 1 ⁇ - tetrahydro-SS ⁇ . ⁇ . ⁇ .e.ejJ. ⁇ . ⁇ . ⁇ -tridecafluorooctylt ⁇ ethoxysilane d) octyltriethoxysilane e) hexadecyl
  • All filter materials according to the invention had water-repellent surfaces.
  • the filter materials not treated by the method according to the invention had hydrophilic surfaces.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Filtermatehal mit erhöhtem Staubabscheidegrad, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberflächen des Gefüges des Filtermaterials zumindest teilweise Moleküle oder Molekülgruppen, vernetzt und/oder unvernetzt, mit hydrophoben Eigenschaften aufweisen sowie ein Verfahren zur Herstellung von Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf das Filtermaterial eine Flüssigkeit, die zumindest ein Fluoralkylsilan der Formel CmF2m+1 CnH2nSi(OR)3, zumindest ein Alkylsilan der Formel CkH2k+1Si(OR')3, oder ein Gemisch dieser Verbindungen enthält oder ist, aufgebracht und anschließend getrocknet wird.

Description

Filtermaterialien mit erhöhtem Staubabscheidegrad
Die vorliegende Erfindung betrifft Filtermaterialien mit hydrophoben Eigenschaften zur Filterung von Staubpartikeln aus einem Gasstrom.
Zur Abscheidung von Staubpartikeln aus einem mit Staubpartikeln beladenen Gasstrom werden gemäß dem Stand der Technik Filtermaterialien verwendet, um Luft oder Gase von Partikeln zu befreien, die durch ihre chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften industrielle Prozesse stören, den Verschleiß von Maschinen beschleunigen oder beim Menschen Gesundheit und Wohlbefinden beeinträchtigen. Auch werden solche Materialien bei der Lösung von Hygieneaufgaben in Industrie und Haushalt eingesetzt, z. B. bei der Entstaubung von Maschinen, ganz allgemein Instrumenten aller Art, Oberflächen, beim Staubsaugen von Teppichen, Möbeln, Polstern, Vorhängen und sonstigen Einrichtungsgegen- ständen für den Wohn- und Arbeitsbereich.
An dieser Stelle und im Folgenden wird unter Staubabscheidegrad der Abscheidegrad nach Abschnitt 2.9 der DIN 24 189 als das Maß für die Fähigkeit eines Filtermaterials verstanden, in das Filtermaterial eindringende Staubpartikel in, an oder auf dem Filtermaterial festzuhalten, gleichbedeutend damit, Staubpartikel aus dem Gas- oder Luftstrom, der das Filtermaterial durchströmt, dauerhaft zurückzuhalten. Unter Staubpartikeln werden feste Partikel in Größen von 0,1 bis 1000 μm verstanden, wie z. B. atmosphärischer Staub, Pflanzenpollen, Ruß, Asphaltstaub, mineralischer Staub, Asbeststaub, Gesteinsabrieb, Bakterien, Sporen, pulverisierte Stoffe.
Moderne Filtermaterialien erzielen bei Größen der Staubpartikel ab 1 μm nach DIN 24 189 Staubabscheidegrade oberhalb 80 %, bei Partikelgrößen ab 4 μm Staubabscheidegrade besser als 99 %.
Doch ist für die Wirksamkeit eines Filtermaterials nicht allein der Staubabscheidegrad von Bedeutung, sondern auch andere Größen, die der Messung zugänglich und in der DIN 24 189 definiert sind. Zu diesen Größen gehört zum Beispiel der Luftmassenstrom, oder allgemeiner, der Massenstrom an Gas oder Luft, der angibt, welchen massenbezogene Menge an Gas oder Luft das Filtermaterial zwischen seiner Ein- und Ausgangsseite passieren lässt. Eine weitere Größe ist beispielsweise der Druckabfall bzw. Druckverlust, der zwischen der Ein- und der Ausgangsseite des Filtermaterials besteht und eine Folge des Strömungswiderstandes des Gas- oder Luftstroms beim Durchgang durch das Filtermaterial ist. Während das Filtermaterial Staubpartikel abscheidet, ändert sich naturgemäß der Strömungswiderstand und damit auch der Druckabfall mit der Zeit. Es ist offensichtlich, dass die Wirkung eines Filtermaterials umso besser ist, je größer der dieses Filtermaterial passierende Massenstrom und je größer zugleich sein Staubabscheidegrad ist.
Unter der freien Oberfläche wird an dieser Stelle und im Folgenden die Oberfläche verstanden, die das Gefüge des Filtermaterials aufweist und die von dem Staubpartikel beladenen oder abgereinigten Gas- oder Luftstrom überströmt wird.
Unter Gefüge wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die vielfach und durchgängig, zum Beispiel durch miteinander verbundene Poren, durchbrochene räumliche Anordnung des festen Materials oder der festen Materialien verstanden, aus dem oder aus denen das Filtermaterial besteht.
Gemeinsame Eigenschaft aller Filtermaterialien ist, dass die abgeschiedenen Staubpartikel ganz oder teilweise auf und/oder in der freien Oberfläche haften, von dem Filtermaterial mechanisch festgehalten werden oder in diesem kleben bleiben und somit die freie Oberfläche, die für den Durchgang des zu filternden Gas- oder Luftstromes zur Verfügung steht, allmählich während der Verwendungsdauer des Filtermaterials verringern. Dadurch steigt der Strömungswiderstand im Gefüge an, gleichbedeutend mit dem Anstieg des Druckabfalls oder der Abnahme des Massenstroms zwischen Ein- und Ausgangsseite des Filtermaterials. Eine solche Abnahme ist natürlich nur unterhalb eines kritischen Wertes tolerierbar, der von den Anforderungen an Reinheit und Größe des ausgangsseitigen Massenstroms abhängt und den Einsatzzweck des Filtermaterials bestimmt.
Bestehen Forderungen nach einem möglichst großen Staubabscheidegrad, so wird dieser in dem Stand der Technik durch Filtermaterialien mit einer möglichst großen freien Oberfläche zur Verfügung gestellt. Einer Steigerung der freien Oberfläche sind aber aus vielfachen Gründen Grenzen gesetzt, zum Beispiel durch begrenztes Platzangebot für den Einbau des Filtermaterials, Einschränkungen in der Auswahl des Filtermaterials, oder durch Fertigungskosten solcher Filtermaterialien, die in komplizierten geometrischen Formen und Anordnungen verbaut werden müssen, wie es zum Beispiel im Maschinenbau oder in den bisweilen äußerst kompakten Lüftungs- und Klimaanlagen in der Fahrzeugtechnik üblich ist.
Im Stand der Technik wird daher schon immer versucht, den mit der Forderung nach großen freien Oberflächen einhergehenden Raumbedarf durch aufwendiges Falten, Stauchen, Wickeln oder Packen des Filtermaterials zu minimieren, was im Allgemeinen hohe Entwicklungskosten, erschwerte Zugänglichkeit und somit wiederum hohe Instandhaltungskosten nach sich zieht.
Beim modernen Maschinendesign, wie z. B. von Verbrennungskraftmaschinen in PKW, müssen immer höhere Maschinenleistungen und immer niedrigere Emissionswerte auf engem Raum realisiert werden. Dadurch müssen Filtermaterialien bei ständig geringerem Raumangebot immer höhere Staubabscheidegrade bei nicht oder sehr wenig erhöhtem Druckverlust erbringen. Auch bestehen Forderungen nach Vereinfachungen oder Verbilligung von Wartungsarbeiten, z. B. einfacheren oder seltener erforderlichen Wechseln der Filtermaterialien.
Die Belastung des Menschen durch Stäube, z. B. Allergene, Haut und Atemwege reizende oder giftige Staubpartikel, ist seit langem ein wichtiges Thema der Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes, so dass die Freihaltung der menschlichen Umgebung von Stäuben die Entwicklung und Verwendung vielfältigster Ausführungsformen von Filtermaterialien, z. B. in der Luftreinhaltung, in der Entstaubung der Luft in Arbeitsbereichen oder in der häuslichen Umgebung, z. B. in Staubsaugern, Pollenfiltern oder pollenabweisenden Textilien, bedingt hat. In der Umgebung des Menschen ist es daher von besonderer Bedeutung, Filtermaterialien zu verwenden, die einfach zu handhaben sind und möglichst selten ausgewechselt oder gereinigt werden müssen.
Die Patentschrift DE 690 10 766 T2 offenbart hydrophobe mikroporöse Polymermembranen, deren Oberflächenspannung durch ein mit allen Abschnitten der Membranoberfläche chemisch gebundenes Substrat(Co)Polymer eines Monomers mit einer ungesättigten Ethylengruppe und einer Perfluoralkylgruppe erhöht ist. Die so beschichteten Membranen weisen eine gesteigerte flüssigkeitsabweisende Wirkung auf. Der Staubabscheidegrad bleibt von der Beschichtung jedoch unbeeinflusst.
DE 693 04 346 T2 offenbart ein gasdurchlässiges Filtermaterial, das gegen Flüssigkeiten, zum Beispiel Wasser, Öl und Lipidemulsionen resistent ist. Das
Filtermaterial kann aus Stoff, Polymer oder Papier bestehen und auf verschiedene
Art und Weise verarbeitet sein, zum Beispiel zu Vlies- oder Webstoff, Mull,
Strickware oder Gewebe. Das Filtermaterial kann auch in Form von porösen Filmen oder Membranen vorliegen. Die Porenwände, aus denen das Filtermaterial besteht, werden mit einem Gemisch aus einem Ester eines Perfluoralkylalkohols und einem
Vernetzungsharzmaterial beschichtet. Das Gemisch wird auf den Porenwänden verfestigt und verleiht diesen hydrophobe und oleophobe Eigenschaften. Das so ausgerüstete Filtermaterial zeigt in dem AATCC-Testverfahren zur Ölbewertung eine abweisende Wirkung gegen Öl, Benzin, Maschinenreiniger und verschiedene Lösemittel. In einem weiteren Testverfahren zur Messung der Gurley-Zahl zeigt dasselbe Filtermaterial auch eine hemmende Wirkung gegen den Durchfluss von Wasser. Die mit DE 693 04 346 T2 gegebene Lehre macht Filtermaterialien in Medien einsetzbar, wo Ölnebel oder andere störende Flüssigkeiten in dem zu filternden Gas- oder Luftstrom vorhanden sind, beispielsweise als Belüftungsfilter. Der Staubabscheidegrad wird aber auch durch diese technische Lehre nicht beeinflusst.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Filtermaterial zur Verfügung zu stellen, das verbesserte Eigenschaften gegenüber dem Stand der Technik aufweist.
Überraschenderweise wurde ein Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad gefunden, dessen freie Oberfläche des Gefüges in und auf dem Filtermaterial zumindest teilweise Moleküle oder Molekülgruppen, vernetzt und/oder unvernetzt, mit hydrophoben Eigenschaften aufweist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass für das feste Material und das Gefüge des erfindungsgemäßen Filtermaterials jegliches im Stand der Technik bekannte feste Material mit Ausnahme von Polyvinylendifluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE) sowie Copolymeren davon geeignet sind. Die vorliegende Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass für das Gefüge des erfindungsgemäßen Filtermaterials jegliches im Stand der Technik bekannte Gefüge geeignet ist. Ebenso ist jede im Stand der Technik bekannte geometrische Anordnung des Filtermaterials gemäß Stand der Technik, für das erfindungsgemäße Filtermaterial geeignet, gleichbedeutend mit Faltung, Wicklung, Packung, Stauchung, Stopfung, in Anordnung in einer oder mehrerer Lagen oder Schichten, die unter- und miteinander geschweißt, geklebt, gepresst, vernäht, oder auf andere dem Stand der Technik gemäßen Weise verbunden sein können.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sich die aus dem Gas- oder Luftstrom zurückgehaltenen Staubpartikel aus der Berührung mit dem erfindungsgemäßen Filtermaterial durch Rütteln oder Klopfen lösen lassen, ohne dafür Reinigungsmittel einzusetzen, das erfindungsgemäße Filtermaterial mit Flüssigkeit oder gereinigtem Gas oder Luft zu durchströmen, die Richtung des Gasstromes umkehren zu müssen oder das erfindungsgemäße Filtermaterial unter erhöhtem Druck ab- oder durchzublasen.
Stehen die erfindungsgemäßen Staubfilter mit dem hydrophobe Eigenschaften aufweisenden erfindungsgemäßen Filtermaterial in mechanischem Kontakt mit Elektromotoren oder Verbrennungskraftmaschinen, so genügen bereits die während des Betriebes dieser Maschinen üblicherweise auftretenden Schwingungen, um die Staubpartikel aus und von der Oberfläche des erfindungsgemäßen Filtermaterials zu lösen. Filtermaterialien gemäß dem Stand der Technik, zum Beispiel in Staubsaugern, zeigen nach einer gewissen Einsatzzeit eine Zunahme des Strömungswiderstandes, da in deren Filtermaterial haftenden Staubpartikel die freie Oberfläche für das zu filternde Gas verringern und somit das dem Stand der Technik gemäße Filtermaterial allmählich verstopfen und einen Wechsel oder eine Reinigung erfordern. Daher weist das erfindungsgemäße Filtermaterial den weiteren Vorteil auf, dass ein Verstopfen, oder Durchbrechen von Staubpartikeln seltener oder nach längerer Einsatzzeit des erfindungsgemäßen Filtermaterials auftritt, als bei Filtermaterial gemäß Stand der Technik. Filtermaterialien gemäß Stand der Technik werden, wo es möglich ist, überdimensioniert, um die Verringerung der freien Oberfläche durch fest haftende bzw. an der Oberfläche seines Gefüges adsorbierte Staubpartikel durch ein Überangebot an Filtermaterial überzukompensieren und somit das Wechsel- oder Reinigungsintervall zu verlängern. Bei dem erfindungsgemäßen Filtermaterial ist eine solche Überdimensionierung überflüssig, so dass ein weiterer Vorteil ein gegenüber dem Stand der Technik ein geringerer Platzbedarf ist.
Vorrichtungen zur Reinigung des Filtermaterials, mit denen die Richtung des Gas- oder Luftstroms umgekehrt wird, so dass die Staubpartikel durch die Eingangsseite ausgetrieben werden, sind bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Filtermatehals entbehrlich, so dass die Einsparung solcher Vorrichtungen einen weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung darstellt. Es ist auch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sich der Einsatz von Reinigungsflüssigkeiten erübrigt, so dass Vorkehrungen zum Auffangen bzw. Aufbewahren von neuen oder gebrauchten Reinigungsflüssigkeiten entfallen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die freie Oberfläche des Gefüges des Filtermaterials zumindest teilweise Moleküle oder Molekülgruppen, vernetzt und/oder unvernetzt, mit hydrophoben Eigenschaften aufweist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Filtermaterial eine Flüssigkeit, die zumindest ein Fluoralkylsilan der Formel CmF2m+iCnH2nSi(OR)3, wobei n, m ganze Zahlen und gleich oder ungleich sind und n = 2 bis 8, m = 1 bis 18, und R = CqH2q+i , wobei q eine ganze Zahl q = 1 bis 18 ist, zumindest ein Alkylsilan der Formel CkH2k+iSi(OR')3, wobei k eine ganze Zahl k = 1 bis 18, und R' = CpH2p+i , wobei p eine ganze Zahl p = 1 bis 18 ist, oder ein Gemisch dieser Verbindungen enthält oder ist, aufgebracht und anschließend verdampft wird.
Des Weiteren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung das Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird.
Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß erhaltenen Filtermaterials in Entstaubungssystemen für Atemluft, Verbrennungsgase, Prozessgase, Abgase, Kraftwerksanlagen, Energieerzeugerstationen sowie in Luftreinigungssystemen für Raumluft, Atemschutz, Reinraumluft, Reinstraumluft, Klimaanlagen, Hausbelüftung, Kabinenbelüftung, Fahrerkabinenbelüftung, Arztpraxen, Zahnarztpraxen, Altenpflege, Krankenpflege, Krankenhäuser, Operationssäle, Quarantänekabinen, Beatmungs- geräte, Beatmungszelte, Schutzanzüge, Luftumwälzanlagen, Prozessgasförderanlagen, Prozessentstaubung, Getreidemühlen, Steinmahlwerke, Zementwerke des weiteren in Wäschetrocknern, Staubsaugern, Zyklon-Staubsaugern, Grasfangkörben, Elektromotorgehäusen, Blasevorrichtungen, Gasmessgeräten, Gasprobenentnahmevorrichtungen, Computergehäusen, Rechenzentren, Wetterstationen, Rettungsgeräte, Taucherausrüstungen, Lichtbogenlöschvorrichtungen, Belüftungsventilen, weiters zur Reinigung der durch und/oder in Fördermaschinen, Schleifmaschinen, Bandschleifern, Bohrmaschinen, Ultraschallbohrern oder Rasenmähern erzeugten Staubpartikel beladenen Gas- oder Luftströme.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung, deren Schutzumfang sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung ergibt, auf diese Ausführungsform beschränkt sein soll.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Oberfläche des Gefüges des Filtermaterials zumindest teilweise Moleküle oder Molekülgruppen, vernetzt und/oder unvernetzt, mit hydrophoben Eigenschaften aufweist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn das Gefüge des erfindungsgemäßen Filtermaterials ausgewählt ist aus starren oder flexiblen offenporigen Formkörpern, Gebilden aus Fasern, oder einer Kombination einer oder mehrerer dieser Formkörper und/oder dieser Gebilde aus Fasern. Bevorzugt kann dieses Gefüge ein flexibler offenporiger Formkörper oder ein Gebilde aus Fasern sein.
Der oder die Formkörper des erfindungsgemäßen Filtermaterials können vorzugsweise ausgewählt sein aus Schwamm, Schaumstoff, Sintermaterial, oder eine Kombination dieser Formkörper. Besonders bevorzugt ausgewählt können Schwamm oder Schaumstoff sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials können die Gebilde aus Fasern ausgewählt sein aus Gewebe, Gewirke, Gaze, Gestricke, Vlies, Geflecht, Filz, Nadelfilz, oder einer Kombination dieser Gebilde. Besonders bevorzugt können diese Gebilde Gewebe, Vlies und/oder Nadelfilz sein.
Die Fasern des erfindungsgemäßen Filtermaterials können vorteilhafter Weise ausgewählt sein aus Cellulose, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyamiden, Polyaramiden, Glas, Mineralwolle, Wolle, Metall oder einem Verbund dieser Fasern.
Die hydrophoben Moleküle des erfindungsgemäßen Filtermaterials können auf den Oberflächen des Gefüges des Filtermaterials adsorbiert und/oder chemisch gebun- den sein. Falls die hydrophoben Moleküle des erfindungsgemäßen Filtermaterials auf den Oberflächen des Gefüges dieses Filtermaterials chemisch gebunden sind, erfolgt diese chemische Bindung unter der dem Fachmann bekannten Alkoholabspaltung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials können die hydrophoben Moleküle ausgewählt sein aus zumindest einem Umsetzungsprodukt zumindest eines Fluoralkylsilans der Formel CmF2(T1+ICnH2nSi(OR)3, und R = CqH2q+i, wobei n, m, q ganze Zahlen und gleich oder ungleich sind und n = 2 bis 8, m, q = 1 bis 18, zumindest eines Alkylsilans der Formel CkH2k+iSi(OR')3, und R' = CpH2p+i, wobei k, p ganze Zahlen und gleich oder ungleich sind und k, p = 1 bis 18 ist, oder eines Gemisches dieser Verbindungen. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn das erfindungsgemäße Filtermaterial ein Gemisch dieser Verbindungen aufweist, besonders bevorzugt ein Gemisch dieser Verbindungen mit q = p.
Bevorzugt kann q = 1 bis 4, besonders bevorzugt q = 1 oder 2, und ganz besonders bevorzugt q = 1 gewählt sein. Weiterhin bevorzugt kann p = 1 bis 4, besonders bevorzugt p = 1 oder 2, und ganz besonders bevorzugt p = 1 gewählt sein.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Filtermaterial eine Flüssigkeit, die zumindest ein Fluoralkylsilan der Formel CmF2m+iCnH2nSi(OR)3 enthält oder ist, wobei n, m ganze Zahlen und gleich oder ungleich sind und n = 2 bis 8, m = 1 bis 18, und R = CqH2q+i , wobei q eine ganze Zahl q = 1 bis 18 ist, zumindest ein Alkylsilan der Formel CkH2k+iSi(OR')3 enthält oder ist, wobei k eine ganze Zahl k = 1 bis 18, und R' = CpH2p+i , wobei p eine ganze Zahl p = 1 bis 18 ist, oder ein Gemisch dieser Verbindungen enthält oder ist, aufgebracht und anschließend verdampft wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Gemisch dieser Verbindungen eingesetzt wird, besonders bevorzugt ein Gemisch dieser Verbindungen mit q = p eingesetzt wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Restgruppe R mit q = 1 bis 4 eingesetzt wird, bevorzugt mit q = 1 oder 2, ganz besonders bevorzugt q = 1. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann des Weiteren eine Restgruppe R' mit p = 1 bis 4 eingesetzt werden, bevorzugt mit p = 1 oder 2, ganz besonders bevorzugt mit p = 1.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Flüssigkeit bereits auf die Fasern aufgebracht und verdampft werden, bevor diese Fasern zu Gebilden des Filtermaterials geformt, gewirkt, geflochten, gestrickt oder allgemeine zusammengesetzt werden.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Flüssigkeit zumindest ein Lösemittel, ausgewählt aus der Gruppe der Alkohole, Ketone, Terpene, Aliphaten, Cycloaliphaten, Ether, Ester, oder ein Gemisch dieser Gruppen eingesetzt wird. Das Lösemittel kann in Abhängigkeit vom Filtermaterial gewählt werden, zum Beispiel derart, dass das feste Material des Gefüges durch das Lösemittel angelöst oder nicht angelöst wird.
Bevorzugt kann ein oder mehrere Lösemittel eingesetzt werden, dessen oder deren Siedepunkt oder Siedepunkte unterhalb der Erweichungstemperatur und/oder Glasübergangstemperatur des Polymers liegt oder liegen, falls das feste Material ein Polymer enthält oder ist. Besonders bevorzugt kann als Lösemittel in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Gemisch aus zwei Alkoholen eingesetzt werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorteilhaft sein, wenn die Flüssigkeit durch Rakeln, Sprühen, Tauchen, Tränken, Auftropfen, Drucken, oder Streichen aufgebracht wird. Bevorzugt kann die Flüssigkeit durch Sprühen, Tauchen, Tränken, besonders bevorzugt durch Sprühen oder Tränken aufgebracht werden.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Flüssigkeit einseitig auf das Filtermaterial aufgebracht wird. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn in dem erfindungsgemäßen Verfahren die überschüssige Flüssigkeit zurückgeführt wird.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Flüssigkeit bevorzugt in einem Ofen, an Luft oder an Inertgas unter Umgebungsbedingungen, oder durch Eintrag von Wärmeenergie mittels Infrarotbestrahlung, durch Anblasen und/oder Durchblasen mit erwärmter oder nicht erwärmter Luft oder Inertgas, durch Schleudern des Filtermaterials in Luft oder in Inertgas verdampft werden. Besonders bevorzugt kann die Flüssigkeit durch Anblasen mit erwärmter Luft verdampft werden. Es kann vorteilhaft sein, die Trockenbedingungen so zu wählen, dass die Flüssigkeit restlos verdampft wird. Besonders bevorzugt kann die Temperatur auf dem Siedepunkt des Lösemittels gewählt werden. Wenn ein Gemisch aus Lösemitteln eingesetzt wird, kann die Temperatur besonders bevorzugt auf dem Siedepunkt des Lösemittels gewählt werden, das den höchsten Siedepunkt aufweist.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird.
Beispiel: Filtermaterial von Mann + Hummel
Fertig montiertes Filtermaterial, für Kraftfahrzeuge der Firma Mann und Hummel GmbH, 71631 Ludwigsburg, wurde bei Raumtemperatur mit verschiedenen Fluoralkyl- oder Alkylthalkoxysilanen getränkt und anschließend jeweils das überschüssige Fluoralkyl- oder Alkyltrialkoxysilan auf ein Filterpapier ablaufen gelassen. Anschließend wurde das so behandelte Filtermaterial bei einer Temperatur von 80 0C für eine Zeitdauer von 30 Minuten getrocknet.
Die eingesetzten Fluoralkyl- oder Alkylthalkoxysilane waren: a) Methyltriethoxysilan b) iso-Butyltriethoxysilan c) 1 ,1 ^^-Tetrahydro-S.S^^.δ.δ.e.ejJ.δ.δ.δ-tridecafluorooctyltπethoxysilan d) Octyltriethoxysilan e) Hexadecyltrimethoxysilan
Alle erfindungsgemäßen Filtermaterialien wiesen wasserabweisende Oberflächen auf. Die nicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Filtermaterialien wiesen hydrophile Oberflächen auf.
Von dem mit Fluoralkyl- oder Alkyltrialkoxysilanen a) und b) behandelten Filtermaterial wurden die Filterstandzeiten gemäß DIN24189 und die Staubabscheidegrade bestimmt. Bei jeweils unveränderten Filterstandzeiten waren jedoch die Staubabscheidegrade erhöht.

Claims

Patentansprüche:
1. Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Oberfläche des Gefüges des Filtermaterials zumindest teilweise
Moleküle oder Molekülgruppen, vernetzt und/oder unvernetzt, mit hydrophoben Eigenschaften aufweist.
2. Filtermaterial nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge ausgewählt ist aus starren oder flexiblen offenporigen Formkörpern, Gebilden aus Fasern, oder einer Kombination einer oder mehrerer dieser Formkörper und/oder dieser Gebilde aus Fasern.
3. Filtermaterial nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper ausgewählt sind aus Schwamm, Schaumstoff, Sintermaterial, oder einer Kombination dieser Formkörper.
4. Filtermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebilde aus Fasern ausgewählt sind aus Gewebe, Gewirke, Gaze, Gestricke, Vlies, Geflecht, Filz, Nadelfilz, oder einer Kombination dieser Gebilde.
5. Filtermaterial nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ausgewählt sind aus Cellulose, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyamiden, Polyaramiden, Glas, Mineralwolle, Wolle, Metall oder einem Verbund dieser Fasern.
6. Filtermaterial nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophoben Moleküle auf den Oberflächen des Gefüges des Filtermatehals adsorbiert und/oder unter Abspaltung von Alkoholen chemisch gebunden sind.
7. Filtermaterial nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophoben Moleküle ausgewählt sind aus zumindest einem Umsetzungsprodukt eines Fluoralkylsilan der Formel
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und R = CqH2q+i, wobei n, m, q ganze Zahlen und gleich oder ungleich sind und n = 2 bis 8, m, q = 1 bis 18, zumindest eines Alkylsilans der Formel CkH2k+iSi(OR')3, und R' = CpH2P+I, wobei k, p ganze Zahlen und gleich oder ungleich sind und k, p = 1 bis 18 ist, oder eines Gemisches dieser Verbindungen.
8. Verfahren zur Herstellung von Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Filtermaterial eine Flüssigkeit die zumindest ein Fluoralkylsilan der Formel CmF2m+iCnH2nSi(OR)3 enthält oder ist, wobei n, m ganze Zahlen und gleich oder ungleich sind und n = 2 bis 8, m = 1 bis 18, und R = CqH2q+i, wobei q eine ganze Zahl q = 1 bis 18 ist, zumindest ein Alkylsilan der Formel CkH2k+iSi(OR')3 enthält oder ist, wobei k eine ganze Zahl k = 1 bis 18, und
R' = CpH2p+i , wobei p eine ganze Zahl p = 1 bis 18 ist, oder ein Gemisch dieser Verbindungen enthält oder ist, aufgebracht und anschließend verdampft wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit zumindest ein Lösemittel, ausgewählt aus der Gruppe der Alkohole, Ketone, Terpene, Aliphaten, Cycloaliphaten, Ether, Ester,oder ein Gemisch dieser Gruppen eingesetzt wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch Rakeln, Sprühen, Tauchen, Tränken, Auftropfen, Drucken, oder Streichen aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in einem Ofen, an Luft oder an Inertgas unter Umgebungsbedingungen, oder durch Eintrag von Wärmeenergie mittels
Infrarotbestrahlung, durch Anblasen und/oder Durchblasen mit erwärmter Luft oder Inertgas, durch Schleudern des Filtermaterials in Luft oder in Inertgas getrocknet wird.
12. Filtermaterial mit erhöhtem Staubabscheidegrad, das nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11 erhalten wird.
13. Verwendung des Filtermaterials nach Anspruch 12 zur Abgasreinigung und/oder Zuluftreinigung in Verbrennungsmotoren für Baumaschinen, Personen- kraftwagen, Lastkraftwagen, Schiffe, landwirtschaftliche Nutzmaschinen sowie forstwirtschaftlich eingesetzte Maschinen mit Verbrennungsmotor und privatwirtschaftlich genutzte Maschinen mit Verbrennungsmotor.
14. Verwendung des Filtermaterials nach Anspruch 12 in Entstaubungssystemen für Atemluft, Verbrennungsgase, Prozessgase, Abgase, Kraftwerksanlagen, Energieerzeugerstationen.
15. Verwendung des Filtermaterials nach Anspruch 12 in Luftreinigungssystemen für Raumluft, Atemschutz, Reinraumluft, Reinstraumluft, Klimaanlagen, Haus- belüftung, Kabinenbelüftung, Fahrerkabinenbelüftung, Arztpraxen, Zahnarztpraxen, Altenpflege, Krankenpflege, Krankenhäuser, Operationssäle, Quarantänekabinen, Beatmungsgeräte, Beatmungszelte, Schutzanzüge, Luftumwälzanlagen, Prozessgasförderanlagen, Prozessentstaubung, Getreidemühlen, Steinmahlwerke, Zementwerke.
16. Verwendung des Filtermaterials nach Anspruch 12 in Wäschetrocknern, Staubsaugern, Zyklon-Staubsaugern, Grasfang körben, Elektromotorgehäusen, Blasevorrichtungen, Gasmessgeräten, Gasprobenentnahmevorrichtungen, Computergehäusen, Rechenzentren, Wetterstationen, Rettungsgeräte, Taucher- ausrüstungen, Lichtbogenlöschvorrichtungen, Belüftungsventilen.
17. Verwendung des Filtermaterials nach Anspruch 12 zur Reinigung der durch und/oder in Fördermaschinen, Schleifmaschinen, Bandschleifern, Bohrmaschinen, Ultraschallbohrern oder Rasenmähern erzeugten Staubpartikel beladenen Gas- oder Luftströme.
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