DE2431197C3 - Filter, insbesondere für Atemgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filter, insbesondere für Atemgeräte, bei dem zu einem Filz verarbeitete Fasern vorgesehen sind, die mechanisch mit einer elektrischen Ladung versehene Harzpartikeln tragen, wobei der Filz im wesentlichen besteht aus einer Mischung von Wollfasern mit anderen Fasern.

Ein solcher Filter ist bekannt aus der US-PS 25 73 964. Der bekannte Filter enthält zu einem Filz verarbeitete proteinhaltige Fasern, nämlich Wollfasern oder sonstige tierische fibröse Materialien, in welche: natürliche, modifizierte oder synthetische Harze eingearbeitet sind. Die elektrische Ladung eines solchen Filters erzielt man durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise Zerbröckeln einer Harzimprägnierung. In dieser US-PS ist auch erwähnt, daß nichttierische Fasern verwendet werden können; angegeben sind jedoch lediglich Baumwollfasern, die zu einem geringen Anteil ebenfalls in dem Filz verarbeitet werden können.

Allgemein ist es möglich, das harzige Material dadurch in den Filter einzubauen, daß man pulverförmiges Harz mit den Fasern mischt und dann die Mischung zu einem Filz verarbeitet, Es ist aber auch möglich, einen vorgeformten Filz mit einer Lösung des harzartigen Materials zu imprägnieren, dann zu trocknen und anschließend mechanisch zu bearbeiten, wodurch das Harz in kleine Partikeln aufgebrochen wird. Diese mechanische Verarbeitung erzeugt eine elektrische Ladung an den Harzpartikeln, die möglichst für einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden soll, um die Filterwirksamkeit sicherzustellen. Nachteilig ist bei diesem bekannten Filter jedoch, daß der Filter vergleichsweise schnell seine elektrische Ladung verliert und dann auch nicht mehr in der Lage ist, aus dem zu filternden Medium, beispielsweise Luft, Stäube oder sonstige feinverteilte partikelförmige Massen zu entfernen.

Bekannt ist weiterhin aus der GB-PS 11 24 405 ein Filter zur Filterung von sich in Suspension befindlichen Partikeln, welches aus zwei verschiedenen Faserschichten besteht, die jeweils aus einem unterschiedlichen Fasermaterial gebildet sind. Dieses aus der GB-PS 11 24 405 bekannte Filter stellt darauf ab, daß die eine Faserart eine elektrische Ladungspolarität hat, die zu den elektrischen Ladungen der anderen Faserart unterschiedlich ist Als Fasern für die erste Art kommen Polyamidfasern oder auch Wollfasern in Frage, während für die Fasern der anderen Art Materialien wie Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polyester genannt sind. Damit den beiden Faserarten jeweils die entgegengesetzte Ladung verliehen werden kann, müssen deren Oberflächen frei von antistatischen Mitteln sein und aneinandergrenzend angeordnet werden. Man kämmt dann das so gebildete Gewebe oder bahnförmige Material, und aufgrund der durch diesen Kämmvorgang gebildeten Reibung wird den Faserarten die jeweils entgegengesetzte, elektrische Ladung vermittelt. Am Rande vermerkt ist bei diesem GB-PS 11 24 405 noch, daß ein solches Filter ausschließlich aus Fasern aufgebaut sein kann, es jedoch möglich ist, der ersten oder der zweiten Faserart noch ein Harz hinzuzufügen. Unterschiedlich hierzu ist beim erfindungsgemäßen Filter eine innige Fasermischung vorgesehen. Die elektrische Ladung haftet an Harzpartikeln und wird durch mechanische Bearbeitung des Harzes, nämlich einem Aufbrechen in kleine und kleinste Partikeln, gewonnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Filter der zuerst eingangs genannten Art die Fähigkeit zur Aufrechterhaltung der elektrischen Ladung auch unter widrigen Umständen erheblich zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß die anderen Fasern synthetische Fasern sind, die ausgewählt sind aus der Polyolefin-, Polyester- und Akrylfasern umfassenden Gruppe und daß jede Fasernart (Wollfasern —synthetische Fasern) zur langdauernden Aufrechterhaltung der Staubsammelwirksamkeit in einem Anteil von mindestens 10Gew.-% vorhanden ist.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß verfilzte Filtermedien oder mit Filz ausgelegte oder unterlegte Filtermedien, die elektrisch geladene Harzpartikeln tragen und bei denen der Filz eine Mischung aus Wolle und synthetischen Kunstharzfasern ist, nämlich aus Polyolefin-, Polyester- oder Akrylfasern, eine unerwartet verbesserte Wirksamkeit gegenüber Stäuben aufweist und diese Wirksamkeit auch langdauernd aufrechterhält, selbst bei Vorhandensein von die Ladung verschlechternden Bedingungen, beispielsweise dem Aussetzen gegenüber Feuchtigkeit, öligen Dämpfen oder Rauch.

Dabei sind Filze nichtgewebte, textile Materialien, bei denen die Fasern durch eine geeignete mechanische Arbeit miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels Durchstechen mit Nadeln. Die bei vorliegender Erfindung verwendeten Filze sind hergestellt aus einer Mischung aus Wolle mit synthetischen Polyolefin-, Polyester- oder Akrylfasern, wobei deren Anteile nicht kritisch sind, solange ein wirksamer Minimumanteil

jeder Faser vorhanden ist, in geeigneter Weise mindestens ein so großer Anteil von etwa 10Gew.-% und bevorzugt über 20 Gew.-%. Bei den gegenwärtigen wirtschaftlichen Bedingungen wird bevorzugt, daß die Hauptfaserkomponente gebildet ist von synthetischer s Faser und die anteilsmäßig kleinere Komponente aus Wolle besteht.

Akrylfasern sind fabrikmäßig hergestellte Fasem, bei denen die faserbildende Substanz eine langkettige synthetische Polymerverbindung mit mindestens 85 Gew.-°/o Akrylsäureeinheiten ist.

— CH, — CH —

CN

Polyesterfasern sind hergestellte Fasern, bei denen die faserbildende Substanz ein langkettiger synthetischer Polymer ist, der zusammengesetzt ist aus mindestens 85 Gew.-"< > eines Esters eines dihydratisch.en Alkohols und Terephthalsäure. Polyolefinfasern sind Fasern, die aus thermoplastischen Polymeren hergestellt sind, die abgeleitet sind von einfachen Olefinen, beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen und ihren Mischpolymeren.

Für Atemgeräte verwendete Filze sind allgemein leicht und auch nicht so dick, sie haben üblicherweise ein Gewicht von etwa 283 bis 340 g pro 0,836 m² und eine Dicke von 2,05 bis 0,27 cm. Es sei darauf hingewiesen, daß auch andere Filze, darin eingeschlossen dichtere Filze bei Atemgeräten ^-md für andere Anwendungsfälle verwendet werden können, beispielsweise bei Kraftfahrzeugfiltern, um besonderen Ansp. liehen an die Filterwirksamkeit und dem Flußwiderstand gerecht zu werden.

Bei dem Harz kann es sich um ein Zinkresinat oder ein anderes zerbrechliches oder bröckliges, harziges Material handeln, entweder um natürliches Harz, um modifizierte Harze, um synthetische Harze, Kunstharze oder Mischungen derselben. Solche Harze umfassen beispielsweise Terpentinharz, Kolophonium, Kopalgummi, Kalziumresinat und Polystyrol, aber auch andere geeignete harzige Materialien. Solche zerbrechlichen oder bröckligen Harze nehmen eine elektrische Ladung auf, wenn sie mechanisch in kleine Partikeln und Teilchen zerbrochen werden. Der Anteil des Harzes ist nicht kritisch und Filter, die zwischen 2 bis 50 Gew.-% Harz enthalten, sind für die verschiedensten Anwendungszwecke geeignet; für Atemgeräte werden gegenwärtig 15 bis 30 Gew.-% Harz bevorzugt, um so einen günstigen Gleichgewichtswert zwischen Filterwirksamkeit und dem Widerstand gegenüber dem Luftdurchfluß durch den Filter zu erlangen.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen noch genauer erläutert. γ,

Beispiel 1

Ein 312 g schwerer und 0,024 cm dicker Filz wurde in eine 7,5%-Lösung von Zinkstearat in dem Lösungsmit- _b0 tei Trichloräthan eingetaucht und überschüssige Lösung durch Hindurchführen des Filzes durch Quetschrollen entfernt. Der imprägnierte Filz wurde mittels eines Ofens getrocknet und dann dadurch bearbeitet, daß er zur Erzielung eines Filters, der 20 Gew.-% Harz enthält, (,5 zwischen genuteten Walzen hindurchgeführt wurde. Auf diese Weise wurden Filter hergestellt, die Filze verwendeten, die verschiedene Wollanteile (Akrylfasern, 2,5 Denier, textile Länge), Polyolefinfasern (Polypropylen, 3 Denier, textile Länge) und Polyesterfasern (3 Denier, textile Länge) enthielten. Die Filter wurden dem sogenannten DOP-Test unterworfen, einem Standardtest, um die Filterwirksamkeit gegenüber öldämpfen und öligem Rauch zu messen. Bei dem Begriff DOP handelt es sich um Dioktylphthalat, welches in einen Luftstrom hineinverdampft, einen Ölrauch von hochgleichförmiger Partikelgröße bildet, in der Größenorc nung von 03 u, dieser ölrauch wird dann durch das zu untersuchende Filter gezogen. Der das Filter durchdringende Prozentanteil von DOP wird gemessen, ein höherer Durchdringungsprozentsatz steht für niedrige Filterwtrksamkeit Die in der Tabelle 1 dargestellten Ergebrisse zeigen den außerordentlichen Anstieg in der Filterwirksamkeit und im Widerstand gegenüber einer Verschlechterung der FiUerwirksamkeit, wenn aus Filzen aus gemischter Wolle und synthetischen Fasern gebildete Filter verwendet werden.

Tabelle !

	Filterfilz	Einwirkungszeit	Durchdringung
		des	des DOP-Rauches
25		DOP-Rauches	in prozentualem
			Anteil
	100% Wolle	5 Sekunden	20
M)		5 Minuten	63
	50% Wolle	5 Sekunden	0,2
	50% A kryl fasern	25 Minuten	10
		79 Minuten	82
	30% Wolle	5 Sekunden	0,3
V)	70% Akrylfasern	23 Minuten	10
		88 Minuten	63
	50% Wolle	5 Sekunden	1
	50% Polyester	6 Minuten	12
40	100% Polyester	5 Sekunden	50
		6 Minuten	>60
	50% Wolle	5 Sekunden	4
	50% Polypropylen	6 Minuten	10
45
		Beispiel 2

Es wurden Filter nach dem vorhergehenden Beispiel hergestellt und bei einer Temperatur von 37,8⁰C und 80% relativer Feuchte Zeiträumen von bis zu 21 Tagen der Luft ausgesetzt, wobei sie zur Messung der FiUerwirksamkeit gegenüber Submikronpartikeln einem Standardsilika-Staubtest unterworfen wurden. Bei dem Begriff Silika handelt es sich um ein Sammelwort für quarz- oder siliziumhaltige Materialien, Gesteine u. dgl. Je höher die Durchlässigkeit der Filter, um so niedriger die Filterwirksamkeit. Aus den Untersuchungsergebnissen, wie sie sich aus der weiter unten angegebenen Tabelle II entnehmen lassen, läßt sich feststellen, daß ein 100%iger Akrylfilzfilter wesentlich weniger wirksam ist als ein 100%iger Wollfilzfilter und daß aus gemischten Fasern bestehende Filter eine FiUerwirksamkeit haben, die um eine Größenordnung höher ist als die der WoII- oder Akrylfaserfilter. Nach einer Alterung von einem Tag in einer die Ladung verschlechternden Atmosphäre ergab sich eine drastisch verringerte Wirksamkeit für das Wollfilzfilter, so daß es als Verwendung für Atemgeräte

praktisch wirkungslos wurde. Auf der anderen Seite behielten die aus gemischten Faserfilzen bestehenden Filter ihre hohe Wirksamkeit selbst nach längerem

Tabelle Il

Aussetzen gegenüber der gleichen Atmosphäre für eine Dauer von mindestens 21 Tagen und für eine IHngere unbestimmte Zeitdauer.

Anzahl der Tage bei
38 C und 80%
relativer Feuchte

Durchlässigkeit beim Silika-Staubtcst in mg

100% Wolle 50% Akryl 70% Akryl 100%

50% Wolle 30% Wolle Akryl

Nicht gealtert

1 Tag

8 Tage
21 Tage

1,3 mg
6,7 mg

0,1 mg 0,1 mg 0,1 mg 0,5 mg 0,1 mg
0,1 mg
0,1 mg
0,2 mg

2,2 mg

(Das vom Büro οΓ Mines Respirator Test Schedule erlaubte Maximum beträgt 1,5 mg.)

Beispiel 3

Wie in den vorhergehenden Beispielen wurden Filter hergestellt, wobei eine frische Probe jedes Filters einem Silikastaub-Nebeltest unterworfen wurde, während eine andere Probe jedes Filters diesem Test nach Lagerung in Umgebungsatmosphäre während vier Montate unterworfen wurde. Bei diesem Silika-Nebeltest wird ein Silikastaubspray, der in Wasser dispergiert ist. gefiltert, um die Fiherwirksiif.ikeit für submikrone Partikeln bei hohen Feuchtigkertsbedingungen zu bestimmen; dies ist ein noch strengerer Test als der in der Tabelle Il angegebene Silikastaubtest und unterr > wirft die Proben einer größeren Ladungsverschlechterung. Die Durchlässigkeit in Milligramm, wie sie in der nachfolgenden Tabelle III angegeben ist, zeigt die hervorragende Wirksamkeit von Filtern, die aus gemischten Faserfilzen bestehen.

Tabelle III	Durchliissigkcit 50% Akrvl 50% Wolle	in mg gegenüber einem Silika-Nebcl 50% Polyester 50% Polyolefin 100% PoIy- 50% Wolle 50% Wolle ester	0,7 10,9 0,8 17,4	100% Akryl
IH/	1,0 2,1	0,4 0,5		6,7
Nicht gealtert Gealtert

Das von dem schon genannten Büro of Mines Respiration Test Schedule erlaubte Maximum beträgt hier 2,5 mg.

Aus diesen Beispielen geht klar die völlig unerv/artete und überraschende Wirksamkeit solcher erfindungsgemäßen Filter hervor, die auf dem synergistischen Effekt beruhen, der durch die Verwendung von Faserfilzen in Harz tragenden Filzfiltern besteht, vobei die Filze 4^r) gemischt sind aus synthetischen und Wollfas^rn.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Filter, insbesondere für Atemgeräte, bei dem zu einem Filz verarbeitete Fasern vorgesehen sind, die mechanisch mit einer elektrischen Ladung versehene Harzpartikel tragen, wobei der Filz im wesentlichen besteht aus einer Mischung von Wollfasern mit anderen Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Fasern synthetische Fasern sind, die ausgewählt sind aus der Polyolefin-, Polyester- und Akrylfasern umfassenden Gruppe und daß jede Fasernart (Wollfasern — synthetische Fasern) zur langdauernden Aufrechterhaltung der Staubsammelwirksamkeit in einem Anteil von mindestens 10 Gew.-% vorhanden ist

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der synthetischen Fasern zwischen 50 und 80 Gew.-°/o liegt.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die riarzpartikeln Zinkrcsinatpartikeln sind.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz aus einer Mischung von WoIl- und Akrylfasern besteht.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz aus einer Mischung aus WoIl- und Polyolefinfasern besteht.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz eine Mischung aus WoIl- und Polypropylenfasern ist.

7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz aus einer Mischung aus Wolle und Polyesterfasern besteht.