DE60019977T2

DE60019977T2 - Filtervorrichtungen mit kleberbefestigungssystemen

Info

Publication number: DE60019977T2
Application number: DE60019977T
Authority: DE
Inventors: M. Dean DUFFY; M. William STEVENSON; F. John REED; J. David ANDREWS
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: DE60019977D1; US6419729B1; JP2003530985A; AU2907601A; EP1274497B1; EP1274497A1; WO2001078865A8; WO2001078865A1; ATE294629T1; EP1541214A2; EP1274497B8

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele Arten von Geräten werden verwendet, um durch Entfernen unerwünschter Partikel aus der umliegenden Umgebung gefilterte Luft bereitzustellen. Zum Beispiel können Luftreiniger, und Zentralheizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensysteme (HVAC) verwendet werden, um in einer Heimumgebung gefilterte Luft bereitzustellen. Viele Geräte benötigen gefilterte Luft, um innere Bestandteile vor Abnutzung und/oder Korrosion aufgrund der Aufnahme von Fremdpartikeln zu schützen. Zum Beispiel benötigen Computer, und Gehäuse und Schaltkonsolen von industriellen Anlagen gefilterte Luft, um innere Bestandteile zu schützen.
Ein herkömmlicher Luftfilter ist zum einfachen Einsetzen des Filters in (oder auf) ein Filtergehäuse eines Geräts, das Luft durch den Luftfilter umwälzt, typischerweise in einem Rahmen angebracht. Die Gestaltungen der Rahmen und Gehäuse weisen typischerweise mechanische Mittel auf, um den Filter an seiner Stelle zu halten. Rahmen sind typischerweise aus geformtem Polymer oder gefaltetem Karton hergestellt. Gehäuse weisen typischerweise Klammern, Reibpassungen, Schnappverschlüsse, Gleitbefestigungen, elastische Bänder usw. auf. Die Größe dieser Rahmen/Filtervorrichtungen wird durch den Verbraucher nicht leicht abgeändert. Somit ist es schwierig, das Filterelement individuell anzupassen und wird für unterschiedliche Größen ein großer Lagerbestand benötigt. Daher besteht ein Bedarf an einem Filter, der leicht individuell angepaßt werden kann. Es besteht auch ein Bedarf an einem billigen Massenfiltermedium, das einfach durch Schneiden in die Form durch den Verbraucher leicht an einen weiten Bereich von Anwendungen angepaßt werden kann.
Ein Filter kann auch klebend angebracht werden. Derartige Anbringungsmittel wiesen zum Beispiel zweiseitig beschichtete Bänder auf, die um den Umfang eines Filters herum verwendet wurden. Ein wirksames Verankern eines Filters mit einem umfänglichen Klebstoffbefestigungsmittel erfordert typischerweise, dass der Filter in die Form, die durch das Zielgerät benötigt wird, vorgeschnitten wird, damit der Klebstoff mit einer geeigneten Verankerungsstelle am Gerät in Kontakt tritt. Unglücklicherweise stellen diese Klebstoffanbringungsmittel für eine breite Vielfalt von Anwendungen keinen Vorteil dar, und sind sie für eine breite Vielfalt von Anwendungen auch nicht leicht verwendbar. Ferner offenbart US-A-5,912,369 die Verwendung einer Schicht einer Klebstoffbeschichtung an einer gesamten Fläche eines faserigen Luftfilterelements. Dieser Ansatz erfordert, dass das Beschichtungsgewicht des Klebstoffs sorgfältig gesteuert wird, um den Luftstromdruckverlust auf ein Mindestmaß zu verringern, während die gewünschte Haftfestigkeit erreicht wird. US-A-5,912,369 offenbart auch, dass ein sprühbeschichteter Klebstoff in die faserigen Zwischenräume des Filtermaterials gesaugt wird, und dann ein zweiter leichter sprühbeschichteter Klebstoff auf das Filtermaterial aufgebracht wird, wobei die beiden Klebstoffbeschichtungen zusammenwirken, um das Filtermaterial an einer Zielfläche (z.B. einem Gerätegehäuse) zurückzuhalten. Eine derartige Sprühaufbringung würde typischerweise keinen im Wesentlichen fortlaufenden klebstoffreichen Bereich im faserigen Filtermedium bereitstellen, da ein sprühbeschichteter Klebstoff typischerweise nur eine dünne klebende, typischerweise nichtfortlaufenden Beschichtung an einzelnen Fasern erzeugt.
Bei herkömmlichen klebend angebrachten Filtern besteht eine Anzahl von Nachteilen. Zum Beispiel kann bei den Vorrichtungen mit Klebstoff an einer gesamten Fläche des Filterelements aufgrund des sich ergebenden hohen Druckverlusts des Filters die Filterungsleistung für viele Anwendungen ungeeignet sein. Bei den Vorrichtungen mit Klebstoff am Umfang eines Filters ist die exak te Anordnung des Filters nicht sehr leicht und kann eine unrichtige Anordnung zu einer schlechten Haftung oder Verankerung am Gerät führen. Und wenn ein aggressiver Klebstoff verwendet wird oder wenn die Filtermediumsintegrität nicht ausreichend stark ist, kann das Entfernen des Filters schwierig sein, was häufig dazu führt, dass Klebstoff- und/oder Filterelementrückstände an der Zielfläche zurückbelassen werden.
WO-A-85/02351 und EP-A-0 382 231 offenbaren jeweils eine Filtervorrichtung, die Folgendes aufweist: ein poröses Filterelement, das ein faseriges Filtermedium aufweist, und einen Klebstoff, der in diskrete Bereiche des porösen Filterelements imprägniert ist, so dass in den diskreten Bereichen ein im Wesentlichen fortlaufender Klebstoffbereich über mindestens etwa 25% der Dicke des porösen Filterelements vorhanden ist.
Kurzdarstellung der Erfindung
Nach der Erfindung wird eine wie in Anspruch 1 definierte Filtervorrichtung vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen einzelne Ausführungsformen der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Filtervorrichtung mit einem Haftklebstoffbefestigungssystem bereit. Das Klebstoffbefestigungssystem ist vielseitiger (sowohl für den Filterhersteller als auch für den Verbraucher) als herkömmliche Systeme und stellt eine größere Fähigkeit bereit, Rückstände am Gerät nach dem Entfernen der Filtervorrichtung zu verringern, und vorzugsweise zu beseitigen.
Nach der Erfindung weist eine Filtervorrichtung ein poröses Filterelement, das ein faseriges Filterelement aufweist, und einen Haftklebstoff auf, der in diskrete Bereiche des porösen Filterelements imprägniert ist, so dass in den diskreten Bereichen ein im Wesentlichen fortlaufender Klebstoffbereich über mindestens etwa 25% der Dicke des porösen Filterelements vorhanden ist.
Bei der Ausführungsform mit dem Verstärkungsgewebestoff weisen die diskreten offenen Bereiche des Gewebestoffs vorzugsweise einen durchschnittlichen wirksamen Kreisdurchmesser von mindestes etwa 300 Mikron auf. Er kann aus einer Vielfalt von Materialien gebildet sein und ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Polymer wie etwa einem Polyolefin (z.B. einem Polypropylenpolymer) gebildet. Wie hierin verwendet, weist ein Polymer innerhalb seines Umfangs Homopolymer und Copolymer auf, und bezieht sich Copolymer auf Polymere, die aus zwei oder mehr unterschiedlichen Monomeren angefertigt wurden (z.B. Terpolymer, Tetrapolymer). Und, wie hierin verwendet, bezieht sich "ein" oder "eines" auf eines oder mehrere, wodurch mehr als ein Element, sei es eine Schicht, eine Faser, ein Polymer usw., in einem Aufbau umfasst sind.
Der Gewebestoff kann klebend an der gesamten Fläche mindestens einer Hauptfläche des porösen Filterelements befestigt sein, oder er kann klebend an diskreten Bereichen, wie etwa dem Umfang, mindestens einer Hauptfläche des porösen Filterelements befestigt sein.
Das Filterelement nach der Erfindung weist eine faserige Vliesstoffbahn auf. Typischerweise wird eine faserige Vliesstoffbahn verwendet. Sie weist vorzugsweise Elektret-Fasern auf, die Spaltfasern, Spundbond-Fasern, Triboladungs-Fasern, Meltblown-Fasern usw. sein können. Das Filterelement kann auch zusätzliche Bestandteile wie etwa absorptionsfähige oder adsorptionsfähige Partikel enthalten.
Der Klebstoff ist vorzugsweise ein Haftklebstoff, wie etwa ein Klebstoff auf (Meth)acrylbasis, ein Klebstoff auf Poly(alpha-olefin)basis, ein Klebstoff auf Synthetikkautschukbasis, oder ein Klebstoff auf Silikonbasis.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Mikrodiagramm eines klebstoffbeschichteten Geflechts, wobei die Klebstoffbeschichtung nur an den Filamenten des Geflechts vorhanden ist; diese Ausführungsform ist nicht für die vorliegende Erfindung veranschaulichend;
2 ist ein Mikrodiagramm eines klebstoffbeschichteten Geflechts, das eine übermäßige Klebstoffbrückenbildung veranschaulicht. Diese Figur zeigt zwölf Zellen des Geflechts, wovon zehn mit einem Film des Klebstoffs verstopft sind, der einen unerwünscht hohen Druckverlust erzeugt; diese Ausführungsform ist nicht für die vorliegende Erfindung veranschaulichend;
3 ist ein Mikrodiagramm einer klebstoffbeschichteten Spunbond-Vliesstoffbahn, die eine übermäßige Klebstoffbrückenbildung zwischen Fasern der Bahn veranschaulicht, welche wiederum einen unerwünscht hohen Druckverlust erzeugt.
4 ist eine schematische Ansicht einer typischen Walzenstreichvorrichtung, die verwendet wird, um einen Klebstoff auf einen tragenden Gewebestoff einer Filtervorrichtung aufzubringen.
5 ist eine schematische Ansicht eines Filtervorrichtungsquerschnitts der vorliegenden Erfindung, wobei der Klebstoff (a) im Wesentlichen vollständig über die Dicke des Filterelements hinweg; oder (b) teilweise über die Dicke des Filterelements hinweg in das poröse Filterelement imprägniert wurde.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung stellt Filtervorrichtungen mit einem Klebstoffbefestigungssystem, das an ein Fil terelement geklebt ist, bereit. Es gibt mehrere Ausführungsformen des Klebstoffbefestigungssystems, die alle Klebstoff in einer nichtfortlaufenden Schicht am Filterelement bereitstellen. Der Klebstoff ist in diskreten Bereichen direkt am Filterelement angeordnet, so dass er in die Fläche des Filterelements eindringt, was in den diskreten Bereichen zu einem faserverstärkten Klebstoffbereich führt.
Vorzugsweise stellen die Filtervorrichtungen der vorliegenden Erfindung eine größere Fähigkeit bereit, Rückstände am Gerät nach dem Entfernen der Filtervorrichtung zu verringern, und vorzugsweise zu beseitigen. Bezeichnenderweise sind die Filtervorrichtungen der vorliegenden Erfindung vielseitiger als herkömmliche Systeme. Eine Filtervorrichtung kann in einer breiten Vielfalt von vorgeformten und vorgeschnittenen Formen bereitgestellt werden, oder kann in einem Bogenmaterial oder als ein Rollengut bereitgestellt werden, das durch den Verbraucher in die gewünschte Größe und Form, um für das Gerät passend zu sein, geschnitten wird.
Als eine Alternative zur vorliegenden Erfindung wird ein Gewebestoff verwendet, der mit einem Klebstoff beschichtet ist und klebend am Filtermedium angebracht wird. Siehe 1 bis 3, die Gewebestoffe 10, 20, und 30 zeigen, welche Fasern oder Filamente 12 in verschiedenen Anordnungen, und Öffnungen in verschiedenen Formen und Größen aufweisen. Der Klebstoff wird auf einen Gewebestoff aufgebracht, was typischerweise durch Beschichten geschieht, und der klebstoffbeschichtete Gewebestoff wird anschließend auf das Filtermedium aufgebracht. Das Filtermedium kann zur Verstärkung an einem anderen Gewebestoff angebracht sein, oder auch nicht. Somit weist die Vorrichtung bei dieser Ausführungsform einen Verstärkungsgewebestoff mit darauf aufgetragenem Klebstoff und ein Filterelement auf, das das Filtermedium und optional einen Gewebestoff, der aus dem gleichen Material wie der klebstoffbeschichtete Gewebestoff sein kann, oder auch nicht, (wie auch andere optionale Zusätze wie etwa adsorptionsfähige oder absorptionsfähige Partikel) aufweist.
In dieser Ausführungsform ist die Porengröße (d.h., der offene Bereich) des Gewebestoffs wichtig. Wie in 2 und 3 ersichtlich ist, kann es zu einer übermäßigen Klebstoffbrückenbildung kommen, wenn die Porengröße der Öffnungen 14 zu klein ist. Eine derartige übermäßige Klebstoffbrückenbildung kann zu unannehmbar hohen Druckverlusten (einem hohem Luftstromwiderstand) für die Filtervorrichtung führen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist der Klebstoff ohne Bedarf an einem Gewebestoff als Träger für den Klebstoff auf diskrete Bereiche des Filterelements aufgebracht, obwohl ein Gewebestoff vorhanden sein kann, falls dies gewünscht ist. Der Klebstoff ist in das Filtermedium imprägniert. Der Klebstoff kann in einer breiten Vielfalt von Mustern einschließlich von Punkten oder nichtfortlaufenden oder fortlaufenden Streifen aufgebracht sein. Die Verringerung im aktiven Filterbereich (d.h., dem Bereich des Filters, der die Verschmutzungsbeseitigung ausführt), die sich aus den Streifen oder Punkten ergibt, ist sorgfältig gestaltet, damit kein zu hoher Druckverlust im endgültigen Filteraufbau erzeugt wird. Typischerweise ist nicht mehr als etwa 25 %, und vorzugsweise nicht mehr als etwa 10%, des aktiven Bereichs eines Filterelements durch den Klebstoff bedeckt.
Der Klebstoff wird typischerweise in diskreten Bereichen auf die Fläche des Filterelements aufgebracht und dann veranlaßt, in das Filterelement einzudringen, damit in den diskreten Bereichen über mindestens etwa 25 (vorzugsweise mindestens etwa 50%) der Dicke des faserigen Filterelements ein im Wesentlichen fortlaufender Klebstoffbereich vorhanden ist. Dies kann unter Verwendung einer Vielfalt von Techniken erreicht wer den. Typischerweise wird eine Decklage oder ein Film mit gleichzeitiger Anwendung von Druck direkt auf dem Klebstoff angeordnet, wodurch verursacht wird, dass der Klebstoff in das Filterelement eindringt. Unter Bezugnahme auf 5a und 5b (die nachstehend ausführlicher besprochen werden) führt dieses Eindringen zu einem faserverstärkten Klebstoffbereich (d.h., einer Zone) 52 und einem klebstoffreichen Bereich 56 zwischen dem faserverstärkten Bereich 52 und der Decklage 60. Der klebstoffreiche Bereich ist typischerweise sehr dünn (z.B. etwa 0,02 bis 0,2 mm).
Der faserverstärkte Klebstoffbereich stellt dahingehend einen Vorteil bereit, dass er die Stärke des Klebstoffs und des Filterelements verbessert und die saubere Entfernbarkeit der Filtervorrichtung von einer Fläche eines Geräts steigert. Der klebstoffreiche Bereich stellt dahingehend einen Vorteil bereit, dass er die Benetzung des Klebstoffs in Bezug auf ein Substrat verbessert und die Ablöse- und die Scherhaftung der Filtervorrichtung steigert.
Wenn der faserverstärkte Klebstoffbereich auf den Rand des Filterelements aufgebracht wird, kann der Randbereich verfestigt werden, was das Aussehen verbessert und ein leichteres Entfernen der Filtervorrichtung gestattet. Der Klebstoff kann auch mehrere Schichten des Filtermediums durchdringen, wodurch die Schichten in diskreten Bereichen zusammengebunden werden, um den Mehrschichtenaufbau für eine weitere Verarbeitung oder die Endverwendung wirksam zusammenzuhalten.
Wie oben besprochen kann eine Trenndecklage verwendet werden, um zu verursachen, dass der Klebstoff in das Filterelement eindringt. Sie kann so geschnitten sein, das sie eine Abdeckung nur für die klebstoffreichen Bereiche bereitstellt, was zu deutlichen Kostenersparnissen führt. Wenn die Decklage so geschnitten ist, dass sie sich über den klebstoffreichen Bereich hinaus er streckt, schafft sie einen mit den Fingern anhebbaren Laschenbereich, der ein leichtes Entfernen der Decklage von der Vorrichtung gestattet. Für eine diesbezügliche ausführliche Besprechung siehe die nachstehende Besprechung von 5a und 5b.
Die Filtervorrichtungen der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um die Ansaugluft für Klimaanlagen, Entfeuchter, und Computer zu filtern, wie auch an Raumluftreinigern, Kühlschränken, Entlüftungen von HVAC-Systemen, Kastenventilatoren, Reinraumvorrichtungen, Gehäusen und Schaltkonsolen von industriellen Anlagen, Staubsaugernachfiltern und kleinen elektrischen Geräten wie etwa Kopierern und Druckern verwendet werden. Sie können als Hochleistungsschwebeteilchenluft(HEPA)-Vorfilter und Atemgerätevorfilter verwendet werden. Obwohl die Filtervorrichtungen besonders nützlich sind, um Luft zu filtern, stellt man sich vor, dass sie auch bei anderen Anwendungen, die den Fluß eines Fluids (Luft oder Flüssigkeit) mit minimalem Druckverlustanstieg benötigen, nützlich sind.
Das Filterelement
Das Filterelement weist ein faseriges Filtermedium auf, das herkömmlich in Filtrierprodukten, insbesondere Luftfiltrierprodukten, verwendet wird. Der Filter ist eine faserige Vliesstoffbahn.
Für die bevorzugten faserigen Materialien beträgt die Fasergröße vorzugsweise weniger als etwa 500 Mikron, und insbesondere weniger als etwa 100 Mikron, im Durchmesser. Beim Filtermedium kann eine breite Vielfalt von Basisgewichten verwendet werden. Für die Ausführungsformen, bei denen ein Gewebestoff verwendet wird, können Filtermedien verwendet werden, die geringe Basisgewichte aufweisen, da der Gewebestoff der Filtervorrichtung Stärke und Integrität hinzufügt. Das Basisgewicht des Filtermediums beträgt vorzugsweise etwa 5 g/m² bis etwa 1000 g/m², und insbesondere etwa 20 g/m² bis etwa 200 g/m². Falls gewünscht, kann das Filtermedium eine oder mehr Schichten (Bahnen) von Filtermedien aufweisen.
Das Filtermedium kann aus einer breiten Vielfalt von organischen Polymermaterialien, einschließlich Gemengen und Mischungen, hergestellt sein. Die passenden Filtermedien umfassen einen weiten Bereich von im Handel erhältlichen Materialien. Sie umfassen Polyolefine, wie etwa Polypropylen, lineare Polyethylene niedriger Dichte, Poly-1-buten, Poly(4-methyl-1-penten), Polytetrafluorethylen, Polytrifluorchlorethylen; oder Polyvinylchlorid; aromatische Polyarene, wie etwa Polystyren; Polycarbonate; Polyester; und Kombinationen davon (einschließlich Gemengen oder Mischungen). Bevorzugte Materialien umfassen Polyolefine, die von verzweigten Alkylgruppen frei sind, und Copolymere davon. Besonders bevorzugte Materalien umfassen thermoplastische Faserbildner (z.B. Polyolefine wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Copolymere davon, usw.). Andere geeignete Materialen umfassen thermoplastische Polymere wie etwa Polymilchsäure (PLA); nichtthermoplastische Fasern wie etwa Cellulose, Reyon, Acryl, und Modacryl (Halogenmodacryl); Polyamid- oder Polyimidfasern wie etwa die unter den Markennamen NOMEX UND KEVLAR von DuPont erhältlichen; und Fasermischungen von verschiedenen Polymeren, die zum Triboladen nützlich sind (wie sie in WO-A-99/58224, US-A-5,470,485 und US-A-4,798,850 beschrieben sind).
Das Vliesstoff-Filtermedium kann durch herkömmliche Vliesstofftechniken einschließlich Schmelzblasen, Spinnbinden, Krempeln, Luftauflegen (Trockenauflegen), Feuchtauflegen, oder dergleichen zu einer Bahn geformt werden. Vorzugsweise ist die Bahn nicht hoch verfestigt (z.B. durch Wasserstrahl-Verwirbelung, Hitze- oder thermomechanische Bindung, oder dergleichen), damit die Festigkeit vorzugsweise weniger als etwa 50 % (50 Leerraum), bevorzugter weniger als etwa 25%, und insbesondere etwa 2% bis etwa 20% beträgt. Die Prozentfestigkeit ist durch die Formel Festigkeit = (Dichte des Filtermediums)/(Dichte des Polymers) × 100definiert.
Das Vliesstoff-Filtermedium kann eine Spunbond- oder eine Meltblown-Vliesstoffbahn sein. Meltblown-Vliesstoffbahnen können durch den Vorgang gebildet werden, der in Wente, Van A., "Superfine Thermoplastic Fibers" in Industrial Engineering Chemistry, Band 48, Seite 1342 ff. (1956), oder dem am 25. Mai 1954 veröffentlichten Bericht Nr. 4364 der Naval Research Laboratories mit dem Titel "Manufacture of Superfine Organic Fibers" von Wente, Van A., Boone, C. D. und Feluharty, E. L., gelehrt wird, wobei die Fasern in einer zufälligen Weise etwa auf einem perforierten Siebzylinder oder direkt auf einer Trägerbahn gesammelt werden.
Falls gewünscht, können die Fasern oder Bahnen durch bekannte Verfahren geladen werden, z.B. durch Verwendung von Koronaentladungselektroden, durch elektrische Felder großer Feldstärke, durch Triboladung (wie in US-A-4,798,850 beschrieben), oder durch Wasserstrahlladung (wie in WO-A-95/05501 und US-A-5,495,507 beschrieben). Die Fasern können während der Faserbildung, vor oder während des Formens der Fasern in die Filterbahn oder im Anschluß an das Formen der Filterbahn geladen werden. Die Fasern, die die Filterbahn bilden, können sogar im Anschluß an ihre Verbindung mit der Gewebestoffträgerschicht geladen werden.
Geladene Spaltfilmfasern werden vorzugsweise durch das in US-RE-30,782 und in US-RE-31,285 beschriebene Verfahren gebildet. Die Fasern als solche werden aus einem (z.B. durch eine Koronaentladungselektrode) elektrosta tisch geladenen Film gebildet, der anschließend fibrilliert wurde, um Fasern mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt bereitzustellen. Vliesstoffbahnen aus derartigen Fasern zeigen hohe Partikelfangleistungen bei geringem Widerstand in Bezug auf den Durchfluß.
Die Fasern können auch mit einem Polymer "bindemittel" beschichtet sein und/oder Zusatzstoffe enthalten, um die Elektretleistung zu verbessern (z.B. Fluorchemikalien, um den Widerstand gegenüber öligen Aerosolen zu verbessern).
Das Filtermedium sollte fähig sein, die Fähigkeit zu zeigen, Schwebeteilchenverschmutzungen einzufangen, die möglicherweise schädlich für das durch den Filter geschützte Gerät sind oder dessen Leistung nachteilig beeinflussen. Zusätzlich sollte das Filtermedium eine vernünftige Lebensdauer aufweisen (d.h., sollte es fähig sein, Schwebeteilchenverschmutzungen über einen vernünftigen Zeitrahmen hinweg zu beseitigen, ohne verstopft oder verlegt zu werden). Bei Ausführungsformen, bei denen das Filterelement mit Klebestreifen oder -punkten beschichtet ist, weist das Filterelement vorzugsweise eine ausreichende Stärke auf, so dass es leicht vom Gerät entfernt werden kann, ohne Klebstoff- und/oder faserige Rückstände des Filterelements am Gerät zurückzulassen.
Das Filterelement kann auch zusätzliche Partikel oder Fasern aufweisen, die in bekannten Weisen, wie sie etwa in US-A-3,971,373 oder US-A-4,429,001 offenbart sind, aufgenommen werden können. Zum Beispiel könnten dann, wenn eine Geruchsbeseitigung erwünscht ist, aufnehmende Teilchen und Fasern im Filterelement enthalten sein.
Der Luftstromdruckverlust (die Luftdurchlässigkeit) des Filterelements kann schwanken und hängt vom Material ab, das für eine gewünschte Anwendung gewählt ist. Ein ungeeigneter Luftdruckverlust für eine Anwendung kann für eine andere geeignet sein. Die Leistung hängt von der Anwendung ab, doch ist es im Allgemeinen erwünscht, für Schwebeteilchenluftfilterungsanwendungen über eine Elektret-Verbesserung zu verfügen.
Der Gewebestoff
An der Filtervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ein Gewebestoff angebracht sein. Der Gewebestoff ist ein offenes Material, das eine verhältnismäßig große Anzahl von diskreten offenen Bereichen oder Poren aufweist, die von einer Fläche zur gegenüberliegenden Fläche durch den Gewebestoff verlaufen. Geeignete Gewebestoffe umfassen eine breite Vielfalt von Verstärkungsgewebestoffen, die gewebt oder nicht gewebt sein können.
Das Gewebestoffmaterial kann aus jedem beliebigen geeigneten Material wie etwa einem organischen Polymer, Faserglas, dehnbarem Metall, oder dergleichen gebildet werden. Geeignete organische polymere Materialien umfassen Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat(polyester), Ethylenvinylacetat, Nylon, und Kombinationen davon (einschließlich Mischungen und Copolymere). Außerdem könnten koextrudierte Aufbauten und beschichtete Geflechte nützlich sein. Vorzugsweise ist der Gewebestoff aus einem thermoplastischen Fasermaterial wie etwa den unter dem Markennamen CLAF von ANCI (Amoco Nisseki CLAF Inc.) verkauften kreuzlaminierten Polyethylen-Folienfadenfasern gebildet.
Andere kreuzlaminierte faserige Gewebestoffe könnten ebenfalls verwendet werden, wobei die Laminierung durch herkömmliche Techniken wie etwa Hitze-, thermomechanische oder Klebstoffbeschichtung des faserigen kreuzlaminierten Aufbaus vorgenommen wird. Andere Vorgänge, die nützlich sind, um geeignete Gewebestoffe zu bilden, umfassen extrudierte Geflechte, extrudierte/ausgerichtete Geflechte, perforierte Filme, gedehnte Filme, und perforierte Vliesstoffe.
Vorzugsweise weist der Gewebestoff diskrete offene Bereiche mit einer durchschnittlichen Querschnittsfläche von mindestens etwa 0,5 mm², und vorzugsweise mindestens etwa 1,0 mm², auf. Der offene Bereich des Gewebestoffs kann auch in Form eines wirksamen Kreisdurchmessers (ECD) beschrieben, werden, der der Durchmesser des größten Kreises ist, der in einen einzelnen diskreten offenen Bereich passen kann. Der durchschnittliche ECD beträgt im Allgemeinen mindestens etwa 300 Mikron, und vorzugsweise mindestens etwa 500 Mikron.
Vorzugsweise weisen die offenen Bereiche einen nichtgewundenen Pfad durch den Gewebestoff auf, und noch bevorzugter erstrecken sich die offenen Bereiche direkt von einer Fläche zur gegenüberliegenden Fläche (z.B. als eine Säule).
Für bestimmte Ausführungsformen wie etwa jene, die Anwendungen mit hohem Luftstrom aufweisen, sollte der gesamte Druckverlust des Gewebestoffmaterials verhältnismäßig klein, bei einer gasförmigen Flächengeschwindigkeit von 2 Meter/Sekunde bei Umgebungsbedingungen im Allgemeinen geringer als etwa 1,5 mm H₂O, vorzugsweise geringer als etwa 1,0 mm H₂O, und insbesondere geringer als etwa 0,5 mm H₂O, sein. Für bestimmte andere Ausführungsformen wie etwa jene, die Anwendungen mit geringem Luftstrom aufweisen, kann ein viel höherer Druckverlust, häufig so hoch wie 10 mm oder 20 mm H₂O, toleriert werden.
Falls gewünscht, kann der Gewebestoff mit einer Koronaentladung oder anderen Oberflächenbehandlungen oder Grundiermitteln behandelt werden, um die Haftung des Klebstoffs am Gewebestoff zu steigern.
Der Klebstoff
Geeignete Klebstoffe, die bei der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen Haftklebstoffe. Haftklebstoffe, die bei der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen klebrig gemachte Naturkautschuke, Synthetikkautschuke, klebrig gemachte Styren-Blockcopolymere, (Meth)acryle, Poly(alpha-olefine), und Silikone. Vorzugsweise ist der Klebstoff oxidationsbeständig (d.h., bewahrt er im Lauf der Zeit die Haftkraft) und zeigt er im Lauf der Zeit eine geringe Haftkraftentwicklung.
Nützliche Naturkautschuk-Haftklebstoffe enthalten im Allgemeinen mastizierten Naturkautschuk, von 25 Teilen bis 300 Teile eines oder mehrerer klebrigmachender Harze in Bezug auf 100 Teile Naturkautschuk, und typischerweise von 0,5 Teil bis 2,0 Teile eines oder mehrerer Antioxidationsmittel. Der Naturkautschuk kann in der Güteklasse von einer leicht blassen Kreppgüteklasse bis zu einem dunkler gerippten Räucherkautschuk reichen und weist Beispiele wie CV-60, eine Kautschukgüteklasse mit gesteuerter Viskosität, und SMR-5, eine gerippte Räucherkautschukgüteklasse, auf. Klebrigmachende Harze, die mit Naturkautschuken verwendet werden, umfassen im Allgemeinen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Wurzelharz und seine hydrierten Derivate; Terpenharze mit verschiedenen Erweichungspunkten, und Harze auf Erdölbasis. Andere Materialien können für besondere Zwecke zu Naturkautschukklebstoffen hinzugefügt werden, wobei die Zugaben Plastifiziermittel, Pigmente, und Vulkanisiermittel zum teilweisen Vulkanisieren des Haftklebstoffs umfassen können.
Eine andere nützliche Klasse von Haftklebstoffen sind jene, die Synthetikkautschuk enthalten. Derartige Klebstoffe sind im Allgemeinen gummiartige Elastomere, die entweder selbstklebrig sind oder nichtklebrig sind und Klebrigmacher benötigen.
Selbstklebrige Synthetikkautschuk-Haftklebstoffe umfas sen, zum Beispiel, Butylkautschuk, ein Copolymer von Isobutylen mit weniger als 3 Prozent Isopren, Polyisobutylen, ein Homopolymer von Isopren, Polybutadien, oder Styren-Butadien-Kautschuk.
Synthetikkautschuk-Haftklebstoffe, die im Allgemeinen Klebrigmacher benötigen, sind auch im Allgemeinen leichter schmelzzuverarbeiten. Sie enthalten Polybutadien oder Styren-Butadien-Kautschuk, von 10 Teilen bis 200 Teile eines Klebrigmachers, und im Allgemeinen von 0,5 Teil bis 2,0 Teile, in Bezug auf 100 Teile Kautschuk, eines Antioxidationsmittels. Ein Beispiel eines Synthetikkautschuks ist der von BF Goodrich unter dem Markennamen AMERIPOL 1011A erhältliche, ein Styren-Butadien-Kautschuk. Klebrigmacher, die nützlich sind, umfassen Derivate von Terpentinharzen, Polyterpene, Harze, die von aliphatischen Olefinen mit C₅ stammen, und Harze die von aromatisch/aliphatischen Olefinen mit C₉ stammen.
Styren-Blockcopolymer-Haftklebstoffe umfassen im Allgemeinen Elastomere des A-B- oder des A-B-A-Typs, wobei A einen thermoplastischen Polystyrenblock und B einen gummiartigen Block von Polyisopren, Polybutadien, oder Poly(ethylen/butylen) darstellt, und Harze. Beispiele der verschiedenen Blockcopolymere, die in Blockcopolymer-Haftklebstoffen nützlich sind, umfassen lineare, radiale, sternförmige und konische Styren-Isopren-Blockcopolymere wie etwa die unter den Markennamen KRATON D 1107P, KRATON G1657, KRATON G 1750X, und KRATON D 1118X von Shell Chemical Co. erhältlichen. Die Polystyrenblöcke neigen dazu, Domänen in der Form von Sphäroiden, Zylindern oder Platten zu bilden, was verursacht, dass die Blockcopolymer-Haftklebstoffe Zweiphasenaufbauten aufweisen. Harze, die sich mit der Kautschukphase assoziieren, entwickeln im Allgemeinen Klebrigkeit im Haftklebstoff. Beispiele für Harze, die sich mit der Kautschukphase assoziieren, umfassen Harze die von aliphatischen Olefinen stammen, wie etwa die unter den Markennamen ESCOREZ 1300 und WINGTACK von Goodyear erhältlichen; Terpentinharzester, wie etwa die unter den Markennamen FORAL und STAYBELITE Ester 10 von Hercules, Inc. erhältlichen; hydrierte Kohlenwasserstoffe, wie etwa die unter dem Markennamen ESCOREZ 5000 von Exxon erhältlichen; Polyterpene, wie etwa die unter dem Markennamen PICCOLYTE A erhältlichen; und Terpenphenolharze, die von Erdöl oder Terpentinquellen stammen, wie etwa die unter dem Markennamen PICCOFYN A100 von Hercules Inc. erhältlichen. Harze, die sich mit der thermoplastischen Phase assoziieren, neigen dazu, den Haftklebstoff steif zu machen.
(Meth)acryl-Haftklebstoffe weisen im Allgemeinen eine Glasübergangstemperatur von etwa –20 °C oder weniger auf und können von 100 bis 80 Gewichtsprozent eines Alkylesterbestandteils mit C₃ bis C₁₂ wie etwa, zum Beispiel, Isooctylacrylat, 2-Ethyl-hexylacrylat und n-Butylacrylat und von 0 bis 20 Gewichtsprozent eines polaren Bestandteils wie etwa, zum Beispiel, Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethylenvinylacetat, N-Vinylpyrrolidon und Styrenmakromer enthalten. Vorzugsweise enthalten die (Meth)acrylat-Haftklebstoffe von 0 bis 20 Gewichtsprozent Acrylsäure und von 100 bis 80 Gewichtsprozent Isooctylacrylat. Die (Meth)acryl-Haftklebstoffe können selbstklebrig oder klebrig gemacht sein. Nützliche Klebrigmacher für (Meth)acryle sind Terpentinharzester wie etwa der unter dem Markennamen FORAL 85 von Hercules, Inc. erhältliche, aromatische Harze wie etwa das unter dem Markennamen PICCOTEX LC-55WK von Hercules, Inc. erhältliche, aliphatische Harze wie etwa das unter dem Markennamen PICCOTAC 95 von Hercules, Inc. erhältliche, und Terpenharze wie etwa die unter den Markennamen PICCOLYTE A-115 und ZONAREZ B-100 von Arizona Chemical Co. erhältlichen. Andere Materialien können für besondere Zwecke hinzugefügt werden, einschließlich hydrierten Butylkautschuk, Pigmente, und Vulkanisiermittel zum teilweisen Vulkanisieren des Klebstoffs.
Poly(alpha-olefin)-Haftklebstoffe, die auch Poly(1-alken)-Haftklebstoffe genannt werden, enthalten im Allgemeinen entweder ein im Wesentlichen nichtvernetztes Polymer oder ein nichtvernetztes Polymer, das wie in US-A-5,209,971 beschrieben daran gepfropfte strahlungsaktivierbare funktionale Gruppen aufweisen kann. Poly(alpha-olefin)-Polymere sind im Allgemeinen vorherrschend amorph und umfassen, zum Beispiel, 1-Alken-Polymere mit C₃ bis C₁₈, vorzugsweise 1-Alkene mit C₃ bis C₁₂ und Copolymere mit C₃ und bevorzugter C₆ bis C₈ und Copolymere davon mit C₃. Die Poly(alpha-olefin)-Polymere können selbstklebrig sein und/oder ein oder mehrere klebrigmachende Materialien enthalten.
Geeignete klebrigmachende Materialien für die Poly(alpha-olefine) umfassen Harze, die in das Poly(alpha-olefin)-Polymer mischbar sind. Die gesamte Menge des klebrigmachenden Harzes im Poly(alpha-olefin)-Polymer reicht abhängig von der besonderen Anwendung von 0 bis 150 Gewichtsteile in Bezug auf 100 Teile des Poly(alpha-olefin)-Polymers. Nützliche klebrigmachende Harze umfassen Harze, die von einer Polymerisation von ungesättigten Kohlenwasserstoffmonomeren mit C₅ bis C₉ stammen, Polyterpene, synthetische Polyterpene und dergleichen. Beispiele derartiger im Handel erhältlicher Harze, die auf einer C₅-Olefinfraktion dieser Art beruhen, umfassen die unter dem Markennamen WINGTACK von Goodyear Tire and Rubber Co. erhältlichen. Andere Materialien können für besondere Zwecke hinzugefügt werden, einschließlich Antioxidationsmittel, Füllmaterialien, Pigmente, und strahlungsaktivierte Vernetzungsmittel.
Silikon-Haftklebstoffe enthalten zwei Hauptbestandteile, ein Polymer oder Gummi, und ein klebrigmachendes Harz. Das Polymer ist typischerweise ein hochmolekulargewichtiges Polydimethylsiloxan oder Polydimethyldiphenylsiloxan, das an den Enden der Polymerkette Restsilanolfunktionalität (SiOH) enthält, oder ein Blockcopolymer, das Polydiorganosiloxan-Weichsegmente und harn stoffbeendete Hartsegmente aufweist. Das klebrigmachende Harz ist im Allgemeinen eine dreidimensionale Silikatstruktur, die am Ende mit Trimethylsiloxigruppen (OsiMe₂) abgedeckt ist und auch etwas Silanolfunktionalität aufweist. Beispiele klebrigmachender Harze umfassen SR 545 von General Electric Co., Silicone Resins Division, Waterford, NY, und MQD-32-2 von Shin-Etsu Silicones of America, Inc., Torrance, CA.
Die Herstellung typischer Silikon-Haftklebstoffe ist in US-A-2,736,721 beschrieben. Die Herstellung eines Silikon-Harnstoff-Blockcopolymer-Haftklebstoffs ist in US-A-5,214,119 beschrieben.
Andere Materialien können für besondere Zwecke hinzugefügt werden, einschließlich Pigmente, Plastifiziermittel, und Füllmaterialien. Füllmaterialien werden typischerweise in Mengen von 0 Teilen bis 10 Teilen in Bezug auf 100 Teile Silikon-Haftklebstoff verwendet. Beispiele für Füllmaterialien, die verwendet werden können, umfassen Zinkoxid, Siliziumdioxid, Ruß, Pigmente, Metallpulver, und Calciumcarbonat.
Eigenschaften der Filtervorrichtungen
Die Filtervorrichtungen der vorliegenden Erfindung können durch richtige Auswahl des in den Vorrichtungen verwendeten Filtermediums, Gewebestoffs und Klebstoffs für einen weiten Bereich von Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel könnten Anwendungen, die einen geringen Druckverlust benötigen, einen offeneren Gewebestoff und ein Filtermedium mit geringerem Basisgewicht verwenden. In einem alternativen Aufbau würde ein Filtermedium mit geringerem Basisgewicht, das direkt darauf aufgebrachte Punkt- oder Streifenmuster mit weiterem Abstand aufweist, eine geeignete Filtervorrichtung bereitstellen. Umgebungen, die Einrichtungen hohen Schwebeteilchenherausforderungen aussetzen oder höhere Partikeleinfangleistungen benötigen, und die auch höhere Druckverluste tolerieren können, könnten ein Filtermedium mit höherem Basisgewicht und vielleicht ein stärkeres Klebstoffbefestigungssystem verwenden. In diesem Fall kann ein direkt auf das Filterelement aufgebrachtes Klebstoffmuster mit engerem Abstand erwünscht sein. In jedem Fall erleichtert die richtige Auswahl der verschiedenen Bestandteile der Filtervorrichtung (z.B., Filterelement, Klebstoff, Klebstoffmuster, Gewebestoff) die Anpassung der Filtervorrichtung an die Anwendung.
Die Haftung der Filtervorrichtungen der vorliegenden Erfindung an einer Fläche eines Geräts kann durch die Klebstoffauswahl und den Bereich des Klebstoffs, der mit dem Substrat in Kontakt tritt, gesteuert werden. Der Kontaktbereich kann durch die Faserbreite/den Faserdurchmesser und/oder die Anzahl an Fasern in einem Gewebestoff, oder die Anzahl, Breite, und Beabstandung der klebstoffbeschichteten Bereiche am Filterelement gesteuert werden. Es versteht sich, dass das passende Gleichgewicht zwischen dem Luftstromwiderstand (d.h., dem Druckverlust) für die Filtervorrichtung und der gewünschten Haftung am Zielsubstrat erreicht werden muß.
Die Haftfestigkeit der Bindung mit der Filtervorrichtung und die Entfernbarkeit der Filtervorrichtung können ebenfalls durch die Klebstoffauswahl und die Menge des faserigen Filtermediums, das in den faserverstärkten Klebstoffbereich aufgenommen ist, im Gleichgewicht gehalten werden. Die Kohäsionsfestigkeit eines direkt auf das Filterelement aufgebrachten Klebstoffmusters kann durch die Aufnahme von Filtermedienfasern in den Klebstoff verbessert werden. Die Ausübung des passenden Drucks auf die Trenndecklage wird das Eindringen des Klebstoffs in das Filterelement steuern, um die gewünschte Kohäsionsfestigkeit zu erreichen, während die passende Dicke des klebstoffreichen Bereichs bewahrt wird, um den gewünschten Haftgrad der Filtervorrichtung an einer gegebenen Fläche zu erreichen.
Die Filtervorrichtungen der vorliegenden Erfindung sind leicht auf Filter mit praktisch jeder beliebigen Größe und Form anwendbar. Filtervorrichtungen, die einen klebstoffbeschichteten Gewebestoff aufweisen, der im Wesentlichen eine gesamte Hauptfläche der Vorrichtung bedeckt, oder Vorrichtungen, die eng beabstandete Klebstoffmuster aufweisen, werden unabhängig von der Filtergröße eine gute Haftung an Substraten zeigen.
Verfahren zur Anfertigung
Nach der vorliegenden Erfindung kann der Klebstoff direkt auf das Filterelement beschichtet werden, so dass der Klebstoff in die Fläche des Filterelements eindringt, um einen faserverstärkten Klebstoffbereich im Filterelement und einen benachbarten klebstoffreichen Bereich an der Fläche des Filterelements zu erzeugen.
Unter Bezugnahme auf 5a und 5b bildet ein Klebstoff einen faserverstärkten Klebstoffbereich 52 im Filterelement 54 und einen benachbarten klebstoffreichen Bereich 56, der sich im Wesentlichen an der Fläche 58 des Filterelements 54 befindet. Der klebstoffreiche Bereich 56 ist typischerweise mit einer Trenndeckschicht 60 bedeckt. In 5a dringt der faserverstärkte Bereich 52 im Wesentlichen durch die Dicke des Filterelements 54 hindurch, wohingegen der faserverstärkte Bereich 52 in 5b nur teilweise in die Dicke des Filterelements 54 eindringt. Wenn die Klebstoffbereiche 52 und 56 auf den Rand des Filterelements 54 aufgebracht werden, verstärken sie den Rand und wirken sie mit der Trenndecklage 60 zusammen, um eine mit den Fingern anhebbare Lasche 62 zu bilden, die das Entfernen der Trenndecklage vom Klebstoff am Filterelement erleichtert. In 5b ist die Trenndecklage 60 als schmale Streifen vorhanden, die sich, anstelle die gesamte Fläche des klebstoffbeschichteten Filterelements abzudecken, vielmehr geringfügig über die Breite des klebstoffreichen Bereichs 56 hinaus erstrecken. Die Trenndecklagenerweiterung schafft auch eine mit den Fingern anhebbare Lasche für Klebstoffmuster, die sich im inneren Bereich einer Filtervorrichtung finden.
Beispiele
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele, die den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen, näher veranschaulicht. In den Beispielen beziehen sich alle Teile, Verhältnisse und Prozentangaben, sofern nicht anders angegeben, auf das Gewicht.
Gewebestoffmaterialien
Eine nichtbeschränkende Liste von Gewebestoffmaterialien, die klebend an den Filtervorrichtungen der vorliegenden Erfindung befestigt werden können, ist in Tabelle 1 dargestellt. Gewebestoffe in der Form eines Netzes, die typischerweise eine regelmäßige, rechteckige Anordnung aufweisen, sind durch die Filament(Strang)beabstandung beschrieben. Zum Beispiel bezeichnet 4 × 3 4 Stränge pro 2,54 cm (ein Inch) in der Maschinenrichtung und 3 Stränge pro 2,54 cm (ein Inch) in der quer zur Maschine verlaufenden Richtung.
Tabelle 1 Gewebestoffmaterialien
Klebstoffmaterialien
Eine repräsentative Liste von Klebstoffen, die zum Herstellen von Filtervorrichtungen der vorliegenden Erfindung nützlich sind, ist in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2 Klebstoffmaterialien
Filterelement
Eine nichtbeschränkende Liste von Filterelementen, die zum Herstellen von Filtervorrichtungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, ist in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3 Filterelement
Klebstoffbeschichtungsverfahren
Werkbankbeschichtung
Eine Werkbankbeschichtungstechnik wurde verwendet, um Laborproben zu Überprüfungszwecken anzufertigen. Ein 4-Mil-Polyethylen(PE)film wurde auf einer Werkbank angeordnet, ungefähr 10 ml eines PSA-Latex auf dem Film angeordnet, ein Gewebestoff über dem Klebstoff angeordnet, der Gewebestoff mit einem anderen PE-Film bedeckt, und das PSA durch Bearbeiten des Laminats mit einer Gummiquetschwalze gleichmäßig über den Gewebestoff verteilt. Der klebstoffbeschichtete Gewebestoff wurde entweder luftgetrocknet (Raumtemperatur für etwa eine Stunde) oder in einem Laborofen ofengetrocknet (70 °C für 1 bis 5 Minuten).
Musterbeschichtung
Unter Verwendung eines automatischen Fluidspenders "ULTRA", erhältlich von EFD Company (East Providence, RI) wurde Klebstoff direkt auf das Filterelement aufgetragen. Der Klebstoff wurde in einer Reihe von unterschiedlichen Mustern (Punkten, Streifen, usw.) aufgetragen. Streifenbeschichtungen wurden durch Aufbringen paralleler Klebstoffstreifen (ungefähr 1 bis 4 mm breit), deren Mitten 1 bis 8 cm beabstandet waren, auf das Filterelement angefertigt. Punktbeschichtungen wurden durch Auftragen von ungefähr 1 bis 4 mm großen Punkten, die in einer rechteckigen Anordnung mit einer Trennung zwischen den Punktmitten von ungefähr 15 bis 30 mm beabstandet waren, angefertigt. Umfängliche Beschichtungen wurden durch Auftragen eines Streifens um den Umfang des Filterelements angefertigt.
Das Filterelement wurde auf einer silikonbeschichteten Trenndecklage (2-44RLS zweiseitig beschichtetes superkalandriertes Kraftpapier von DCP-Lohja, Inc., Willowbrook, IL) angeordnet, die Klebstoffmuster auf das Filterelement aufgetragen, das klebstoffbeschichtete Filterelement mit einem zweiten Stück der Trenndecklage bedeckt, und das Laminat zwei Mal mit einer gummibeschichteten Walze (ungefähr 2 kg, 5 cm breit) gewalzt, wodurch das Eindringen des PSA in das Filterelement verursacht wurde. Die Breite (der Durchmesser) des Klebstoffstreifens (-punkts) stieg nach dem Walzen auf ungefähr das Doppelte bis Dreifache an.
Versuchsverfahren
Basisgewicht (B.W.)
Das Bahnbasisgewicht (für den Gewebestoff und das Filterelement) wurde bestimmt, indem eine 170 mm × 170 mm große Probe der Bahn geschnitten wurde, die Probe gewogen wurde, und das Basisgewicht in Gramm pro Quadratmeter (g/m²) berechnet wurde.
Dicke
Die Bahndicke (für den Gewebestoff und das Filterelement) wurde unter Verwendung eines Ames 214-10-Dickenmessers (B.C. Ames Co, Watham, MA) gemessen.
Druckverlust (ΔP)
Der Druckverlust (für den Gewebestoff und das Filterelement) wurde unter Verwendung des SAE-Versuchsverfahrens J1669 bestimmt. Die Versuchsproben wiesen eine Größe von 170 mm × 170 mm auf und wurden an einem offenen Bereich von 160 mm × 160 mm geprüft. Die Strömungsgeschwindigkeiten wurden reguliert, um Flächengeschwindigkeiten von 1 oder 2 Meter/Sekunde zu erhalten.
Filterungsleistung
Die Filterungsleistung wie auch der Druckverlust des Filterungselements wurden unter Verwendung der vom Hersteller empfohlenen Versuchsvorgangsweisen bei einer Flächengeschwindigkeit von 1 Meter/Sekunde unter Verwendung einer 0,1-Mikron-NaCl-Aerosol-Aussetzung an einem von TSI Company (Minneapolis, MN) erhältlichen automatisierten Filtertester (AFT) 8110 gemessen.
Frazier-Luftdurchlässigkeit
Die Frazier-Durchlässigkeit der Filterelemente und Gewebestoffe wurde nach dem Standardversuchsverfahren ASTM D737-96 an einem Hochdruckluftdurchlässigkeitsmeßinstrument von Frazier Instrument Company (Hagerstown, MD) gemessen.
Ablösehaftung
Die Ablösehaftung der klebstoffbeschichteten Gewebestoffe wurde unter Verwendung des 90-Grad-Ablöseversuchsverfahrens ASTM D6252 unter Verwendung von Stahlprüfplatten an einem Ablösetester Modell SP-102B-3M90 von IMASS, Inc. (Accord, MA) gemessen.
Haftung an PSA CLAF
Die Vliesstoffe wurden hinsichtlich ihrer Fähigkeit, an PSA CLAF zu haften, qualitativ bewertet. Die Filterelemente wurden als eine geringe (L), mittlere (M) oder hohe (H) Fähigkeit zur Haftung an PSA CLAF aufweisend eingestuft.
Überprüfung hinsichtlich von Rückständen an PSA
Klebende Gewebestoffe wurden durch zweimaliges Walzen unter Verwendung einer 2 kg schweren gummibedeckten Walze auf einen Polyesterfilm aufgebracht. Die Proben wurden für ungefähr 24 Stunden auf dem Polyesterfilm gealtert und dann entfernt. Die Klebstoffrückstände wurden qualitativ als gering (L), mittel (M) oder hoch (H) eingestuft, wobei "gering" das Verbleiben entweder keiner oder gelegentlich kleiner Bereiche von Klebstoffrückständen auf dem Film zeigte, "hoch" das Verbleiben sehr große Klebstoffrückstände auf dem Film zeigte, und "mittel" eine Zwischenstufe an Rückständen zeigte.
Gradienz (G)
Ein Verhältnis des Druckverlusts zwischen der Gewebestoffschicht mit geringem Druckverlust (ΔP_Gewebestoff) und der Filterelementschicht mit höheren Druckverlust (ΔP_Medium), das durch die folgende Gleichung definiert ist.
wobei ΔP_gesamt der durch Prüfen bei stromabwärts von der Filterelementschicht angeordnetem Gewebestoff gemessene gesamte Druckverlust der Filtervorrichtung ist.
Beispiel 1
Parallele Streifen eines Haftklebstoffs (A-1) wurden unter Verwendung des oben beschriebenen Streifenbeschichtungsvorgangs auf ein Filterelement (F-4) aufgebracht. Die Streifenbreite wurde nach einem zweimaligen Walzen mit einer gummibeschichteten Walze gemessen.
Im Allgemeinen erzeugten Gestaltungen mit breiteren Streifen (z.B., 4 mm breit) oder Gestaltungen mit engerer Beabstandung zwischen den Streifen größere Zunahmen im Druckverlust. Mit Gestaltungen, die mehr Streifen und/oder breitere Streifen aufwiesen, wurden auch höhere Haftungswerte realisiert.
Beispiel 2
Haftklebstoff (A-1) wurde unter Verwendung des oben beschriebenen Punktbeschichtungsvorgangs in einer wie in der nachstehenden Tabelle 4 beschriebenen rechteckigen Punktanordnung über die gesamte Filterelementfläche auf ein Filterelement (F-4, 170 mm × 107 mm) aufgebracht.
Es wurde bemerkt, dass punktbeschichtete Filterelemente und streifenbeschichtete Filterelemente mit ähnlichen Klebstoffbeschichtungsbasisgewichten ähnliche Druckverlustzunahmen ergaben.
Tabelle 4 Klebstoffpunktbeschichtung
Beispiel 3
Filterelemente, die Bereiche einer Haftklebstoffbeschichtung aufweisen, wurden mit Ausnahme der Aufbringung des Klebstoffs nur um den Umfang des Filterelements ähnlich wie in Beispiel 2 angefertigt. Bei diesen Proben wurde eine geringfügige Zunahme des Druckverlusts bemerkt, wenn sich die PSA-Beschichtung in das Strömungsfeld des Filterelements in der Versuchsvorrichtung erstreckte. Wenn sich der Klebstoff vollständig außerhalb des Strömungsfelds befand, wurde keine Zunahme des Druckverlusts beobachtet.
Tabelle 5 Umfängliche Klebstoffbeschichtung
Vergleichsbeispiel
Die Filterelemente F-1, F-3 und F-13 wurden gemäß der folgenden Vorgangsweise mit dem Klebstoff A-7 beschichtet: Filterelementproben von 170 mm × 170 mm wurden nach den oben umrissenen Versuchsverfahren hinsichtlich des anfänglichen Basisgewichts, der NaCl-Durchdringung und des Druckverlusts geprüft. Dann wurde Duro-Allzweck-81088-Haftklebstoff (erhältlich von Loctite Corporation, Rocky Hill, CT) für ungefähr vier Sekunden gleichmäßig auf eine Seite des Filterelements sprühaufgebracht. Der Klebstoff wurde dann "in die Fasern gesaugt", indem das Filterelement in einem Rahmen von 170 mm × 170 mm angeordnet wurde, der am Einlaß eines im Handel erhältlichen Standard-Kanister-Staubsaugers angebracht war, und für ungefähr 30 Sekunden ein Vakuum auf das Filterelement ausgeübt wurde. Anschließend wurde für etwa vier Sekunden ein zweiter Klebstoffbelag gleichmäßig auf die vorher klebstoffbeschichtete Seite des Filterelements gesprüht. Die Untersuchung des beschichteten Filterelements umfasste die obigen Untersuchungen wie auch einen wie im Abschnitt "Versuchsverfahren" umrissenen Versuch hinsichtlich von Rückständen.
Der Sprühklebstoff erhöhte den Druckverlust an allen Proben, wobei sich die deutlichste Zunahme beim Filterelement mit hohem Druckverlust (F-13) fand. Der Sprühklebstoff verminderte auch die Leistung des Elektret-Filterelements (F-3) deutlich. Bei allen Proben waren die Rückstände schlecht.

Claims

Filtervorrichtung, aufweisend: – ein poröses Filterelement (54), aufweisend ein faseriges Filtermedium, und – einen Klebstoff, der in diskrete Bereiche des porösen Filterelements (54) imprägniert ist, derart, dass in den diskreten Bereichen ein im Wesentlichen fortlaufender Klebstoffbereich über mindestens etwa 25% der Dicke des porösen Filterelements (54) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Klebstoff einen Haftklebstoff aufweist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Haftklebstoff einen Klebstoff auf (Meth)acrylbasis, einen Klebstoff auf Poly(alpha-olefin)basis, einen Klebstoff auf Synthetikkautschukbasis, oder einen Klebstoff auf Silikonbasis aufweist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Filterelement (54) eine faserige vliesstoffbahn aufweist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Filterelement (54) Elektret-Fasern aufweist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Filterelement (54) eine Elektret-Spaltfaserbahn, eine Spunbond-Elektret-Bahn, eine triboelektrisch geladene Elektret-Bahn, oder eine Meltblown-Elektret-Bahn aufweist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend einen Ablöse-Liner (60), die auf dem Klebstoff angeordnet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Trenndecklage (60) eine mit den Fingern anhebbare Lasche (62) bildet.