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| P AT E N TA N S P R Ü C H E 1. Filtermedium, umfassend I) eine erste Lage aus einem Meltblownvlies, wobei das Meltblownvlies a) mindestens ein styrolhaltiges thermoplastisches Elastomer und b) mindestens ein Polyolefin umfasst. 2. Filtermedium nach Anspruch 1, wobei das styrolhaltige thermoplastische Elastomer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Styrol-Ethylen- Butylen-Styrol (SEBS), Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol (SEPS), Styrol-Ethy- len-Ethylen-Propylen-Styrol (SEEPS), Styrol-Isobutylen-Styrol (SIBS), Sty- rol-Butadien-Styrol (SBS), Styrol-Isopren-Styrol (SIS) und Mischungen da von. 3. Filtermedium nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polyolefin entweder Po lypropylen oder Polyethylen ist. 4. Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Meltblownvlies Fasern mit einem mittleren Durchmesser (d) von kleiner als 15 pm umfasst. 5. Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Luftdurchlässig keit der ersten Lage aus einem Meltblownvlies 50 - 2000 l/m2s beträgt. 6. Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Lage aus einem Meltblownvlies a) 1-99 Gew.-% mindestens eines styrolhaltigen thermoplastischen Elasto mers und b) 1-99 Gew.-% mindestens eines Polyolefins umfasst. 7. Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend II) eine zweite Lage aus einem Vliesstoff oder Textil. 8. Filtermedium nach Anspruch 7, wobei der Vliesstoff oder das Textil der zweiten Lage aus einem Polymer aufgebaut ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylentherephtalat (PET), Polybutylentherephtalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS), Po- lyolefin (PO), thermoplastischem Polyurethan (TPU), thermoplastischem Copolyester (TPC), thermoplastischen Styrol-Blockcopolymeren (TPS) oder Mischungen davon. 9. Filtermedium nach einem der Ansprüche 7 bis 8, umfassend III) eine dritte Lage aus einem Vliesstoff oder Textil, wobei die erste, zweite und dritte Lage aufeinander angeordnet sind. 10. Verwendung des Filtermediums gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 für Kaffeefilter, vorzugsweise für Filter für Kaffeekapseln. 11. Verwendung des Filtermediums nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für Druckluftfilter. 12. Verwendung des Filtermediums nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für Ge sichtsmasken. |
Die Erfindung betrifft ein Filtermedium, umfassend
I) eine erste Lage aus einem Meltblownvlies, wobei das Meltblownvlies a) mindestens ein styrolhaltiges thermoplastisches Elastomer und b) mindestens ein Polyolefin umfasst, sowie die Verwendung dieses Filtermediums für Kaffeefilter, insbesondere Filter für Kaffeekapseln, Druckluftfilter oder Gesichtsmasken.
Zur Entfernung von festen Verunreinigungen, wie zum Beispiel Staubpartikeln, aus Flüssigkeiten und Gasen gibt es im Wesentlichen zwei unterschiedliche Ar ten von Filtermedien.
Die eine Art sind Tiefenfiltermedien, die so aufgebaut sind, dass sie möglichst viel Staub aufnehmen und speichern können, bevor sie verstopfen. Solche Filter medien haben idealerweise einen asymmetrischen Aufbau, das heißt, die Poren- und Faserdurchmesser werden in Durchströmungsrichtung gesehen immer klei ner. Das führt dazu, dass die großen Staubpartikel bevorzugt in der obersten Schicht des Tiefenfiltermediums abgeschieden und eingelagert werden, während die kleinen Staubpartikel weiter in die Tiefe Vordringen, bevor auch sie abge schieden werden. Durch diese Verteilung der Staubpartikel in der gesamten Tiefe des Filtermediums kann verhältnismäßig viel Staub eingelagert werden, bevor der Flüssigkeits- oder Gasdurchfluss durch die eingelagerten Staubpartikel so stark behindert wird, dass es zum Verstopfen des Filtermediums kommt. Diese Filter sind nicht abreinigbarund müssen nach Erreichen eines vorgegebenen Dif ferenzdruckes ausgebaut und weggeworfen werden.
Bei der zweiten Art handelt es sich um Oberflächenfiltermedien. Bei diesen Fil termedien hat die in Durchströmungsrichtung gesehen erste Filtrationsschicht die kleinsten Poren- und Faserdurchmesser. Die nachfolgende Schicht ist meist of fenporiger und hat dickere Fasern. Sie dient hauptsächlich als T räger für die erste Filtrationsschicht und verleiht dem gesamten Filtermedium die benötigte mecha nische Festigkeit und Steifigkeit. Alle Staubpartikel, egal ob sie groß oder klein sind, werden idealerweise auf der ersten Schicht abgeschieden und dringen nicht in das Filtermedium ein.
Dadurch bildet sich an der Oberfläche des Filtermediums mit der Zeit ein Staub kuchen, der den Flüssigkeits- oder Gasdurchfluss immer stärker behindert. Da der Staubkuchen recht locker auf der Oberfläche des Filtermediums sitzt, kann er auch verhältnismäßig leicht wieder abgereinigt werden. Die Abreinigung erfolgt idealerweise entweder durch Klopfen, Rütteln, Waschen, Druckstoßimpuls oder Rückspülen. Beim Rückspülen und beim Druckstoßimpuls wird das Filtermedium kurzzeitig mit sauberer Flüssigkeit bzw. sauberem Gas entgegen der ursprüngli chen Durchflussrichtung beaufschlagt. Dadurch wird der Staubkuchen von der Oberfläche des Filtermediums abgelöst und das so gereinigte Filtermedium ist bereit für den nächsten Filtrationszyklus. Beim Rückspülen erfolgt dies über ei nen längeren Zeitraum mit einer verhältnismäßig geringen Durchflussrate des Reinigungsfluids, während beim Druckstoßimpuls das Reinigungsfluid in einem kurzen, kräftigen Stoß beaufschlagt wird.
Filtermedien für die Oberflächenfiltration sind entweder ein- oder mehrlagig auf- gebaut. Einlagige Oberflächenfiltermedien sind zum Beispiel Filterpapiere, die auf der Anströmseite kleinere Poren besitzen als auf der Abströmseite, oder ein seitig verdichtete Nadelfilze oder Spinnvliese. Ein einseitig verdichtetes Spinnvlies ist beispielhaft in der Druckschrift DE 10039245 AI beschrieben. Die einlagigen Filtermedien besitzen trotz einseitiger Oberflächenverdichtung auf der verdichteten Seite noch verhältnismäßig große Poren und sind nur für recht grob körnige Stäube geeignet. Feinere Staubpartikel dringen in die Tiefe des Filterme diums ein und lassen sich nicht mehr abreinigen. Dadurch verstopft das Filter medium bzw. das Filterelement, welches das Filtermedium umfasst, nach ver- hältnismäßig kurzer Zeit und muss ausgetauscht werden.
Um die Leistungsfähigkeit eines Filters zu bewerten, wurde beispielsweise die Standzeit als Kriterium eingeführt. Die Standzeit oder auch Lebensdauer eines Filterelementes ist die Zeit, die vom Zeitpunkt der erstmaligen Benutzung des Filterelements bis zum Erreichen eines vorgegebenen maximalen Differenz- drucks vergeht. Je größer die Filtrationsfläche des Filterelementes und je besser die Staubspeicherfähigkeit des Filtermediums auf Grund seiner Oberflächenbe schaffenheit ist, desto länger ist die Standzeit.
Zur Abscheidung von Feinstäuben, wie zum Beispiel Farbpulvern, gemahlenen Harzen oder Zement, werden Filtermedien mit einem mindestens zweilagigen Aufbau verwendet. Auf einen Träger mit einer hohen mechanischen Festigkeit und Steifigkeit wird entweder eine Membran, eine Nanofaserschicht oder eine Meltblownschicht als Filtrationslage aufgebracht. Die Filtrationslage ist, in Durch strömungsrichtung gesehen, die erste Lage.
Ein Beispiel für ein Filtermedium mit einer Meltblownschicht ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44431 58 A1 beschrieben. Der Vorteil dieser Filterme dien ist der vergleichsweise niedrige Preis. Nachteilig ist allerdings auch hier die nicht sehr hohe mechanische Festigkeit der Meltblownschicht.
Die Verwendung von Meltblownvliesen als Filtermedien ist seit langem bekannt. Der Meltblownprozess ist z.B. in A. van Wente, „Superfine Thermoplastic Fibers”, Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, S. 1342-1346 genauer beschrieben. Mit diesem Prozess lassen sich im Wesentlichen endlose Fasern mit einem Durchmesser von 0,3-15 pm hersteilen. Je geringer der Faserdurchmesser ist und je dichter die Fasern beieinanderliegen, desto besser ist das Meltblownvlies zur Abscheidung von feinen Stäuben aus Gasen und Flüssigkeiten geeignet. Lei der sinkt aber mit dem Faserdurchmesser auch die mechanische Festigkeit der Fasern. Immer wenn das so hergestellte Meltblownvlies einer mechanischen Be lastung ausgesetzt ist, wie z.B. beim Reiben eines Fingers über die Oberfläche oder beim Falten des Filtermediums während der späteren Filterelementherstel lung, brechen einige Fasern und es entstehen Dendriten. Als Dendriten sind ge rissene Meltblownfasern unterschiedlicher Länge zu verstehen, die in einem Win kel von 10° bis 90° von der Oberfläche des Meltblownvlieses abstehen. Da das Filtermedium bei der Herstellung eines Filterelementes meist noch gefaltet wird, ragen die Dendriten in den sonst freien Raum der Anströmseite hinein. Das Ab stehen der Dendriten von der Oberfläche des Meltblownvlieses wird noch ver stärkt, wenn sich das Meltblownvlies elektrostatisch aufladen lässt. Filterele mente mit derartigen Filtermedien aus Meltblownvliesen neigen bereits nach kur zer Zeit zur Verstopfung mit der Konsequenz, dass das Filterelement ausge tauscht werden muss.
Wie in DE 44431 58 A1 und DE 10039245 A1 beschrieben, lässt sich durch thermische Oberflächenverdichtung mittels eines Kalanders die mechanische Festigkeit und die Oberflächenglätte verbessern. Eine Oberflächenverdichtung, die die mechanische Festigkeit des Meltblownvlieses deutlich erhöht, beeinflusst aber gleichzeitig die Porosität und Luftdurchlässigkeit negativ. Außerdem stellt die thermische Verdichtung einen zusätzlichen Prozessschritt dar. In DE 44431 58 A1 wird noch offenbart, dass das Meltblownvlies alleine oder zusam men mit einem Träger mit einem Bindemittel verfestigt werden kann, um die Ab rieb- und Scheuerbeständigkeit zu erhöhen. Dieses Verfahren wirkt sich aber wieder negativ auf die Luftdurchlässigkeit des Filtermediums aus und stellt einen weiteren, teuren Verfahrensschritt dar.
Um entsprechende Filtermedien zu generieren sind dem Fachmann unterschied liche Verfahren geläufig. Insbesondere die Verfahren Meltblown und Spinnvlies sind geeignet, um Vliesstoffe aus den verschiedensten Polymeren zu produzie- ren. Durch richtige Wahl des Rohstoffes lassen sich Vliesstoffe mit verschiedenen Ei genschaften erzielen. So können u.a. elastische Vliese enthalten werden, welche seit langer Zeit für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. Das üb lichste Polymer für derartige Vliesstoffe ist thermoplastisches Polyurethan, wel- ches viele Vorteile wie gute Beständigkeit sowie einstellbare Elastizität aufweist. Daneben wurden bereits schmelzgesponnene Vliese aus TPA (Thermoplasti sche Polyamidelastomer) und TPC (Thermoplastische Copolyesterelastomer) publiziert.
Ein Nachteil von Meltblownvliesen aus TPU (Thermoplastisches Polyurethan) ist deren eingeschränkte Eignung für den Lebensmittelbereich. Durch Kettenabbau und Hydrolyse können primäre aromatische Amine entstehen welche teils hu mankanzerogen sind.
Ein weiterer Nachteil von Meltblownvliesen aus TPU besteht darin, dass sich diese Vliese nicht elektrostatisch aufladen lassen. Für verschiedene Anwendun- gen wie beispielsweise Gesichtsmasken sind jedoch geladene Vliese vorteilhaft.
Aufgrund dessen war es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Filtermedium bereitzustellen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumin dest teilweise behebt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Filtermedium, umfassend I) eine erste Lage aus einem Meltblownvlies, wobei das Meltblownvlies a) mindestens ein styrolhaltiges thermoplastisches Elastomer und b) mindestens ein Polyolefin umfasst.
Unter " Meltblownvlies" werden hier alle Vliesstoffe verstanden, die mit dem dem Fachmann bekannten Meltblown-Verfahren zur Herstellung von Filtermedien her- gestellt werden können, d.h. einem Verfahren, bei dem ein geschmolzenes Po lymer in einen heißen Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit extrudiert wird, so dass das geschmolzene Polymer in Fasern umgewandelt wird. Hier bezeichnet der Begriff „Filtermedium“ jede Vorrichtung, die für den Prozess der Filtration verwendet werden kann, d.h. das mechanische oder physikalische Verfahren zur Trennung einer Substanz von einer anderen, wie Feststoffe, Flüs sigkeiten und Gase, mit Hilfe eines zwischengeschalteten Filtermediums. Die Schichtdicke der ersten, zweiten und dritten Lage (Schicht) sowie die Dicke des gesamten Filtermediums wird nach DIN EN ISO 9073-2:1997-02 bei 0,5 kPa Auflagedruck.
Thermoplastische Elastomere (TPE) sind Polymere oder Polymermischungen, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhal- ten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen lassen und somit ein thermoplastisches Verhalten zeigen. Thermoplastische Elastomere enthalten re gelmäßig eine harte und eine weiche Phase, wobei die harte Phase für die ther moplastische Verarbeitbarkeit und die weiche Phase für den elastischen Charak ter verantwortlich ist. Thermoplastische Styrolelastomere (TPS) sind die gummiartigsten unter den TPE und zeichnen sich durch hervorragende Flexibilität und Elastizität aus. Mit Polystyrol (PS) als Hartsegmenten werden die Produktvarianten aufgrund des Unterschieds der Weichsegmentmaterialien in SBS (S: Styrol, B: Butadien), SIS (I: Isopren) und hydrierte Varianten davon, SEBS (E: Ethylen, B: Butylen) und SEPS (P: Propylen) eingeteilt. SEBS und SEPS weisen eine ausgezeichnete Wärme- und Witterungsbeständigkeit auf. Aufgrund des guten Gleichgewichts zwischen Formbarkeit, Flexibilität und mechanischer Festigkeit werden sie in ei ner Vielzahl von Anwendungen eingesetzt.
In Blockcopolymeren, beispielsweise Styrol-Blockcopolymeren (SBC), liegen harte und weiche Phasen innerhalb eines Moleküls vor.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Meltblownvlies, vorzugsweise ein elas tisches Meltblownvlies basierend auf TPS, also einem, auf Styrol-Blockcopoly- meren basierenden thermoplastischem Elastomer, welches in Mischung mit ei nem Polyolefin verarbeitet werden kann. Die Olefin-Struktur dieser Polymere er laubt keine Freisetzung von aromatischen Aminen und ist zusätzlich aufgrund seiner geringen Hydrolyseneigung gut für den Einsatz in Lebensmittelanwendun- gen geeignet.
Bevorzugte Styrol-Blockcopolymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol (SEBS), Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol (SEPS), Styrol-Ethylen-Ethylen-Propylen-Styrol (SEEPS), Styrol-Isobutylen-Sty- rol (SIBS), Styrol-Butadien-Styrol (SBS), Styrol-Isopren-Styrol (SIS) und Mi- schungen davon. Besonders bevorzugt sind SEBS, SIS und SBS.
Thermoplastische Elastomere, die als TPS bezeichnet werden, sind beispiels weise Mischungen auf der Basis von SBS oder SEBS. Tatsächlich werden die Worte SBS oder SEBS häufig zur Beschreibung dieser Komponenten verwendet, wenn es sich dabei tatsächlich um Rohstoffe handelt. Die Beschreibung von Komponenten als SBS oder SEBS ermöglicht es, das allgemeine Leistungsni veau und die Eigenschaften der Komponenten zu kennen.
SBS basiert auf zweiphasigen Blockcopolymeren mit Hart- und Weichsegmen ten. Die Styrol-Endblöcke sorgen für die thermoplastischen Eigenschaften und die Butadien-Mittelblöcke für die elastomeren Eigenschaften. SBS wird, wenn es hydriert wird, zu SEBS, da die Eliminierung der C=C-Bindun- gen in der Butadienkomponente Ethylen und Butylene im Mittelblock erzeugt. SEBS zeichnet sich durch verbesserte Hitzebeständigkeit, mechanische Eigen schaften und chemische Beständigkeit aus. Komponenten auf SEBS-Basis haf ten auf technischen Thermoplasten, bei der Haftung auf PP können sowohl SBS als auch SEBS verwendet werden.
Das SEPS Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol, auch bekannt als Styrol-Ethylen/Pro- pylen-Styrol (SEPS), ist ein thermoplastisches Elastomer (TPE), das sich wie Gummi verhält, ohne vulkanisiert zu werden. SEPS ist sehr flexibel, hat eine aus gezeichnete Wärme- und UV-Beständigkeit und ist leicht zu verarbeiten. Es wird durch partielle selektive Hydrierung von Styrol-Isopren-Styrol (SIS) hergestellt, was die thermische Stabilität, Witterungsbeständigkeit und Ölbeständigkeit ver- bessert und die SEPS durch Dampf sterilisierbar macht. Die Hydrierung verrin gert jedoch auch den mechanischen Wirkungsgrad und erhöht die Kosten des Polymers. SEPS-Elastomere werden oft mit anderen Polymeren gemischt, um ihre Leistung zu verbessern.
Besonders geeignete Styrol-Blockcopolymere sind Triblock-Copolymere aus Sty- rol/konjugiertem Dien/Styrol, deren hydrierte Derivate oder Mischungen davon. Das konjugierte Dien ist üblicherweise aus Butadien und Isopren ausgewählt.
Erfindungsgemäß geeignete Styrol-Blockcopolymere enthalten vorzugsweise wenigstens 25 Gew.-% Styrol, bevorzugter 25-65 Gew.-% Styrol und besonders bevorzugt 35 bis 60 Gew.-%, insbesondere 40 bis 60 Gew.-% Styrol, und bis zu 75 Gew.-%, bevorzugter 75 bis 35 Gew.-% und besonders bevorzugt 65 bis 40
Gew.-%, insbesondere 60 bis 40 Gew.-% konjugiertes Dien. Ein Polystyrol-Block- copolymer mit einem hohen Styrolgehalt von 57 Gew.-% ist beispielsweise unter dem Handelsnamen Kraton™ A1535H erhältlich.
Polyolefine umfassen vorzugsweise thermoplastische kristalline Polyolefin-Ho- mopolymere und -Copolymere. Geeignete Polyolefine sind Homopolymere und Copolymere von Olefinen mit bevorzugt 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, beispiels weise Ethylen, Propylen, 1 -Buten, Isobutylen, 1-Penten, 1 -Hexen, 1-Octen, 3- Methyl-1-penten, 4-Methyl-1-penten, 5-Methyl-1 -hexen, und Copolymere solcher Olefine mit (Meth)acrylaten und/oder Vinylacetaten. Besonders bevorzugt ist das in dem Meltblownvlies enthaltende Polyolefin ein thermoplastisches Polyolefin.
Die thermoplastischen Polyolefine können allein oder als Mischungen eingesetzt werden. Bevorzugte thermoplastische Polyolefine sind Polypropylene (PP) und Polyethylene (PE), wobei unter Polypropylenen sowohl Homopolymere als auch Copolymere von Propylen mit etwa 1 bis etwa 20 Gew.-% anderer Olefine wie Ethylen oder a-Olefine mit 4-16 Kohlenstoffatomen sowie Mischungen davon ver standen werden. Das Polypropylen kann hochkristallines, isotaktisches oder syn- diotaktisches Polypropylen sein.
Besonders bevorzugt ist das Polyolefin entweder Polypropylen oder Polyethylen.
Bevorzugt ist ein Filtermedium, wobei die erste Lage aus einem Meltblownvlies a) 1-99 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 21-80 Gew.-%, mindestens eines styrolhaltigen thermoplastischen Elastomers und b) 1-99 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 20-79 Gew.-%, mindestens eines Polyolefins umfasst.
Besonders bevorzugt ist ein Filtermedium, wobei die erste Lage aus einem Melt blownvlies aus a) 1-99 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 21-80
Gew.-%, mindestens eines styrolhaltigen thermoplastischen Elastomers und b) 1-99 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 20-79 Gew.-%, mindestens eines Polyolefins besteht.
Bevorzugt ist ein Filtermedium, wobei die erste Lage aus einem Meltblownvlies a) 1-99 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 21-80 Gew.-%, mindestens eines styrolhaltigen thermoplastischen Elastomers und b) 1-99 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 20-79
Gew.-%, Polypropylen umfasst.
Besonders bevorzugt ist ein Filtermedium, wobei die erste Lage aus einem Melt- blownvlies aus a) 1-99 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 21-80 Gew.-%, mindestens eines styrolhaltigen thermoplastischen Elastomers und b) 1-99 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, besonders bevorzugt 20-79 Gew.-%, Polypropylen besteht.
Das Verhältnis von styrolhaltigem thermoplastischen Elastomer zu Polyolefin be trägt vorzugsweise 1/99 bis 99/1 , bevorzugter 10/90 bis 90/10, bevorzugter 10/90 bis 80/20, bevorzugter 20/80 bis 80/20, bevorzugter 40/60 bis 80/20, besonders bevorzugt 60/40 bis 70/30. Je höher der Anteil an styrolhaltigem thermoplasti schen Elastomer ist, desto weicher und elastischer ist das Meltblownvlies, je hö her der Anteil an Polyolefin ist, desto härter ist das Meltblownvlies und umso leichter lässt sich das Meltblownvlies elektrostatisch aufladen. Der Fachmann kann das Verhältnis von styrolhaltigem thermoplastischen Elastomer zu Polyole- fin somit für die gewünschte Verwendung entsprechend einstellen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten styrolhaltigen thermoplastischen Elastomere und/oder eingesetzten Polyolefine können weitere, insbesondere nichthygrosko pische, Zusatzstoffe umfassen. Beispiele für derartige Zusatzstoffe sind Füll stoffe, beispielsweise anorganische Füllstoffe wie Calciumcarbonat, Tone, Silici- umdioxid, Talkum und Titandioxid; Flaftvermittler; Biozide; Antibeschlagmittel; Binde-, Treib- und Schäummittel; Dispergiermittel; Feuer- und Flammschutzmittel und rauchunterdrückende Mittel; Schlagzähmodifikatoren; Vernetzungsmittel; Schmiermittel; Glimmer; Pigmente, Farbmittel und Farbstoffe; zusätzliche Verar beitungshilfsmittel; Trennmittel; Silane, Titanate und Zirkonate; Gleit- und Anti- blockmittel; Stabilisatoren; Stearate; UV-Absorber; Viskositätsregulatoren; Wachse; und Kombinationen davon.
Das erfindungsgemäße Meltblownvlies umfasst vorzugsweise Fasern mit einem mittleren Durchmesser (d) von kleiner als 15 pm, bevorzugter von 1 pm < d < 10 pm, und besonders bevorzugt von 1 pm < d < 8 pm. Für die Anwendung in Ge- sichtsmasken ist besonders ein mittlerer Durchmesser (d) von 1 pm < d < 4 pm geeignet. Wie sich daraus ableiten lässt, ist ein Meltblownvlies mit dem definier ten Faserdurchmesser in der Lage, die Normen für Gesichtsmasken wie Typ I, II und IIR gern. DIN EN 14683:2019-10 oder FFP1 , FFP2 und FFP3 gern. DIN EN 149:2009-08 zu erfüllen, was den Einsatz der Filtrationsschicht der vorliegenden Erfindung in Gesichtsmasken ermöglicht.
In der vorliegenden Erfindung wird zwischen dem „mittleren Durchmesser“ und dem „Durchmesser“ unterschieden. Dieser Unterschied ist deswegen von Bedeu tung, da der mittlere Durchmesser keine Information über die Menge an feinen Fasern mit einem bestimmten Durchmesser angibt. Die erste Lage aus einem Meltblownvlies hat vorzugsweise eine Dicke von mehr als 0,20 mm nach DIN EN ISO 9073-2:1997-02 bei 0,5 kPa Auflagedruck. Be sonders bevorzugt beträgt die Dicke der Vlieslage 0,30 bis 1,20 mm und insbe sondere 0,40-1 ,00 mm.
Die Flächenmasse der ersten Lage aus einem Meltblownvlies beträgt vorzugs- weise zwischen 15 g/m 2 und 400 g/m 2 und besonders bevorzugt zwischen 20 g/m 2 und 300 g/m 2 . Insbesondere ist der Bereich zwischen 25 und 200 g/m 2 be vorzugt.
Die Luftdurchlässigkeit der ersten Lage aus einem Meltblownvlies beträgt vor zugsweise 50 - 2000 l/m 2 s, besonders bevorzugt von 200-1500 l/m 2 s bei 200 Pa. Für die Anwendung in Gesichtsmasken ist besonders der Bereich zwischen 100 und 700 l/m 2 s geeignet. Für die Anwendung in Druckluftfiltern ist insbesondere eine Luftdurchlässigkeit zwischen 50 und 500 l/m 2 s geeignet. Für die Anwendung in Kaffeefiltern und Filtern für Kaffeekapseln ist besonders eine Luftdurchlässig keit zwischen 700 und 1500 l/m 2 s geeignet. Die Zugfestigkeit längs (MD) der ersten Lage aus einem Meltblownvlies beträgt vorzugsweise 5 - 100 N/5cm.
Die Zugfestigkeit quer (CD) der ersten Lage aus einem Meltblownvlies in Maschi nenrichtung beträgt vorzugsweise 5 - 80 N/5cm. Die Bruchdehnung längs zur Maschinenrichtung (MD) der ersten Lage aus einem Meltblownvlies beträgt vorzugsweise 100 - 500%, insbesondere bevorzugt ist der Bereich von 150-400% sowie der Bereich von 300-500%.
Die Bruchdehnung quer zur Maschinenrichtung (CD) der ersten Lage aus einem Meltblownvlies beträgt vorzugsweise 100 - 500%, insbesondere bevorzugt ist der Bereich von 150-400% sowie der Bereich von 300-500%.
Der Widerstand gegen das Durchdringen von Wasser bei 60bar/min beträgt vor zugsweise 10 -60 mbar, besonders bevorzugt 15 - 50 mbar.
Vorzugsweise wird das Meltblownvlies als alleinige Lage produziert, eine Kombi- nation mit einer zweiten Lage aus einem Vliesstoff oder einem anderen textilen Produkt bzw. Textil ist möglich. Diese zweite Lage hat vorzugsweise eine Dicke von weniger als 0,50 mm nach DIN EN ISO 9073-2:1997-02 bei 0,5 kPa Aufla gedruck. Besonders bevorzugt beträgt die Dicke der zweiten Lage 0,10 bis 0,40 mm und insbesondere 0,10-0,35 mm. Die zweite Lage besteht aus einem Vliesstoff oder Textil, wobei bevorzugt ein Spinnvlies oder ein kardiertes Vlies verwendet wird, welches aus Polypropylen, Polyester oder einem elastischen, thermoplastischen Polymer besteht.
„Vliesstoffe“ sind aus Fasern gefertigte Flächengebilde, die auf unterschiedliche Weise verfestigt wurden. Vliesstoffe werden ohne jede Einschränkung aus Fa- sern hergestellt, aber nicht notwendigerweise mit Textilfasern.
“Textile Produkte“ bzw. „Textilien“ sind linienförmige, flächenförmige oder räum lichen Gebilde, die aus textilen Rohstoffen (Naturfasern oder Chemiefasern) und nicht textilen Rohstoffen gebildet werden. Zur Unterscheidung von Vliesstoffen wird der Begriff „Textil“ in dieser Erfindung für flächenförmige Waren benutzt, de- ren Hauptbestandteile Textilfasern sind, also Fasern, die sich in textilen Ferti gungsverfahren verarbeiten lassen, insbesondere verspinnbar sind und in Form von Garnen weiterverarbeitet werden. Da Textilfasern verspinnbar sind, besteht der wesentliche Unterschied zwischen texten Produkten und Vliesstoffen im Sinn von Webrichtungen darin, dass textile Substrate daher auch aus unidirektionalen Geweben bestehen, bei denen alle Verstärkungsfäden ebenfalls in einer Rich tung orientiert sind.
Die Flächenmasse der zweiten Lage beträgt vorzugsweise 10 g/m 2 - 120 g/m 2 , bevorzugter von 12 g/m 2 bis 90 g/m 2
Zur Herstellung der zweiten Lage kann jede bekannte Methode benutzt werden. Vorzugsweise wird ein Vliesstoff verwendet, der chemisch und/oder thermisch und/oder mechanisch verfestigt sein kann.
Vorzugsweise ist die zweite Lage aus einem Polymer aufgebaut, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polypropylen, Polyester oder einem elastischen, thermoplastischen Polymer. Vorzugsweise ist die zweite Lage aus einem Poly mer aufgebaut, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylenthereph- talat (PET), Polybutylentherephtalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS), Polyolefin (PO), thermoplastischem Polyurethan (TPU), thermoplastischem Copolyester (TPC), thermoplastischen Styrol-Block- copolymeren (TPS) oder Mischungen davon.
Vorzugsweise ist die zweite Lage aus einem Polymer aufgebaut, umfassend oder bestehend aus einem Polyamid (PA). Vorzugsweise ist mindestens ein Teil des Polyamids (PA) thermoplastisches Polyamid (TPA). Vorzugsweise ist das Poly- amid (PA) ein thermoplastisches Polyamid (TPA). Vorzugsweise ist das Polyamid (PA) ein thermoplastisches Polyamidelastomer.
Vorzugsweise ist die zweite Lage aus einem Polymer aufgebaut, umfassend oder bestehend aus einem thermoplastischen Copolyester (TPC). Vorzugsweise ist der thermoplastische Copolyester (TPC) ein thermoplastisches Copolyestere- lastomer. Vorzugsweise ist die zweite Lage aus einem Polymer aufgebaut, umfassend oder bestehend aus einem thermoplastischen Styrol-Blockcopolymer (TPS). Vorzugs weise ist das thermoplastische Styrol-Blockcopolymer (TPS) ein thermoplasti sches Stroyrolelastomer. Unter „thermoplastisch“ wird hier das Verhalten von Polymeren verstanden, sich in einem bestimmten Temperaturbereich einfach verformen lassen, wobei dieser Vorgang reversibel ist.
Unter „Elastomer“ bzw. „elastisches Polymer“ wird hier ein formfestes Polymer verstanden, das elastisch verformbar ist, beispielsweise unter Zug- und Druck- belastung, und dessen Glasübergangspunkt sich unterhalb der Einsatztempera tur befindet.
Besonders bevorzugt kann die zweite Lage einen Vliesstoff oder ein Textil aus Polypropylen, Polyester oder einem elastischen, thermoplastischen Polymer um fassen oder daraus bestehen. Besonders bevorzugt kann die zweite Lage ein Spinnvlies aus Polypropylen, Po lyester oder einem elastischen, thermoplastischen Polymer umfassen oder dar aus bestehen. Ganz besonders bevorzugt ist die zweite Lage ein Spinnvlies, wel ches aus Polypropylen, Polyester oder einem elastischen, thermoplastischen Po lymer besteht. Ganz besonders bevorzugt kann die zweite Lage ein Spinnvlies aus Polypropylen oder Polyester umfassen oder daraus bestehen.
Besonders bevorzugt kann die zweite Lage ein kardiertes Vlies aus Polypropylen, Polyester oder einem elastischen, thermoplastischen Polymer umfassen oder da raus bestehen. Ganz besonders bevorzugt ist die zweite Lage ein kardiertes Vlies, welches aus Polypropylen, Polyester oder einem elastischen, thermoplas- tischen Polymer besteht. Ganz besonders bevorzugt kann die zweite Lage ein kardiertes Vlies aus Polypropylen oder Polyester umfassen oder daraus beste hen. Vorzugsweise sind die erste Lage und die zweite Lage identisch, d.h. vorzugs weise umfassen sowohl die erste Lage als auch die zweite Lage ein Melt- blownvlies, welches mindestens ein styrolhaltiges thermoplastisches Elastomer und mindestens ein Polyolefin umfasst. Besonders bevorzugt ist sowohl in der ersten Lage als auch in der zweiten Lage das styrolhaltige thermoplastische Elastomer ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Styrol-Ethylen-Butylen- Styrol (SEBS), Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol (SEPS), Styrol-Ethylen-Ethylen- Propylen-Styrol (SEEPS), Styrol-Isobutylen-Styrol (SIBS), Styrol-Butadien-Styrol (SBS), Styrol-Isopren-Styrol (SIS) und Mischungen davon, und das Polyolefin ist Polypropylen oder Polyethylen.
Das Filtermedium kann außer der ersten Lage aus einem Meltblownvlies und der zweiten Lage zusätzlich eine dritte Lage, vorzugsweise als Schutzlage, umfas sen. Vorzugsweise umfasst das Filtermedium eine dritte Lage aus einem Vliesstoff oder Textil, wobei die erste, zweite und dritte Lage aufeinander ange- ordnet sind.
Für die dritte Lage geeignete Polymere sind Polyethylentherephtalat (PET), Po- lybutylentherephtalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA), Polyphenylen- sulfid (PPS), Polyolefin (PO), thermoplastisches Polyurethan (TPU), thermoplas tischer Copolyester (TPC), thermoplastische Styrol-Blockcopolymere (TPS) oder Mischungen davon.
Vorzugsweise ist die dritte Lage aus einem Polymer aufgebaut, umfassend oder bestehend aus einem Polyamid (PA). Vorzugsweise ist mindestens ein Teil des Polyamids (PA) thermoplastisches Polyamid (TPA). Vorzugsweise ist das Poly amid (PA) ein thermoplastisches Polyamid (TPA). Vorzugsweise ist das Polyamid (PA) ein thermoplastisches Polyamidelastomer.
Vorzugsweise ist die dritte Lage aus einem Polymer aufgebaut, umfassend oder bestehend aus einem thermoplastischen Copolyester (TPC). Vorzugsweise ist der thermoplastische Copolyester (TPC) ein thermoplastisches Copolyestere- lastomer. Vorzugsweise ist die dritte Lage aus einem Polymer aufgebaut, umfassend oder bestehend aus einem thermoplastischen Styrol-Blockcopolymer (TPS). Vorzugs weise ist das thermoplastische Styrol-Blockcopolymer (TPS) ein thermoplasti sches Stroyrolelastomer. Die dritte Lage kann entweder durch ein Vliesstoff-Verfahren oder durch ein tex tiles Verfahren hergestellt werden. Bevorzugt ist die Herstellung im Spinnvlies verfahren.
Besonders bevorzugt kann die dritte Lage einen Vliesstoff oder ein Textil aus Polypropylen oder Polyester umfassen oder daraus bestehen. Ganz besonders bevorzugt kann die dritte Lage ein Spinnvlies aus Polypropylen oder Polyester umfassen oder daraus bestehen.
Vorzugsweise sind die erste Lage, die zweite Lage und die dritte Lage identisch, d.h. vorzugsweise umfassen sowohl die erste Lage, die zweite Lage als auch die dritte Lage ein Meltblownvlies, welches mindestens ein styrolhaltiges thermoplas- tisches Elastomer und mindestens ein Polyolefin umfasst. Besonders bevorzugt ist sowohl in der ersten Lage, der zweiten Lage als auch der dritten Lage das styrolhaltige thermoplastische Elastomer ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol (SEBS), Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol (SEPS), Styrol-Ethylen-Ethylen-Propylen-Styrol (SEEPS), Styrol-Isobutylen-Sty- rol (SIBS), Styrol-Butadien-Styrol (SBS), Styrol-Isopren-Styrol (SIS) und Mi schungen davon, und das Polyolefin ist Polypropylen oder Polyethylen.
Der durchschnittliche Durchmesser (d) der Fasern in der dritten Lage ist vorzugs weise 2 pm < d < 50 pm und bevorzugter 5 pm < d < 40 pm und besonders bevorzugt 10 pm < d < 30 pm. Die dritte Lage hat vorzugsweise eine Flächenmasse von 8 g/m 2 - 100 g/m 2 , be vorzugter von 10 g/m 2 bis 50 g/m 2 . Zur Herstellung des Filtermediums kann die erste Lage aus einem Meltblownvlies mit der zweiten Lage aus einem Vliesstoff oder Textil verbunden werden. Dafür kann jedes dem Fachmann bekannte Verfahren benutzt werden, wie zum Bei spiel Vernadelungsverfahren, Wasserstrahlvernadelungsverfahren, thermische Verfahren (d.h. Kalanderverfestigung und Ultraschall-Verfestigung) und chemi sche Verfahren (d.h. Verfestigung mittels Klebstoffe).
Bevorzugt wird die erste Lage aus einem Meltblownvlies mit der zweiten Lage aus einem Vliesstoff oder Textil mittels Punktkalander verbunden.
Die dritte Lage kann vorzugsweise mit der zweiten Lage ebenfalls mittels Punktkalander verbunden werden oder ohne Verbund abgelegt werden.
Weiterhin kann die erste Lage aus einem Meltblownvlies ein geladenes Melt blownvlies sein. Eine elektrostatische Aufladung der Fasern kann die Filtrations effizienz erhöhen. Dies ist insbesondere für die Verwendung des Filtermediums als Gesichtsmaske von Vorteil. Corona-Aufladung, Hydro-Aufladung oder Aufla- düng mit polarer Flüssigkeit wie Wasser und triboelektrische Aufladung oder Kombinationen davon sind als Aufladungsmethoden bekannt. Die Corona-Aufla dung ist die am häufigsten verwendete Methode für die Massenproduktion von geladenen Filtermedien.
Hier bezieht sich der Begriff "Corona-Aufladung" auf ein Verfahren zur Herstel- lung eines geladenen Vliesstoffs, bei dem Fasern aus einem nichtleitenden Po lymermaterial einer AC- und/oder DC-Corona-Aufladevorrichtung ausgesetzt werden, so dass die Fasern aufgeladen werden.
Hier bezieht sich der Begriff "Wasseraufladung“, auch "Hydroaufladung" genannt, auf ein Verfahren zur Herstellung eines geladenen Vliesstoffs, bei dem Fasern einem Wassernebel ausgesetzt werden, so dass Ladungen auf die Fasern auf gebracht werden. Die Behandlung kann entweder direkt nach der Bildung der Fasern oder nachdem ein Vliesstoff aus den Fasern gebildet worden ist, durch geführt werden. Die Möglichkeit, die erste Lage aus einem Meltblownvlies elektrostatisch aufzu laden, um so ein Filtermedium, umfassend eine erste Lage aus einem geladenen Meltblownvlies zu erhalten, stellt neben der guten Eignung für den Lebensmittel bereich einen weiteren Vorteil gegenüber Meltblownvliesen aus TPU dar, die sich nicht elektrostatisch aufladen lassen. Ein Filtermedium, umfassend eine erste Lage aus einem geladenen Meltblownvlies gemäß der Erfindung, ist somit be sonders für die Verwendung in Gesichtsmasken geeignet.
Ein zusätzlicher Vorteil der ersten Lage aus einem Meltblonvlies sind die wasser abweisenden Eigenschaften, was durch einen hohen Wassereindringwiderstand ausgedrückt wird. Vorzugsweise liegt der Widerstand gegen das Durchdringen von Wasser der ersten Lage aus einem Meltblownvlies bei 60 mbar/min im Be reich von 15 - 100 mbar, bevorzugter 20 - 60 mbar.
Vorzugsweise wird das Filtermedium für Kaffeefilter, insbesondere für Filter für Kaffeekapseln, verwendet. Bei der Verwendung als Kaffeefilter ist das Filterme- dium vorzugsweise ein einlagiges Filtermedium, das nur die erste Lage aus ei nem Meltblownvlies umfasst.
Vorzugsweise wird das Filtermedium für Druckluftfilter verwendet. Bei der Ver wendung als Druckluftfilter ist das Filtermedium vorzugsweise ein mehrlagiges Filtermedium, insbesondere ein zwei- oder dreilagiges Filtermedium, das neben der ersten Lage aus einem Meltblownvlies die zweite Lage aus einem Vliesstoff oder Textil und gegebenenfalls die dritte Lage aus einem Vliesstoff oder Textil umfasst.
Vorzugsweise wird das Filtermedium für Gesichtsmasken, verwendet. Bei der Verwendung als Gesichtsmaken ist das Filtermedium vorzugsweise ein mehrla- giges Filtermedium, insbesondere ein zwei- oder dreilagiges Filtermedium, das neben der ersten Lage aus einem Meltblownvlies die zweite Lage aus einem Vliesstoff oder Textil und gegebenenfalls die dritte Lage aus einem Vliesstoff oder Textil umfasst. Weiterhin ist die erste Lage bei der Verwendung für Gesichtsmas- ken vorzugsweise eine Lage aus einem geladenen Meltblownvlies. Vorzugs weise wird das Meltblownvlies durch Coronaaufladung oder durch Wasseraufla dung geladen.
Prüfmethoden Flächenmasse nach DIN EN 29073-1 : 1992-08
Dicke nach DIN EN ISO 9073-2:1997-02 bei 0,5 kPa Auflagedruck.
Luftdurchlässiqkeit nach DIN EN ISO 9237:1995-12 bei einer Messfläche von 20 cm 2 und 200 Pa Druckdifferenz.
Zugfestigkeit (MD und CD) in Anlehnung an DIN EN 29073-3:1992-08 bei einer Streifenbreite von 50 mm, einer Einspannlänge von 100 mm und einer Ge schwindigkeit von 100 mm/min.
Bruchdehnung (MD und CD) in Anlehnung an DIN EN 29073-3:1992-08 bei einer Streifenbreite von 50 mm, einer Einspannlänge von 100 mm und einer Ge schwindigkeit von 100 mm/min. Widerstand gegen das Durchdringen von Wasser nach DIN EN ISO 811:2018- 08 bei einer Rate von 60 mbar/min
Atemwiderstand und Penetration wurden nach EN143:2007-02 mit Paraffinöl als Prüfaerosol, einer Luftdurchflussrate von 95 L/min, einer Probengröße von 100 cm 2 und einer Messzeit von 210 sec. gemessen. Jedes geeignete Gerät kann verwendet werden, wie z.B. ein Lorenz Facemask Prüfstand
Faserdurchmesser i. Messprinzip
Mittels Rasterelektronenmikroskop werden Bilder in definierter Vergrößerung aufgenommen. Diese werden mittels automatischer Software vermessen. Mess- stellen, die Kreuzungspunkte von Fasern erfassen und somit nicht den Faser durchmesser darstellen, werden manuell entfernt. Faserbündel werden generell als eine Faser gewertet. ii. Geräte Beispielsweise Rasterelektronenmikroskop Phenom Fei mit dazugehöriger Soft ware Fibermetric V2.1. Es kann jedes geeignete Gerät und jede geeignete Soft ware verwendet werden. iii. Durchführung der Prüfung a. Probe besputtern b. Zufällige Aufnahme anhand von optischem Bild, die so gefundene Stelle wird mit 1000-facher Vergrößerung mittels REM aufgenommen. c. Faserdurchmesserbestimmung über„one dick“ Methode, es muss jede Faser einmal erfasst werden; d. Durchschnittswert und Faserdurchmesserverteilung wird durch die von Fiber- metric erhaltenen Daten mittels Excel ausgewertet.
Es werden mindestens 100 Fasern ausgewertet.
Ebenso wird der prozentuale Anteil von Fasern mit einem Durchmesser <1,00 pm erfasst. e. Fehler/Standardabweichung Es wird die Standardabweichung mit aufgeführt. BEISPIELE
Im Folgenden werden Beispiele für das erfindungsgemäße Filtermedium, beste hend aus einer ersten Lage aus einem Meltblownvlies, beschrieben.
Polymer: 65% SEBS, 35% PP
* 1 100x50 mm, 100 mm/min
* 2 Atemwiderstand und Penetration nach EN 143:2007-02 mit Paraffinöl als Prüfaerosol Die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Filtermedien können für eine Ge sichtsmaske verwendet werden
Das in dem Beispiel 3 beschriebene Filtermedium kann als Kaffeefilter, insbeson dere als für Filter für Kaffeekapseln verwendet werden. Das in dem Beispiel 4 beschriebene Filtermedium kann für Druckluftfilter verwen det werden.