DE69528076T2

DE69528076T2 - Hochdichte faservliesfiltermedien

Info

Publication number: DE69528076T2
Application number: DE69528076T
Authority: DE
Inventors: Lee Brown; Daniel Pike; Wyndham Shipp
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2015-10-05
Also published as: CN1067910C; AU3999795A; US5855784A; US6090731A; EP0789612A1; ES2181800T3; WO1996013319A1; AU697204B2; DE69528076D1; KR970706883A; PL319975A1; MX9702931A; EP0789612B1; KR100468551B1; CN1171060A; BR9509132A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aus konjugierten Fasern hergestellte Vliesbahn. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Filtermedium aus einer Vliesbahn aus konjugierten Fasern.
Poröse Blattmedien aus Vliesstoff wie beispielsweise Verbundstoffe, die schmelzgeblasene oder lösungsgesprühte Mikrofaserbahnen enthalten und konventionelle spinngebundene Vliesbahnen sind in verschiedenen Bereichen der Filtration zur Anwendung gekommen z. B. Kühlmittelfiltration, Schneidflüssigkeitsfiltration, Schwimmbadfiltration, Getriebeflüssigkeitsfiltration, Raumluftfiltration und Autoluftfiltration. Bei Anwendungen in der Flüssigkeitsfiltration besonders bei der Flüssigkeitsfiltration in großem Umfang z. B. bei der Filtration von Kühlmittel- und Schneidflüssigkeit wird verunreinigte Flüssigkeit üblicherweise auf ein horizontal gelagertes Filtermedium unter Druck aufgebracht. Folglich muss das Filtermedium fest genug sein, dem Gewicht der Flüssigkeit und dem ausgeübten Antriebsdruck standzuhalten. Als solche müssen die Flüssigkeitsfiltermedien zusätzlich zu einem geeigneten Grad an Filterwirkung, Fassungsvermögen und Strapazierfähigkeit, hohe Festigkeitseigenschaften aufweisen.
Im allgemeinen werden Verbundfiltermedien dadurch geformt, dass eine aus einer Mikrofaserbahn bestehende Lage entweder auf eine hochporöse selbstunterstützende Lage oder zwischen zwei hochporöse selbstunterstützende Lagen laminiert wird, da die Mikrofaserbahn keine ausreichende Festigkeit aufweist um selbstunterstützend zu sein. Folglich erfordert das Herstellungsverfahren für Verbundfiltermedien nicht nur unterschiedliche Materialien für die Lagen, sondern auch sorgfältig ausgearbeitete Lagenform- und Laminierschritte, was eine Verteuerung der Filtermedien zur Folge hat. Obgleich selbstunterstützende, einlagige Filtermedien aus Mikrofasern durch Erhöhen der Dicke der Mikrofaserfilterlage hergestellt werden können, um die komplizierte Herstellung von Verbundfiltermedien zu vermeiden, ist die Höhe des Druckabfalls an derartig dicken Mikrofaserfiltermedien inakzeptabel. Dadurch sind die Mikrofasermedien ungeeignet für den Einsatz bei Filtern, besonders für den Einsatz bei Filtern mit hohem Mengendurchsatz.
Ein weiterer Nachteil bestehender Filtermedien aus Mikrofasern und laminierten Filtermedien, die Mikrofaserbahnen enthalten, liegt darin, dass sie zu schwachen physikalischen Eigenschaften neigen. Folglich sind diese Filtermedien nicht besonders geeignet für die Flüssigkeitsfiltration in großem Umfang.
Andere in der Industrie weit verbreitete Blattfiltermedien sind Zellulosefaserbahnen aus thermomechanisch oder chemisch hergestellten Zellstofffasern. Fasermedien auf Zellulosebasis werden im allgemeinen beispielsweise bei Motoröl- und Treibstofffiltern sowie Staubsaugerfiltern verwendet. Filtermedien auf Zellulosebasis neigen jedoch zu einer begrenzten Filterwirkung und bieten nicht die hohen Festigkeitseigenschaften, die für Anwendungen in der Hochdruckflüssigkeitsfiltration in großem Umfang nötig sind.
Noch eine andere Gruppe von Filtermedien, die in der Flüssigkeitsfiltration Anwendung gefunden hat, umfasst kalandrierte spinngebundene Vliesbahnen, insbesondere spinngebundene Polyesterbahnen.
Kalandrierte spinngebundene Filtermedien aus Polyester sind beispielsweise unter dem Warenzeichen Reemay von Reemay, Inc. im Handel erhältlich. Üblicherweise werden spinngebundene Filtermedien durch Schmelzspinnen einer physikalischen Mischung aus Strukturfilamenten und Bindemittelfilamenten gebildet, die Filamente zur Bildung einer Vliesbahn willkürlich und isotropartig auf eine Formoberfläche aufgetragen und die Vliesbahn dann kalandriert um die Bindemittelfilamente zu aktivieren und die Haftbindung zu bewirken. Daraus entsteht ein Blattfiltermedium mit einer relativ gleichmäßigen Dicke.
Diese kalandrierten Blattfiltermedien weisen gute Festigkeitseigenschaften auf. Jedoch ist die Filterwirkung dieser spinngebundenen Filtermedien im allgemeinen deutlich geringer als die von Filtermedien aus Mikrofasern. Außerdem ist die Porosität auf der Oberfläche der kalandrierten spinngebundenen Filtermedien eher ungleichmäßig verteilt. Und zwar deshalb weil, wenn die gesponnenen Filamente willkürlich auf die Formoberfläche aufgebracht werden, die Dichte der Filamente der aufgebrachten Bahn d. h. die Anzahl der Filamentstränge, die auf einen vorbestimmten Bereich der Oberfläche aufgebracht ist, sich von Bereich zu Bereich unterscheidet; und beim Kalandrieren und Verfestigen der aufgebrachten Faserbahn zu einer gleichmäßigen Dicke, bilden die Bereiche mit hoher Faserdichte und niedriger Faserdichte Bereiche mit geringerer Porosität bzw. hoher Porosität. Folglich neigen die kalandrierten spinngebundenen Filtermedien zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Porosität.
Es bleibt ein Bedarf an wirtschaftlichen Filtermedien, die eine äußerst wünschenswerte Kombination aus hoher Filtrationseffizienz, Fassungsvermögen und hoher physikalischer Festigkeit aufweisen.
Die Erfindung liefert ein Blattfiltermedium umfassend autogenverbundene, fortlaufende, ungekräuselte, spinngebundene, konjugierte Filamente. Das Filtermedium hat eine Dichte zwischen etwa 0.07 g/cm³ und etwa 0.2 g/cm³ und eine Frazier-Durchlässigkeit von wenigstens 3.5 m³/Min/m² (50 Fuß³/Min/Fuß²) und die konjugierten Filamente haben ein Polyolefin und ein weiteres thermoplastisches Polymer, das einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als das Polyolefin. Das Medium hat eine Mullen-Zerreißstärke von wenigstens 3.5 kg/cm², ist mittels Durchluftbinden gebunden und ist besonders geeignet zum Filtern von Flüssigkeiten.
Die Erfindung sieht auch ein dreidimensional thermogebildetes Filtermedium vor mit autogenverbundenen, ungekräuselten, konjugierten Filamenten umfassend ein Polyolefin und ein weiteres thermoplastisches Polymer, wobei das Polyolefin und das thermoplastische Polymer unterschiedliche Temperatur-Differenzial- Abtastkalorimetrie-Schmelzkurven aufweisen, so dass ein Aussetzen einer Temperatur, die etwa 50% der niedriger schmelzenden Polyolefinkomponente schmilzt, gleich oder weniger als etwa 10% der anderen thermoplastischen Komponente schmilzt. Das thermogebildete Filtermedium hat eine Dichte zwischen etwa 0.07 g/cm³ und etwa 0.5 g/cm³ und ist durch Durchluftbinden gebunden.
Die hier verwendeten konjugierten Fasern bezeichnen Fasern, die aus wenigstens zwei verschiedenen Komponenten bestehende Polymerverbindungen haben, die entlang der im wesentlichen gesamten Länge der Fasern verschiedene Querschnitte einnehmen. Der Begriff "Fasern", wie er hier verwendet wird, bezeichnet fortlaufende Filamente. Der Begriff "spinngebundene Fasern" bezieht sich auf Fasern, die durch Strangpressen geschmolzener thermoplastischer Polymere als fortlaufende Filamente durch eine Vielzahl von relativ feinen - normalerweise kreisförmigen - Kapillaren einer Spinndüse gebildet werden und dann rasches Ziehen der stranggepressten Filamente mittels eines ausziehenden oder eines anderen gut bekannten Zugmechanismus, um molekulare Orientierung und physikalische Festigkeit auf die Filamente zu übertragen. Die gezogenen fortlaufenden Filamente werden auf höchst willkürliche Weise auf eine mit Löchern versehene Formoberfläche aufgebracht um eine Vliesbahn mit einer im Grunde gleichmäßigen Dichte zu bilden.
Ein Vakuumgerät kann unter der Formoberfläche um den Bereich, wo die Filamente aufgebracht sind, angeordnet werden, um eine angemessene Platzierung und Verteilung der Fasern zu erleichtern. Dann wird die aufgebrachte Vliesbahn gebunden um physikalische Integrität und Festigkeit zu geben. Die Verfahren zur Herstellung von spinngebundenen Fasern und daraus gebildete Faserbahnen sind beispielsweise in den US-Patentschriften 4,340,563 von Appel et al.; 3,692,618 von Dorscher et al. und US-Patentschrift 3,802,817 von Matsuki et al. beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Filtermedium fortlaufende konjugierte Filamente d. h. spinngebundene konjugierte Fasern, da fortlaufende Filamente verbesserte Festigkeitseigenschaften zeigen und nicht zu Flusen neigen. Der Begriff "ungekräuselt", wie er hier verwendet wird, bezeichnet Fasern, die keinem Faserkräusel- oder texturierverfahren unterzogen worden sind und wünschenswerterweise weniger als 2 Kräusel pro gestrecktem Inch aufweisen, wenn sie nach ASTM (Amerikanische Gesellschaft für Testverfahren und Materialien) D-3937-82 gemessen werden.
Der hier verwendete Begriff "gleichmäßiger Faserbedeckungsgrad", bezeichnet einen gleichmäßigen oder im wesentlichen gleichmäßigen Grad der Faserbedeckung, der durch willkürliche und isotropartige Faser- oder Filamentablageverfahren erhalten wird.
Das erfindungsgemäße Vliesfiltermedium eignet sich hervorragend für verschiedene Filteranwendungen, die eine hohe Filterwirkung, physikalische Festigkeit, Abriebfestigkeit, Thermoformbarkeit und so weiter erfordern. Zusätzlich ist das Filtermedium aus Vliesstoff ungewöhnlich gut geeignet um in ein Filtermedium mit hoher Kräuseldichte konvertiert zu werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt Temperatur-Diffenzial- Abtastkalorimetrie-Schmelzkurven für lineares niedrigdichtes Polyethylen und Polypropylen.
Fig. 2 zeigt Temperatur-Diffenzial- Abtastkalorimetrie-Schmelzkurven für lineares niedrigdichtes Polyethylen und Nylon 6.
Fig. 3 zeigt ein für die vorliegende Erfindung geeignetes Durchluftbindungsgerät.
Fig. 4 zeigt ein geeignetes Fältelverfahren Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Filterwirkungen verschiedener Filtermedien in bezug auf ihre Dichten
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Lebensdauer verschiedener Filtermedien in bezug auf ihre Dichten.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der Anfangswirkungen verschiedener Filtermedien in bezug auf ihre Dichten.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gegenstand der Erfindung ist ein Filtermedium wie in Anspruch 1 bzw. Anspruch 14 beschrieben. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen dieser Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung zeigt ein Blattfiltermedium aus Vliesstoff aus ungekräuselten oder im wesentlichen ungekräuselten konjugierten Fasern. Das Filtermedium eignet sich sehr gut für die Flüssigkeitsfiltration. Das Filtermedium hat eine Dichte zwischen etwa 0.07 g/cm³ und etwa 0.2 g/cm³, wünschenswerterweise zwischen etwa 0.08 g/cm³ und etwa 0.19 g/cm³, noch wünschenswerter zwischen etwa 0.1 g/cm³ und etwa 0.15 g/cm³ und eine Durchlässigkeit von mindestens etwa 15 m³/Min/m² (50 Fuß³/Min/Fuß²), wünschenswerterweise zwischen etwa 15 m³/Min/m² und etwa 90 m³ /Min/m², noch wünschenswerter zwischen etwa 18 m³ /Min/m² und etwa 76 m³/Min/m², am meisten wünschenswert zwischen etwa 30 m³/Min/m² und etwa 60 m³/Min/m², gemessen nach der US Testmethode 5440, Standard Nr. 191A.
Das Vliesfiltermedium aus konjugierten Fasern zeichnet sich dadurch aus, dass es eine wünschenswerte Kombination aus nützlichen Filtereigenschaften hat. Dazu zählen eine hohe Dichte, eine hohe Festigkeit, eine glatte Oberfläche und eine relativ gleichmäßige Verteilung der Porosität. Die wünschenswerten Merkmale des vorliegenden Filtermediums sind dem einmaligen Lösungsansatz bei der Herstellung des Vliesblattfiltermediums zuzuschreiben. Das erfindungsgemäße Filtermedium ist mittels Durchluft und nicht mittels Kalander gebunden und doch kann das Filtermedium so hergestellt werden, dass es eine geringe Bauschigkeit und eine hohe Dichte aufweist, die mit kalandrierten Vliesfiltermedien vergleichbar sind.
Die konjugierten Fasern enthalten mindestens zwei Komponentenpolymere mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, ein höher schmelzendes Polymer und ein niedriger schmelzendes Polymer. Das niedriger schmelzende Polymer belegt wenigstens etwa 25%, wünschenswerterweise wenigstens 40%, noch wünschenswerter wenigstens etwa 50% des gesamten Umfangflächenbereichs entlang der Länge der Fasern, so dass das niedriger schmelzende Polymer um Haftung zu entfalten, wärmeaktiviert werden kann und autogene Faser-zu- Faserbindungen bildet, während das höher schmelzende Polymer die strukturelle Integrität der Fasern erhält. Das vorliegende Filtermedium mit den konjugierten Fasern, die autogene Faser-zu-Faserbindungen bilden, weist hohe Festigkeitseigenschaften auf, und zwar besonders eine Festigkeit in mehrere Richtungen. Eine derartige Festigkeit in mehrere Richtungen kann mit dem ASTM Test D3786-87, dem Mullen-Zerreißtest, gemessen werden.
Das Filtermedium hat eine Mullen-Zerreißstärke von wenigstens 3.5 kg/cm², wünschenswerterweise wenigstens 4 kg/cm², noch wünschenswerter wenigstens 4.5 kg/cm².
Obwohl die vorliegenden konjugierten Fasern mehr als zwei Komponentenpolymere enthalten können, wird die vorliegende Erfindung nachfolgend mit konjugierten Fasern, die Zweikomponentenpolymere (Bikomponentenfasern) enthalten, erläutert.
Die Komponentenpolymere werden aus faserbildenden thermoplastischen Polymeren ausgewählt, und die Schmelzpunkte der Polymere differieren um wenigstens etwa 5ºC, wünschenswerterweise um wenigstens etwa 10ºC.
Da thermoplastische Polymere im allgemeinen nicht bei einer bestimmten Temperatur schmelzen, stattdessen aber über eine Temperaturspanne schmelzen, kann die Differenz der Schmelztemperatur zwischen der niedriger schmelzenden Polymerkomponente und der höher schmelzenden Polymerkomponente besser durch die Messungen der Schmelzkurven in einer herkömmlichen Temperatur- Differenzial-Abtastkalorimetrie erklärt werden. Selbst wenn zwei Polymere deutlich unterschiedliche Schmelzpunkte haben können, was im allgemeinen als Spitzenwert der Temperatur- Differenzial-Abtastkalorimetrie-Schmelzkurve definiert ist, können die Polymere über einen. Bereich von Temperaturen gleichzeitig schmelzen, da sich die Temperaturbereiche der Schmelzkurven überlappen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die Komponentenpolymere so ausgewählt, dass bei der Temperatur bei der 50% des niedriger schmelzenden Polymers geschmolzen wird, wie durch die Temperatur-Differenzial-Abtastkalorimetrie-Schmelzkurve des Polymers definiert, das höher schmelzende Polymer gleich oder weniger als 10% schmilzt, wünschenswerterweise gleich oder weniger als 5%. Es ist noch wünschenswerter, wenn sich die Temperatur-Differenzial-Abtastkalorimetrie- Schmelzkurven der Komponentenpolymere überhaupt nicht überlappen; und am wünschenswertesten sind die Temperatur- Differenzial-Abtastkalorimetrie-Schmelzkurven der Komponentenpolymere durch wenigstens ein paar Grad getrennt. Dadurch dass die Komponentenpolymere in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Kriterium des Schmelzpunktes ausgewählt werden, ergibt sich eine vorteilhafte Kombination von thermischen und physikalischen Eigenschaften, so dass das niedriger schmelzende Komponentenpolymer thermisch haftend gemacht werden kann, während die anderen Komponentenpolymere die physikalische Integrität der Fasern aufrechterhalten, wodurch sich starke Faser-zu-Faserbindungen bilden, ohne dass die physikalische Integrität der Vliesbahn verlorengeht oder Verfestigungsdruck erforderlich wäre. Außerdem gilt, dass wenn die Temperatur-Differenzial-Abtastkalorimetrie- Schmelzkurven nicht überlappen, es die Differenz in den Schmelztemperaturbereichen möglich macht, die Vliesbahn sogar bis zu einer Temperatur zu erwärmen bei der die niedriger schmelzende Polymerkomponente geschmolzen wird und innerhalb der Faserstruktur fließen und sich verbreiten kann, ohne dass die strukturelle Integrität der Bahn verlorengeht. Das Fliessen des niedriger schmelzenden Polymers verbessert im allgemeinen die Abriebfestigeit und Festigkeit und erhöht die Dichte der Bahn, wodurch ein stärker verfestigtes Filtermedium erhalten wird.
Lineares niedrigdichtes Polyethylen und Polypropylen beispielsweise sind äußerst geeignete Komponentenpolymere für die konjugierten Fasern, da die Temperatur-Diffenzial- Abtastkalorimetrie-Schmelzkurven der Polymere überhaupt nicht überlappen, wie das in Fig. 1 gezeigt wird. Der erste abfallende Bereich in der Schmelzkurve von Fig. 1 stellt die Schmelzkurve von linearem niedrigdichtem Polyethylen dar und der zweite abfallende Bereich stellt die Schmelzkurve von Polypropylen dar. Fig. 2 zeigt ein anderes Beispiel einer geeigneten Polymerkombination für die konjugierten Fasern. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Temperatur-Differenzial-Abtastkalorimetrie-Schmelzkurven für lineares niedrigdichtes Polyethylen und Nylon 6 deutlich getrennt. Der erste signifikant abfallende Bereich in der Schmelzkurve von Fig. 2 stellt die Schmelzkurve von linearem niedrigdichtem Polyethylen dar und der zweite abfallende Bereich stellt die Schmelzkurve von Nylon 6 dar. Die Schmelzkurven zeigen, dass die Schmelztemperaturbereiche der beiden Polymere sich deutlich unterscheiden, was die Polymere für die vorliegende Erfindung äußerst geeignet macht.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird das niedriger schmelzende Komponentenpolymer aus Polyolefinen ausgewählt, und das niedriger schmelzende Polymer macht zwischen etwa 10 Gew.-% und etwa 90 Gew.-%, wünschenswerterweise zwischen etwa 30 Gew.-% und etwa 80 Gew.-%, noch wünschenswerter zwischen etwa 40 Gew.-% und etwa 70 Gew.-% der Fasern aus - gemessen am Gesamtgewicht der Fasern. Das Polyolefin wird aus Polyethylen ausgewählt z. B. lineares niedrigdichtes Polyethylen, hochdichtes Polyethylen, niedrigdichtes Polyethylen und Polyethylen mit mittlerer Dichte; Polypropylen z. B. isotaktisches Polypropylen, syndiotaktisches Polypropylen, Mischungen daraus und Mischungen aus isotaktischem Polypropylen und ataktischem Polypropylen; Polybutylen z. B. Poly(1-buten) und Poly (2-buten); und Polypenten z. B. Poly-4- methylpenten-1 und Poly (2-penten); sowie Mischungen und Copolymere daraus z. B. Ethylenpropylen-Copolymer, Ethylenbutylen-Copolymer und dergleichen.
Die anderen Komponentenpolymere für die konjugierten Fasern werden ausgewählt aus Polyolefinen, Polyamiden, Polyestern, Polykarbonat und Mischungen und Copolymeren daraus sowie aus Copolymeren, die acrylische Monomere enthalten, vorausgesetzt dass die anderen Komponentenpolymere in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Schmelzpunkt- Auswahlkriterium ausgewählt werden. Geeignete Polyolefine enthalten Polyethylen z. B. lineares niedrigdichtes Polyethylen, hochdichtes Polyethylen, niedrigdichtes Polyethylen und Polyethylen mit mittlerer Dichte; Polypropylen z. B. isotaktisches Polypropylen, syndiotaktisches Polypropylen, Mischungen daraus und Mischungen aus isotaktischem Polypropylen und ataktischem Polypropylen; Polybutylen z. B. Poly(1-buten) und Poly(2- buten); und Polypenten z. B. Poly-4-methylpenten-1 und Poly(2-penten); sowie Mischungen und Copolymere daraus. Geeignete Polyamide enthalten Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 10, Nylon 4/6, Nylon 10/10, Nylon 12, Nylon 6/12, Nylon 12/12 und hydrophile Polyamidcopolymere wie beispielsweise Copolymere aus Caprolaktam und einem Alkylenoxiddiamin und Copolymere aus Hexamethylenadipamid und einem Alkylenoxid sowie Mischungen und Copolymere daraus. Geeignete Polyester enthalten Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polycyclohexylendimethylenterephthalat und Mischungen und Copolymere daraus. Für die Erfindung geeignete Acrylcopolymere enthalten Ethylenacrylsäure, Ethylenmethacrylsäure, Ethylenmethylacrylsäureester, Ethylenethylacrylat, Ethylenbutylacrylat und Mischungen daraus. Unter verschiedenen Kombinationen der oben aufgezeigten geeigneten Komponentenpolymere enthalten aufgrund der wirtschaftlichen Verfügbarkeit und den wünschenswerten physikalischen Eigenschaften besonders geeignete konjugierte Fasern eine Kombination aus verschiedenen Polyolefinen, die das oben angesprochene Schmelzpunktdifferential haben. Noch besser geeignete konjugierte Fasern sind konjugierte Fasern aus Bikomponentenpolyolefin mit einer Polyethylenkomponente z. B. hochdichtes Polyethylen, lineares niedrigdichtes Polyethylen und Mischungen daraus und eine Polypropylenkomponente z. B. isotaktisches Propylen, syndiotaktisches Propylen und Mischungen daraus.
Geeignete Anordnungen für konjugierte Fasern umfassen konzentrische Mantel-Kern-, exzentrische Mantel-Kern-, Island-in-Sea (inselartig) und Seite-an-Seite Anordnungen. Besonders geeignet für die vorliegende Erfindung sind konjugierte Fasern, die symmetrisch angeordnete Komponentenpolymere haben z. B. konjugierte Fasern mit konzentrischem Mantel-Kern, da Fasern bei denen die Polymere symmetrisch angeordnet sind weder potentielle noch latente Kräuselfähigkeit zeigen. Asymmetrische konjugierte Fasern, wie beispielsweise Seite-an-Seite konjugierte Fasern, die Komponentenpolymere mit unterschiedlichen Kristallisierungs- und/oder Einlaufeigenschaften haben, besitzen im allgemeinen eine latente Kräuselfähigkeit, die entweder thermisch oder mechanisch aktiviert werden kann. Es wird angenommen, dass die latente Kräuselfähigkeit in den konjugierten Fasern aufgrund des unterschiedlichen Einlaufverhaltens der Komponentenpolymere bewirkt wird. Werden derartige konjugierte Fasern einer Wärmebehandlung oder einem Zugverfahren unterzogen, bewirkt das unterschiedliche Einlaufverhalten der Komponentenpolymere der konjugierten Fasern während der Wärmebehandlung oder des Zugvorgangs ein Kräuseln der Fasern. So kann es bei der Verwendung von Fasern mit exzentrischer Mantel-Kern oder Seite-an-Seite Anordnung nötig sein, die Fasern so zu bearbeiten, dass sie weder latente Kräuselfähigkeit aufweisen noch diese aktivieren. Die US-Patentschrift 4,315,881 von Nakajima et al. beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von konjugierten Polyethylen- Polypropylen Stapelfasern mit Seite-an-Seite Anordnung, die weder Kräusel noch latente Kräuselfähigkeit aufweisen. Um konjugierte Fasern ohne Kräusel und latente Kräuselfähigkeit zu erhalten, verwendet das Verfahren ein spezielles Dehnungsverhältnis und eine spezielle Temperatur. Was spinngebundene konjugierte Fasern betrifft, kann das Faserherstellungsverfahren so angepasst werden, dass Kräusel und latente Kräuselfähigkeit vermieden werden. So können beispielsweise konjugierte Fasern aus Polypropylen und Polyethylen während der Herstellung der spinngebundenen Fasern mit einer hohen Zugspannung verstreckt werden z. B. durch Festlegen einer niedrigen Polymerdurchsatzrate und Erhöhen der Faserzugkraft und so konjugierte Fasern hergestellt werden, die keine Kräusel und keine latente Kräusefähigkeit aufweisen.
Eine für die vorliegende Erfindung geeignete Vliesbahn mit einem relativ gleichmäßigen Faserbedeckungsgrad kann dadurch gebildet werden, dass die ungekräuselten konjugierten Fasern isotropartig auf eine Formoberfläche aufgebracht werden. Die aufgebrachte, ungebundene Vliesbahn aus konjugierten Fasern wird auf einer mit Löchern versehenen Stützfläche getragen und dann in einem Durchluftbindungsgerät gebunden. Fig. 3 zeigt beispielhaft ein Durchluftbindungsgerät 10, das sich für die Erfindung eignet. Das Bindungsgerät 10 erhält eine ungebundene Vliesbahn 12 auf einer mit Löchern versehenen Stützfläche 14. Das Durchluftbindungsgerät 10 ist mit einer über Temperatur regulierbaren Warmluftquelle 16 ausgestattet, die Luft erwärmt und die erwärmte Luft auf die Vliesbahn 12 richtet und einem Vakuumgerät 18, das unterhalb der Stützfläche 14 und direkt unter der Warmluftquelle 16 angeordnet ist. Das Vakuumgerät 18 erleichtert es der erwärmten Luft durch die Vliesbahn 12 zu strömen. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ofen, einem Heißluftofen oder einem Heizstrahler, der Wärme nur auf der Oberfläche des Faservliesstoffes anwendet und sich zum Erwärmen des Bahninneren auf die Wärmeleitfähigkeit der Bahn verlässt, zwingt ein Durchluftbindungsgerät erwärmte Luft durch die Vliesbahn, um schnell und gleichmäßig die Temperatur der Bahn auf eine gewünschte Höhe anzuheben. Obgleich die Strömungsgeschwindigkeit der erwärmten Luft so variiert werden kann, dass Stärke und Faserdichte jeder Vliesbahn angepasst werden, ist eine Geschwindigkeit von etwa 30 m/Min (100 Fuß pro Minute) bis etwa 150 m/Min (500 Fuß pro Minute) äußerst wünschenswert.
Die Temperatur der erwärmten Luft und die Verweilzeit der Vliesbahn im Bindungsgerät werden so angeglichen, dass die Bahn auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als die Schmelztemperatur d. h. die durch die Diffenzial- Abtastkalorimetrie bestimmte Spitzenschmelztemperatur der niedrig schmelzenden Polyolefinkomponente, aber niedriger als der Schmelzpunkt des höchst schmelzenden Komponentenpolymers der konjugierten Fasern. Wünschenswerterweise erwärmt das Bindungsgerät die Bahn auf eine Temperatur, die hoch genug ist um wenigstens etwa 50% des Polymers mit der Olefinkomponente zu schmelzen, aber nicht so hoch um mehr als 10% des höchst schmelzenden Komponentenpolymers zu schmelzen, wie durch die Differenzial-Abtastkalorimetrie-Schmelzkurven definiert. Es ist noch wünschenswerter, wenn das Bindungsgerät die Bahn auf eine Temperatur erwärmt, die die niedrig schmelzende Polyolefinkomponente vollständig schmilzt, die aber weniger als etwa 10% des höchst schmelzenden Komponentenpolymers schmilzt, wie durch die Diffenzial-Abtastkalorimetrie- Schmelzkurve des höchstschmelzenden Komponentenpolymers der konjugierten Fasern definiert. Bei der Verwendung beispielsweise einer Vliesbahn aus konjugierten Zweikomponentenfasern mit Polypropylen und linearem niedrigdichtem Polyethylen, kommt in dem Durchluftbindugsgerät wünschenswerterweise ein Warmluftstrom mit einer Temperatur zwischen etwa 127ºC (260ºF) und etwa 149ºC (300ºF) zum Einsatz und die Verweilzeit der Bahn im Bindungsgerät liegt wünschenswerterweise zwischen etwa 0.1 und etwa 6 Sekunden. Es sei angemerkt, dass eine kurze Verweilzeit im Bindungsgerät äußerst wünschenswert ist, da jegliche latente Kräuselfähigkeit, die während des Faserbildungsvorgangs auftreten könnte, sich im allgemeinen bei kurzer Dauer des Bindevorgangs nicht manifestiert. Außerdem kann die Strömungsgeschwindigkeit der erwärmten Luft so eingestellt werden, dass Stärke und Porosität der Vliesbahn kontrolliert werden. Im allgemeinen wird mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit eine gebundene Bahn mit geringerer Stärke und geringerer Porosität hergestellt
Im Gegensatz zu herkömmlichen Vliesbahnen aus mittels Kalandern gebundenem Blattmedium, die - wie oben erwähnt - ungleichmäßige Porosität und Verteilungen der Porengröße aufweisen, liefert das vorliegende durchluftgebundene Filtermedium deutlich verbesserte Porosität und Verteilung der Porengröße und das Medium enthält keine mechanisch verfestigten Bereiche, die die Filtrationsfunktion des Mediums beeinträchtigen. Im Gegensatz zu einem Bindevorgang mittels Kalander, bei dem mechanischer Verfestigungsdruck ausgeübt wird und sich Porengröße und Porenkonfiguration verschiedener Bereiche der Vliesbahn abhängig von der Stärke verschiedener Bereiche der ungebundenen Bahn ungleichmäßig ändern, ermöglicht der Durchluftbindevorgang in Verbindung mit der ungekräuselten und nicht kräuselnden Natur der vorliegenden konjugierten Fasern außerdem eine Bindung der Vliesbahn, ohne dass nennenswerte ungleichmäßige Veränderungen der Porengröße und Porenkonfiguration der Vliesbahn auftreten.
Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Vliesfiltermediums liegt darin, dass Porosität und Dichte des Filtermediums nicht nur mit herkömmlich bekannten Lösungsansätzen kontrolliert werden können z. B. Variieren des Flächengewichts des Filtermediums und Variieren der Dicke der konjugierten Fasern, sondern auch während des Bindevorgangs. Das Kriterium der Polymerwahl der vorliegenden Erfindung, besonders das Kriterium des Schmelzpunktes bietet einen weiteren Lösungsansatz, der ohne Schwierigkeiten dazu genutzt werden kann, Porosität und Dichte des Filtermediums zu kontrollieren. Aufgrund der Differenz zwischen dem Schmelzpunkt des niedrig schmelzenden und des hoch schmelzenden Komponentenpolymers der konjugierten Fasern kann - wie oben erwähnt - die aus den Fasern hergestellte Vliesbahn einer Temperatur ausgesetzt werden, die nicht nur hoch genug ist das niedrig schmelzende Komponentenpolymer zu schmelzen, sondern auch ausreichend hoch ist, die Schmelzviskosität des geschmolzenen Polymers so zu senken, dass sich das geschmolzene Polymer verbreitet, während die physikalische Integrität des höher schmelzenden Komponentenpolymers und der Vliesbahn erhalten bleibt. Im allgemeinen gilt, dass eine Bindungstemperatur, die messbar höher ist als die Temperatur bei der die niedrig schmelzende Polyolefinkomponente vollständig schmilzt, eine Verbreitung des geschmolzenen Polyolefins erleichtert und verursacht. Dadurch wird die Porosität reduziert und die Dichte der Vliesbahn erhöht. Es ist zu erwähnen, dass das vorliegende hochdichte Filtermedium eine geringe Stärke und eine hohe Abriebfestigkeit hat. Beide Eigenschaften eignen sich hervorragend, um aus dem Medium ein stark gekräuseltes Filtermedium herzustellen.
Als eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Porosität und Dichte des Vliesfiltermediums auch durch Variieren des Gehalts an niedrig schmelzendem Polyolefin der konjugierten Fasern kontrolliert werden. Allgemein bilden konjugierte Fasern mit einem höheren Gehalt an niedrig schmelzendem Polyolefin ein Vliesfiltermedium, das eine geringere Porosität, eine höhere Dichte und eine höhere Abriebfestigkeit aufweist. Zusätzlich können Porosität und Stärke des Vliesfiltermediums während des Bindevorgangs durch Angleichen der Strömungsrate der erwärmten Luft kontrolliert werden. Ganz allgemein ergibt eine höhere Strömungsrate der erwärmten Luft ein gebundenes Filtermedium mit geringerer Stärke und geringerer Porosität.
Das vorliegende Filtermedium wird bisher als Medium mit einer Lage dargestellt und erläutert. Das Filtermedium kann jedoch mehr als eine Lage haben. Filtermedien der vorliegenden Erfindung aus konjugierten Fasern mit unterschiedlicher Faserdicke und/oder Dichte, können beispielsweise laminiert oder nacheinander aufgebracht und dann gebunden werden, um einen Filter mit Porositätsgradienten zu bilden. Außerdem kann das Filtermedium aus konjugierten Fasern zu einem Filtermedium aus Mikrofasern laminiert werden.
Obwohl das Filtermedium in Verbindung mit Flüssigkeitsfiltrationen erläutert wird, eignet sich das Medium auch sehr gut für Anwendungen bei der Gasfiltration. Außerdem kann die Dichte des Filtermediums bei Gasfiltrationen noch höher sein und so die Wirkung des Filtermediums erhöhen. Obgleich die Durchsatzleistung eines derartigen hochdichten Filtermediums gering ist, kann die Durchsatzmenge des Mediums durch dreidimensionales Formen oder Fälteln des Filtermediums angepasst werden, da - wie oben erläutert - das Filtermedium äußerst thermoformbar ist. Das gefältelte Filtermedium hat einen Filtrationsoberflächenbereich mit erhöhter Wirksamkeit und hat somit eine erhöhte Durchsatzrate. Folglich kann das Filtermedium für Gasfiltration eine Dichte von bis zu etwa 0.5 g/cm³, wünschenswerterweise zwischen etwa 0.1 g/cm³ und etwa 0.5 g/cm³, noch wünschenswerter zwischen etwa 0.11 g/cm³ und etwa 0.45 g/cm³, am meisten wünschenswert zwischen etwa 0.12 g/cm³ und etwa 0.4 g/cm³ aufweisen. Die Filtermedien der Vliesbahn der vorliegenden Erfindung können leicht in dreidimensionale Formen thermogeformt werden, ohne dass die Porosität und die physikalischen Eigenschaften der Medien messbar verändert werden. Die Vliesbahn aus konjugierten Fasern für die vorliegenden Filtermedien kann sofort nach dem Durchluftbinden der Bahn, aber noch bevor die Bahn gekühlt wird, thermogeformt werden, da die gebundene Bahn, die das Durchluftbindungsgerät verlässt, hoch biegsam ist. Folglich kann die nicht abgeschreckte Bahn in gewünschte Formen gebracht werden bevor die Bahn gekühlt wird um die ihr gegebene Form aufrechtzuerhalten. Die nicht abgeschreckte Bahn kann beispielsweise mit Hilfe eines bekannten Fältelverfahrens gefältelt werden. Fig. 4 zeigt ein Beispiel geeigneter Fältelverfahren. Bahn 52 kann entweder durch einen Satz ineinandergreifender Fältelplatten geführt oder zwischen zwei ineinandergreifende Fältelplatten 54 und 56 gepresst werden, die in gleichmäßigen Abständen angeordnete, senkrecht befestigte und gleich lange Beilagscheiben 58 aufweisen; wird dann gekühlt, um das niedrig schmelzende Polyolefinpolymer fest werden zu lassen, während die Bahn in den Fältelplatten zurückbehalten wird um die Fältelkonfiguration dauerhaft in der Vliesbahn festzulegen.
Bei dem Filtermedium aus konjugierten Fasern handelt es sich um selbstunterstützende und äußerst abriebfeste Filtermedien mit hoher Filterwirkung und wünschenswerten Festigkeitseigenschaften. Als solches eignet sich das vorliegende Filtermedium hervorragend für Anwendungen bei der Flüssigkeitsfiltration in großem Umfang. Das Filtermedium kann als Rollfiltermedium, das einem Filtergerät kontinuierlich zugeführt wird z. B. ein Flachbettfilter, oder als Blattfiltermedium verwendet werden. Das Filtermedium kann auch in einen Filterrahmen eingepasst werden.
Die Filtermedien können ohne Schwierigkeiten auch elektrostatisch behandelt werden um Elektretfiltermedien zu bilden und sind in hohem Maße thermoformbar, ohne dass die physikalischen Eigenschaften und die Elektreteigenschaften der Medien verlorengehen. Folglich eignet sich das Vliesfiltermedium sehr gut zum Formen von dreidimensionalen Filtermedien in einem herkömmlichen Thermoformgerät und zum Formen von Filtermedien mit hoher Fälteldichte. Die dreidimensionalen thermogebildeten Filtermedien, die fest und selbstunterstützend sind, können leicht in einen herkömmlichen Filterrahmen oder in ein Filtergehäuse auf herkömmliche Weise eingepasst werden. Die Filtermedien eignen sich hervorragend für unterschiedliche Filtrationsanwendungen. Im besonderen sind die Filtermedien äußerst nützlich für Anwendungen bei der Filtration von Flüssigkeiten und Gas einschließlich Wasserfilter, Ölfilter, verschiedene Gasfilter und so weiter. Die elektrostatisch behandelten Filtermedien eignen sich besonders gut für Anwendungen bei der Gasfiltration, dazu zählen in der Industrie verwendete Luftreinigungsfilter, HVAC-Filter (Filter für Luft- und Klimatechnik), Kraftfahrzeugfilter, Staubsaugerfilter und so weiter.
Die folgenden Beispiele dienen dem Zweck der Erläuterung und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.

BEISPIELE:

Die folgenden Testverfahren wurden zur Bestimmung verschiedener Eigenschaften der Filtermedien verwendet.

Prüfung der Filterwirkung:

Die Wirkung und Lebensdauer der Filterproben wurden wie folgt getestet. Das Filtertestgerät hatte eine Filterhalteanordnung mit einem Durchmesser von 90 mm, die einen Zulauf und einen Ablauf aufweist und das durch den Zulauf zufließende Fluid durch das Probefiltermedium lenkt, eine Zahnradpumpe und
Durchflussmesser/Durchflussmengenreglereinheit, die das zufließende Fluid der Filterhalteanordnung zuführt und die eine Strömungsgeschwindigkeit von 2 Gallonen pro Minute pro Quadratinch (1.2 Liter/Min/cm²) beibehalten kann, und einen Druckanzeiger, der an der Zulaufseite der Filterhalteanordnung angeordnet ist. Proben der Filtermedien wurden durch Schneiden von Filterbahnen so vorbereitet, dass sie in einen Filterhalter mit einem Durchmesser von 90 mm passen. Jedes Filtermedium würde gewogen und in die Filterhalteanordnung eingepasst. Ein Testfluid, das 40 ml QP 24 Seifen/Ölemulsion und 1200 ml deionisiertes Wasser enthält, wurde in ein Becherglas gegeben und danach wurden 1 g AC Staubtestpartikel dem Testfluid zugefügt. Die Testpartikel wiesen die folgenden Verteilungen der Teilchengröße auf:
Größe (weniger als) / Volumen-%
5.5 um 38
11 um 54
22 um 71
44 um 89
176 um 100.
Das Testfluid wurde mit einem magnetischen Rührwerk kontinuierlich gerührt und auf einer Temperatur von 38ºC gehalten. Die Einströmöffnung der Pumpe wurde im Becherglas angeordnet und das Testfluid wurde durch die Filterprobe gepumpt und dann zum Becherglas zurückgeführt, wobei ein Endlosschleifensystem entstand. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug 800 ml/Min. Der Anfangsdruck und die Anfangszeit wurden notiert. Der Durchflussmengenregler wurde ständig angepasst, um beim Anhäufen der Testpartikel auf dem Testfiltermedium und beim Ansteigen des Einlassdruckes, eine konstante Strömungsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. 1 g der Testpartikel wurden dem Becherglas in einem Abstand von 5 Minuten zugegeben, bis der Einströmdruck 30 psi (2.1 kg/cm²) erreichte. Zu diesem Zeitpunkt galt das Filtermedium als verstopft.
Die Verstopfzeit wurde notiert und das Filtermedium entfernt. Zur Bestimmung der Anzahl der Testpartikel, die sich nach dem vollständigen Trocknen in einem auf 180ºF eingestellten Ofen angesammelt hatten, wurde das entfernte Filtermedium gewogen. Die Wirkung des Filtermediums wurde dadurch bestimmt, dass das Gewicht der angesammelten Testpartikel durch das Gewicht der gesamten dem Becherglas zugefügten Menge an Testpartikel geteilt wurde. Dieser Test bestimmt die Gesamtwirkung des Filtermediums über dessen gesamte Lebensdauer.

Anfangsfilterwirkung:

Die Anfangsfilterwirkung misst die Filterwirkung von Probefiltermedien bevor eine signifikante Menge der Testpartikel auf dem Filtermedium angehäuft wird. Dadurch wird die inhärente Filterwirkung der Medien gemessen. Für diesen Wirkungstest wurde das oben beschriebene Testverfahren wiederholt, mit der Ausnahme, dass der Testaufbau zu einem offenen Schleifensystem geändert wurde.
1240 ml des oben beschriebenen Testfluids, welches 40 ml QP 24 Seife/Ölemulsion, 1200 ml deionisiertes Wasser und 1 g AC Staubtestpartikel enthielt, wurde durch den Testfilter geführt und danach wurde die Filterwirkung gemessen.

Frazier- Durchlässigkeit

Die Frazier-Durchlässigkeit, die die Durchlässigkeit eines Stoffes bei einem Druckabfall von 0.5 Inch (1.27 cm) Wasser in Form von Kubikfuß pro Minute Luft pro Quadratfuß Medium ausdrückt, wurde unter Verwendung eines Frazier Luftdurchlässigkeitstestinstruments - wie es von der Frazier Präzisionsgerätegesellschaft erhältlich ist - bestimmt und gemäß der US Testmethode 5450, Standard Nr. 191A gemessen.

Dichte:

Die Dichte jedes Filtermediums wurde aus dem Flächengewicht und der Stärke errechnet, die bei 0.5 psi (35 g/cm²) mit einem Starret-Typ-Volumenprüfinstrument gemessen wurde.

Mullen- Zerreißstärke:

Dieses Testverfahren misst die Festigkeit eines Mediums gegenüber einer multidimensionalen Dehnungskraft. Das Verfahren wurde gemäß ASTM D3786-87 durchgeführt.

Beispiel 1 (Bsp 1)

Eine Vliesbahn mit geringer Bauschigkeit wurde aus spinngebundenen konjugierten Zweikomponentenfasern mit linearem niedrigdichtem Polyethylenmantel - Polypropylenkern unter Verwendung von zwei Einfach- Schneckenstrangpressen und einem Mantel-Kern Spinngebund hergestellt.
Die Bikomponentenfaser enthielt 20 Gew.-% lineares niedrigdichtes Polyethylen (LLDPE) und 80 Gew.-% Polypropylen. Lineares niedrigdichtes PE, Aspun 6811A, das von Dow Chemical erhältlich ist, wurde mit 2 Gew.-% eines TiO&sub2; Konzentrats vermischt, das 50 Gew.-% TiO&sub2; und 50 Gew.-% Polypropylen enthält, und die Mischung wurde in eine erste Einfach-Schneckenstrangpresse gegeben. Polypropylen PD3443, das von Exxon erhältlich ist, wurde mit 2 Gew.-% des oben beschriebenen TiO&sub2; Konzentrats vermischt und die Mischung wurde in eine zweite Einfach-Schneckenstrangpresse gespeist. Unter Verwendung einer Zweikomponentenspinndüse mit einem Durchmesser des Spinnloches von 0.6 mm und einem 6 : 1 Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand wurden die stranggepressten Polymere zu runden Bikomponentenfasern mit konzentrischer Mantel-Kern-Anordnung gesponnen. Die Temperaturen der geschmolzenen Polymere, die in die Spinndüse gespeist wurden, wurden auf 450º F (232ºC) gehalten und der Mengendurchsatz durch das Spinnloch lag bei 0.5 Gramm/Loch/Minute. Die Bikomponentenfasern, die die Spinndüse verließen, wurden mittels eines Luftstroms mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 45 Fuß³/Min/Inch Spinndüsenbreite (0.5 m³/Min/cm) und einer Temperatur von 65ºF (18ºC) abgeschreckt. Die Fasern, die in das Ansauggerät einströmten, wurden gezogen, wobei die Zuführluft bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 19 Fuß³/Minute/Inch Breite (0.21 m³/Min/cm) lag. Die Messung von Gewicht pro Längeneinheit der gezogenen Fasern lag bei etwa 2.5 Denier je Filament. Die gezogenen Fasern wurden dann mit Unterstützung einer Vakuumströmung auf eine mit Löchern versehene Formoberfläche aufgebracht, um eine erste ungebundene Faserbahn zu bilden. Eine identische Bikomponentenfaserspinneinheit wurde nachfolgend neben der ersten Faserspinneinheit angeordnet und brachte die gezogenen Fasern auf die erste ungebundene Faserbahn auf, wodurch eine einheitliche Vliesbahn entstand.
Die ungebundene Faserbahn wurde dadurch gebunden, dass die Bahn auf einer mit Löchern versehenen Stützfläche durch ein Durchluftbindungsgerät geführt wurde, in dem bei einer Temperatur von 280ºF (138ºC) und einer Geschwindigkeit von 500 Fuß/Minute (152 m/Min) ein Strom erwärmter Luft zur Anwendung kam. Die Verweilzeit im Bindungsgerät lag bei etwa 2 Sekunden. Die resultierende Vliesbahn hatte ein Flächengewicht von 3 osy (102 g/m²) und eine gleichmäßig gebundene blattförmige Konfiguration. Das Vliesfiltermedium wurde wie in Tabelle 1 gezeigt auf verschiedene Eigenschaften geprüft.

Beispiel 2 (Bsp 2):

Eine Vliesbahn mit geringer Bauschigkeit wurde aus spinngebundenen konjugierten Bikomponentenfasern mit linearem niedrigdichtem PE Mantel - Polypropylenkern gemäß Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass das Verhältnis des Gewichts von linearem niedrigdichtem PE. Polypropylen bei 50 : 50 lag. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 3 (Bsp 3):

Eine Vliesbahn mit geringer Bauschigkeit wurde aus konjugierten Bikomponentenfasern mit Seite-an-Seite Anordnung aus linearem niedrigdichtem PE und Polypropylen mit einem 50. 50 Gewichtsverhältnis hergestellt. Der in Beispiel 1 aufgezeigte Herstellungsvorgang wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass eine für eine Seite-an-Seite Anordnung geeignete Spinndüse zur Herstellung von konjugierten Fasern mit einer Seite-an-Seite Anordnung verwendet wurde. Die Strömungsgeschwindigkeit der eingespeisten Luft wurde zur Vermeidung von Kräuseln und latenter Kräuselfähigkeit der Fasern erhöht und die Strömungsgeschwindigkeit lag bei etwa 0.22 m³ /Minute/cm Breite.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgezeigt.

Beispiel 4 (Bsp 4):

Eine Vliesbahn mit geringer Bauschigkeit mit einem Polypropylen-Mantel und einem Nylon6-Kern wurde gemäß dem in Beispiel 1 skizzierten Verfahren hergestellt mit der Ausnahme, dass die Temperatur der Bindungsluft 149ºC betrug.
Das Gewichtsverhältnis zwischen Polypropylen und Nylon 6 lag bei 90 : 10.
Das Nylon wurde aus Custom Resin gewonnen und hatte eine Schwefelsäureviskosität von 2.2. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgezeigt.

Beispiel 5 (Bsp5)

Ein hochdichtes Filtermedium aus linearem niedrigdichtem PE-Mantel/Nylon 6-Kern spinngebundenen Fasern wurde in Übereinstimmung mit Beispiel 4 hergestellt mit der Ausnahme, dass das Gewichtsverhältnis zwischen linearem niedrigdichtem PE und Nylon6 bei 80 : 20 lag. Beispiel 5 ist ein Vergleichsbeispiel zur Veranschaulichung des vorliegenden Blattfilters, obgleich sich das Filtermedium für Anwendungen mit gefältelten Filtern sehr gut eignet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgezeigt.

Beispiel 6 (Bsp6):

Ein hochdichtes Filtermedium aus spinngebundenen Fasern mit 80 Gew.-% linearem niedrigdichtem PE - Mantel/20 Gew.-% Polypropylen - Kern wurde gemäß Beispiel 3 hergestellt. Beispiel 6 ist ein Vergleichsbeispiel zur Veranschaulichung des vorliegenden Blattfilters, obgleich sich das Filtermedium für Anwendungen mit gefältelten Filtern sehr gut eignet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgezeigt.

Vergleichsbeispiel 1 (C1)

Eine Bahn aus gekräuselten Seite-an-Seite spinngebundenen konjugierten Fasern wurde durch Wiederholen des Herstellungsvorgangs von Beispiel 3 vorbereitet mit der Ausnahme, dass die verwendete Ansaugluft auf etwa 177ºC (350ºF) erwärmt wurde und eine Strömungsgeschwindigkeit von 0.64 m³/Min/2.54 cm Breite (23 Fuß³/Min/Inch) hatte. Die ungebundene Faserbahn wurde dadurch gebunden, dass die Bahnen durch ein Durchluftbindungsgerät mit einer Lufttemperatur von 133.3ºC (272ºF) und einer Luftgeschwindigkeit von 60 m/Min (200 Fuß/Min) geführt wurden.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgezeigt.

Vergleichsbeispiel 2 (C2):

Eine punktgebundene Faserbahn aus spinngebundenem Polypropylen, die im Handel unter der Warenbezeichnung AccordTM von Kimberley-Clark erhältlich ist und einen gebundenen Bereich von etwa 25% aufweist, wurde auf ihre Anfangsfilterwirkung getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgezeigt.

Vergleichsbeispiele 3-6 (C3-C6)

Vergleichsbeispiele 3- und 4 verwendeten Reemay TM Filter, Typnummern 2033 bzw. 2440. Bei Reemay TM Filtern handelt es sich um kalandergebundene Bahnen aus Fasern aus spinngebundenem Polyethylenterephthalatpolyester und Fasern aus spinngebundenem Copolyester.
Vergleichsbeispiel 5 verwendete Typar 3301 - eine Vliesbahn aus spinngebundenem Polypropylen. Reemay TM und Typar TM sind im Handel erhältlich von Reemay, Inc., Old Hickory, Tennesse.
Vergleichsbeispiel 6 war ein handelsübliches Flüssigkeitsfiltermedium erhältlich bei Auchenbach, Deutschland. Bei dem Filtermedium handelt es sich um eine kalandrierte Vliesbahn aus spinngebundenem Polyester, die mittels eines Acrylbindemittels spotgebunden ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgezeigt.

Vergleichsbeispiel 7 (C7):

Ein ungebundenes Laminat mit drei Lagen aus Reemay 2011 wurde auf Anfangswirkung des Filters getestet. Reemay 2011 wurde ausgewählt, da die Dichte des Materials im Bereich des vorliegenden Filtermediums liegt.
Das Ergebnis ist in Tabelle 1 aufgezeigt. Tabelle 1
Anmerkung: LLDPE = lineares niedrigdichtes Polyethylen (PE)
Flächengew. = Flächengewicht (g/m²)
Frazier Durchl. = Frazier Durchlässigkeit (m³/Minute/m²)
Mullen Z.stärke = Mullen Zerreißstärke in kg/cm²
Die Ergebnisse zeigen ganz klar, dass die Filtermedien der vorliegenden Erfindung eine äußerst wünschenswerte Kombination aus guter Filterwirkung, Filterlebensdauer und Festigkeitseigenschaften bieten, besonders bei der Flüssigkeitsfiltration. Im Vergleich zu den Filtermedien aus spinngebundenem Polyester und Polypropylen nach dem Stand der Technik verfügen die erfindungsgemäßen Filtermedien aus konjugierten Fasern über eine Kombination aus deutlich verbesserter Gesamt- und Anfangswirkung und Lebensdauer des Filters, zusätzlich bieten sie hohe Festigkeitseigenschaften.
Außerdem zeigen die Beispiele der vorliegenden Filtermedien auch, dass die physikalischen Eigenschaften z. B. Dichte, Durchlässigkeit und Festigkeit der Filtermedien durch Veränderung verschiedener Elemente des Herstellungsverfahrens der Filtermedien leicht modifiziert werden können. Beispielsweise durch Verändern des Gewichtsverhältnisses der Komponentenpolymere, Verändern der Komponentenpolymere und/oder Verändern der Bindungsbedingungen können die Filtermedien so hergestellt werden, dass sie unterschiedliche physikalische Eigenschaften und Filtrationseigenschaften aufweisen.
Um die äußerst nützliche Kombination von Wirkung und Lebensdauer der vorliegenden Filtermedien klarer zu demonstrieren, wurden die Daten zur Filterwirkung und die Daten zur Filterlebensdauer für Beispiele 1-6 und Vergleichsbeispiele 3-5 graphisch dargestellt, da die Beispiele ein ähnliches Flächengewicht haben und somit direkt vergleichbar sein sollten.
Fig. 5 zeigt die Filterwirkungen in bezug auf die Dichten der Filtermedien aus den Beispielen; Fig. 6 zeigt die Filterlebensdauer in bezug auf die Dichten der Filtermedien und Fig. 7 zeigt die Anfangsfilterwirkungen der Filtermedien aus den Beispielen.
Fig. 5 zeigt, dass die Wirkungen der Filter der vorliegenden Filtermedien deutlich besser sind als bei den handelsüblichen Filtermedien aus Polyester; Fig. 6 zeigt, dass die vorliegenden Filtermedien eine lange Lebensdauer haben; und Fig. 7 zeigt, dass die vorliegenden Filtermedien eine in höchstem Maße verbesserte Anfangswirkung aufweisen. Es ist zu erwähnen, dass obgleich die Lebensdauer der handelsüblichen Filtermedien aus Polyester nach Fig. 6 vorteilhaft zu sein scheinen, Fig. 5 und Fig. 7 klar zeigen, dass die längere Lebensdauer dieser Filtermedien das Ergebnis einer schlechten Filterwirkung ist. Anders ausgedrückt, können mit diesen handelsüblichen Filtermedien eine große Anzahl der Schmutzpartikel durch das Medium fließen und somit wird, durch Vermindern des auf der Filteroberfläche aufgebauten Schmutzkuchens, die Lebensdauer verlängert, während die Filterwirkung jedoch schlecht ist.
Aus den Fig. 5 und 6 wird deutlich, dass für Anwendungen in der Flüssigkeitsfiltration die vorliegenden Filtermedien eine besonders wünschenswerte Kombination aus Wirkung und Lebensdauer des Filters bieten, wenn die Dichte der Medien zwischen etwa 0.07 g/cm³ und etwa 0.2 g/cm³ liegt.
Wie aus den oben erwähnten Gründen hervorgeht, werden den erfindungsgemäßen Filtermedien aus durchluftgebundenen konjugierten Fasern höchst wünschenswerte Eigenschaften zugeschrieben. Dazu zählen beispielsweise Filterwirkung, Festigkeit, Lebensdauer und so weiter. Dementsprechend eignet sich das Filtermedium besonders gut für verschiedene Anwendungen der Filtration bei denen Eigenschaften wie selbstunterstützend, hoher Wirkungsgrad, lange Filterlebensdauer und Festigkeit erforderlich sind.

Claims

1. Blattfiltermedium umfassend autogenverbundene, fortlaufende, ungekräuselte, spinngebundene, konjugierte Filamente, wobei das Medium eine Dichte zwischen etwa 0,07 g/cm³ und etwa 0,2 g/cm³ und eine Frazier-Durchlässigkeit von wenigstens 15 m³/min/m² aufweist, wobei die konjugierten Filamente ein Polyolefin und ein zweites thermoplastisches Polymer umfassen, das einen höheren Schmelzpunkt als das Polyolefin aufweist, wobei das Medium eine Mullen-Zerreißstärke von wenigstens etwa 3,5 kg/cm² aufweist, wobei das Medium durchluftgebunden ist.

2. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das zweite thermoplastische Polymer eine höhere Temperatur-Differenzial-Abtastkalorimetrie- Schmelzkurve aufweist als das Polyolefin, so dass ein Aussetzen einer Temperatur, die etwa 50% des Polyolefins schmilzt, etwa 10% oder weniger des thermoplastischen Polymers schmilzt.

3. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 2, wobei das Polyolefin und das zweite thermoplastische Polymer vollständig getrennte Differenzial- Abtastkalorimetrie-Schmelzkurven aufweisen.

4. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das Polyolefin ausgewählt ist aus Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polypenten und Mischungen und Copolymeren daraus.

5. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das zweite thermoplastische Polymer ausgewählt ist aus Polyolefinen, Polycarbonat, Polyamiden, Polyestern, Acryl-Copolymeren und Mischungen und Copolymeren daraus.

6. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das Polyolefin lineares niedrigdichtes Polyethylen ist und das zweite Thermoplast Polypropylen ist.

7. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das Polyolefin lineares niedrigdichtes Polyethylen ist und das Thermoplast Nylon 6 ist.

8. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das Polyolefin lineares niedrigdichtes Polyethylen ist und das zweite Thermoplast Polyethylenterephthalat ist.

9. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das Medium keine mechanisch verfestigten Bereiche aufweist.

10. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das Medium eine Dichte zwischen etwa 0,08 g/cm³ und etwa 0,19 g/cm³ aufweist.

11. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das Medium eine Mullen-Zerreißstärke von wenigstens etwa 4 kg/cm² aufweist.

12. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das Medium dreidimensional geformt ist.

13. Blattfiltermedium gemäß Anspruch 1, wobei das Polyolefin und das zweite thermoplastische Polymer unterschiedliche Differenzial-Abtastkalorimetrie- Schmelzkurven aufweisen, so dass ein Aussetzen einer Temperatur, die etwa 50% des Polyolefins schmilzt, etwa 10% oder weniger des thermoplastischen Polymers schmilzt.

14. Filtermedium umfassend autogenverbundene, fortlaufende, ungekräuselte, spinngebundene, konjugierte Filamente, wobei das Filtermedium eine Dichte zwischen etwa 0,07 g/cm³ und etwa 0,5 g/cm³ aufweist und dreidimensional thermogebildet ist, wobei die konjugierten Filamente ein niedriger schmelzendes Polyolefin und ein höher schmelzendes Polymer umfassen, wie durch Abtast-Kalorimetrie- Schmelzkurven definiert, wobei ein Aussetzen einer Temperatur, die etwa 50% des niedriger schmelzenden Polyolefins schmilzt, etwa 10% oder weniger des höher schmelzenden Polymers schmilzt, wobei das Medium durchluftgebunden ist.

15. Filtermedium gemäß Anspruch 14, wobei das Polyolefin ausgewählt ist aus Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polypenten und Mischungen und Copolymeren daraus.

16. Filtermedium gemäß Anspruch 14, wobei das höher schmelzende Polymer ausgewählt ist aus Polyolefinen, Polycarbonat, Polyamiden, Polyestern, Acryl-Copolymeren und Mischungen und Copolymeren davon.

17. Filtermedium gemäß Anspruch 14, wobei das Polyolefin ein lineares, niedrigdichtes Polyethylen ist und das höher schmelzende Polymer Polypropylen ist.

18. Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Medium eine Dichte zwischen etwa 0,1 g/cm³ und etwa 0,5 g/cm³ hat, vorzugsweise zwischen 0,11 g/cm³ und 0,45 g/cm³.

19. Filtermedium gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Medium elektrostatisch behandelt ist.

20. Filtermedium gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyolefin lineares, niedrigdichtes Polyethylen ist und das thermoplastische Polymer ein Nylon ist.

21. Filtermedium gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Medium mehr als eine Lage autogenverbundene, fortlaufende, ungekräuselte, spinngebundene, konjugierte Filamente umfasst, und wobei ferner die Lagen miteinander verbunden sind und einen Porositätsradienten bilden.

22. Filtermedium gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtermedium ein selbstunterstützendes, dreidimensional geformtes Filtermedium ist.

23. Mikrofaser-Filtermedien-Laminat umfassend das Filtermedium gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.