DE102013021071A1

DE102013021071A1 - Filtermedium, Filterelement und Filteranordnung

Info

Publication number: DE102013021071A1
Application number: DE102013021071.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Scope; Alexander Piry; David Keerl
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-18
Also published as: EP3083002A1; US10300419B2; JP2017501033A; EP3083002B1; US20160296871A1; KR20160098270A; CN105828906A; KR102385026B1; WO2015091822A1

Abstract

Ein Filtermedium (1, 1'), insbesondere zur Filterung von Luft für den Innenraum von Kraftfahrzeugen, umfassend eine erste Filterschicht (2) zum Zurückhalten von Partikeln sowie einen antimikrobiellen und antiallergenen Stoff.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermedium, ein Filterelement und eine Filteranordnung, insbesondere einen Innenraumluftfilter und eine Innenraumluftfilteranordnung zum Reinigen von in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs eintretender Luft.
Stand der Technk
Aus Filtermedien hergestellte Filterelemente dienen der Filtrierung von insbesondere gasförmigen Medien, beispielsweise der Filtrierung einer Luftströmung, die dem Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeuges zugeführt wird. Obwohl auf beliebige Filterelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf ein Filtermedium bzw. Filterelement zur Filtrierung von Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges beschreiben. Solche Filter werden im Folgenden kurz als KFZ-Innenraumfilter bezeichnet.
Die zunehmende Luftverunreinigung, insbesondere in Großstädten, in Verbindung mit dem Einsatz von Klimaanlagen macht es wünschenswert und auch erforderlich, die von außen in den Innenraum eines Kraftfahrzeuges geleitete und aufbereitete bzw. klimatisierte Luft mittels geeigneter Filter zu filtern. Hierfür kommen bspw. Partikelfilter oder Geruchsfilter oder alternativ auch Kombinationen davon in Betracht, die die in der Luft enthaltenen Partikel sowie inhärente Gerüche aus der Umgebungsluft möglichst gut herausfiltern bzw. enthaltene Stoffe der Umgebungsluft adsorbieren sollen. Solche Filter zur Filtrierung von Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen und Varianten allgemein bekannt, so dass auf deren Aufbau und Funktionsweise nachfolgend nur kurz eingegangen wird.
Von den eingesetzten Filtermedien sollen auch Schadstoffe, wie beispielsweise Staub und Ruß, sowie um Pollen, Bakterien- und Pilzsporen, Bakterien und Pilze, gefiltert werden. Einige Stoffwechselprodukte der Mikroorganismen sind bekannt dafür, dass sie Allergiestoffe für den menschlichen Körper bzw. dessen Immunsystem darstellen. Insbesondere diese können allergische Reaktionen im Bereich der Schleimhäute, bspw. der Atemwege, der Augen oder Nase, auslösen. Wünschenswert ist eine möglichst umfassende Filterung von Partikeln und anderen potenziell gesundheitsschädlichen Stoffen durch das Filtermedium.
Die EP 1 882 511 A2 offenbart beispielsweise ein Filtermedium mit bakterizider Wirkung, insbesondere zur Filterung von Luft für den Innenraum von Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens einer Filterschicht, in der Verunreinigungen zurückhaltbar sind, und einer dieser Filterschicht nachgeschalteten bakteriziden Filterschicht, die auf der Reinluftseite der mindestens einen Filterschicht angebracht ist und durch eine Abstandsschicht von der mindestens einen Filterschicht beabstandet ist.
Die WO 2012168185 A1 beschreibt ein Filtermedium mit antimikrobieller Wirkung, insbesondere zur Filterung von Luft für den Innenraum von Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens einer ersten Filterschicht, in der Verunreinigungen zurückhaltbar sind, und einer dieser ersten Filterschicht benachbarten zweiten Filterschicht. Die zweite Filterschicht ist auf der Anströmseite der ersten Filterschicht angebracht und enthält antimikrobielle Stoffe.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Filtermedium, ein Filterelement und/oder eine verbesserte Filteranordnung zu schaffen.
Demgemäß wird ein Filtermedium vorgeschlagen, welches eine erste Filterschicht zum Zurückhalten von Partikeln sowie einen antimikrobiellen und antiallergenen Stoff umfasst.
Das Filtermedium ist insbesondere zur Filterung von Luft für den Innenraum von Kraftfahrzeugen eingerichtet. Andere Einsatzgebiete sind jedoch auch vorstellbar, z. B. in Klimaanlagen für Haustechnik.
Der antimikrobielle, insbesondere antibakterielle oder biozide, Stoff schützt das Filtermedium oder Teile bzw. Schichten desselben davor, dass dieses bzw. diese von Mikroorganismen wie z. B. Pilzen oder Pilzsporen, insbesondere Schimmelpilze oder Schimmelpilzsporen, Bakterien oder Algen, welche in lebendiger, fortpflanzungsfähiger oder ausbreitungsfähiger Form vorliegen können, befallen wird bzw. sich solche Mikroorganismen in dem Filtermedium ausbreiten oder dieses durchwachsen.
Der antiallergene Stoff kann beispielsweise feinste Pollenpartikel und sonstige Allergene, die nicht immer von dem Filtermedium vollständig zurückgehalten werden können, für den menschlichen Körper bzw. dessen Immunsystem zumindest teilweise unschädlich machen. Dies führt zu einem erhöhten Komfort im Fahrzeug.
Als antimikrobieller Stoff kann insbesondere Zink-Pyrithion dienen. Alternativ oder zusätzlich kann Octa-isothiazolon als antimikrobieller Stoff verwendet werden. Die zweite Filterschicht kann ferner antimikrobielle Stoffe auf der Basis von Nanosilber enthalten. Die zweite Filterschicht kann auch antimikrobiellen Metallen und Metallverbindungen, insbesondere Silber, Kupfer und Aluminiumverbindungen und/oder 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, weitere Isothiazolinverbindungen, Benzoesäure und deren Derivate, Benzalkoniumhalogenide, wasserlösliche Coenzyme, öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, Antibiotika, biozide Metalle, aliphatische und/oder aromatische Fettsäuren und/oder quartäre Tenside als antimikrobielle Stoffe enthalten.
Als antiallergene Stoffe kommen insbesondere Polyphenole, wie Katechine, Tannide oder Flavonoide, in Frage. Es können insbesondere Kaffee-, Gallus-, Ellagin-, Tanninsäure, Cyanidin, Procyanidin, Proanthocyanidine, Rutin, Quercitin, Resveratol verwendet werden. Polyphenole binden vorzugsweise antiallergene Stoffe, sodass die allergische Wirkung vermindert werden kann. Allergene Pollen werden beispielsweise von Polyphenolen denaturiert. Der antiallergene Stoff kann ferner antiallergene Enzyme aufweisen. Antiallergen Enzyme spalten vorzugsweise allergen wirkende Proteine in kleinere unschädlichere Bestandteile auf.
Das Filtermedium selbst kann mehrlagig aufgebaut sein. In der Reihenfolge der Durchströmung kann z. B. auf die antimikrobielle Filterschicht eine Partikelfilterschicht, eine Geruchsfilterschicht, umfassend Aktivkohle, und/oder eine antiallergene Filterschicht folgen. Alternativ können auf die antimikrobielle Schicht eine Geruchsfilterlage und dann eine Partikelfilterlage folgen. Hier sind beliebige Abfolgen denkbar. Beispielsweise kann auch folgende Abfolge vorgesehen sein: antimikrobielle Filterschicht, antiallergene Filterschicht, Geruchsfilterschicht und Partikelfilterschicht.
Die verwendete Aktivkohle kann beispielsweise aus Holz oder Steinkohle gewonnen, polymer basiert, teerbasiert, oder Kokosnussschalen-basiert sein. In einer Ausführungsform werden als Grundstoff für die Aktivkohle Ionenaustauscherkügelchen verwendet, die auf Polymerbasis, beispielsweise aus Kunstharzen, insbesondere aus mit Divinylbenzen vernetztem Polystyren hergestellt sind.
Als hydrophobe Aktivkohlen werden insbesondere solche verstanden, die eine vergleichsweise geringe Wasseraufnahmekapazität aufweisen. Bevorzugt wird eine Aktivkohle verwendet, welche bei einer relativen Luftfeuchte von 50% eine Wasseraufnahme von < 10 Massenprozent, insbesondere bezogen auf den Adsorptionsast der Isotherme aufweist. Besonders bevorzugt beträgt diese Wasseraufnahme < 5 Massenprozent.
In einer Ausführungsform weist die Aktivkohle eine BET-Oberfläche von größer 600 m²/g auf, bevorzugt größer 800 m²/g (bevorzugt gemessen nach DIN ISO 9277:2003-05). Dadurch kann auf kleinem Bauraum eine ausreichende Adsorption sichergestellt werden.
In einer Ausführungsform wird Aktivkohle in schütt- oder rieselfähiger Form, beispielsweise in Form von körner- oder kugelartiger oder anderweitig geformter Partikel verwendet. Die Aktivkohlepartikel weisen bevorzugt Aktivkohlepartikelgrößen (mittlere Durchmesser) zwischen 0,1 und 1 mm, bevorzugt 0,2 bis 0,7 mm auf und können beispielsweise in der Form von Granulat-Aktivkohle oder Kugel-Aktivkohle vorliegen.
Für die Adsorptionslage kann beispielsweise ein offenporiger Schaum mit rieselfähiger Aktivkohle verwendet werden. Dabei kommen beispielsweise retikulierte Schäume z. B. aus Kunststoffen wie Polyurethan, Polyurethan-Ether oder Polyurethan-Ester zum Einsatz. Bevorzugt betragen die Porengrößen des Schaumes zwischen 20 und 50 ppi (pores per inch) oder zwischen 0,5 und 2 Poren pro Millimeter. Gemessen wird in einem vergleichenden optischen Verfahren, wobei unter dem Mikroskop eine vollständig ausgebildete Pore als ”Standardpore” definiert und über einen Streckenabschnitt die dort auftretenden Poren mit dieser verglichen und ausgezählt werden. Poren, die im Vergleich zur Standardpore nicht vollständig ausgebildet sind, werden anteilig gezählt.
In diesem Schaum sind bevorzugt Aktivkohlepartikel eingebracht und vorzugsweise fixiert. Die Aktivkohlepartikel sind dabei vorzugsweise mittels eines Klebstoffes, beispielsweise mittels eines Zweikomponentenklebstoffs auf Polyurethanbasis, in dem Schaum fixiert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Schaum zuerst mit einem Klebstoff getränkt wird und anschließend bevor der Klebstoff trocknet oder aushärtet Aktivkohlepartikel insbesondere unter Rütteln eingerieselt werden. Hierbei kann ein Zweikomponentenklebstoff, ein Schmelzklebstoff oder ein wässriger Klebstoff zum Einsatz kommen.
In einer Ausführungsform ist als Adsorptionsfilterlage eine Lage einer fixierten Schüttung mit Aktivkohle verwendet. Diese kann in einem einlagigen oder mehrlagigen Aufbau realisiert werden. Als fixierte Schüttung wird eine Anordnung bezeichnet, in welcher eine Trägerschicht vorgesehen ist und auf dieser eine Schüttlage von Aktivkohlepartikeln fixiert ist. Die Trägerschicht kann beispielsweise ein Kunststoffstreckgitter oder eine Lage eines flächigen Materials, zum Beispiel eines Partikelfiltermediums verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kommt als Trägerschicht ein Vlies aus spinngebundenen oder schmelzgeblasenen Polyesterfasern, beispielsweise PET-Fasern (Polyethylenterephthalat) oder PBT-Fasern (Polybutylenterephtalat) verwendet. Dies kann ein Flächengewicht von 25–120 g/m², bevorzugt 50–100 g/m², besonders bevorzugt 65–85 g/m² und eine Luftdurchlässigkeit > 3000 l/m²s, bevorzugt > 5000 l/m²s bei einer Druckdifferenz von 200 Pa aufweisen. Gemessen wird die Luftdurchlässigkeit insbesondere nach ISO 9347. Die Schüttlage aus Aktivkohlepartikeln wird auf die Trägerschicht aufgebracht und bevorzugt mittels eines feinen Klebstoffauftrags auf der Trägerschicht fixiert. Dies erfolgt beispielsweise in Form einer Vielzahl von auf der Trägerschicht aufgebrachter Klebstoffpunkte oder mittels eines Netzes aus Klebstofffäden, die zwischen Trägerschicht und Schüttlage und/oder zwischen die Schüttlage während der Schüttung und/oder auf die Schüttlage aufgebracht ist.
Die Schüttlage umfasst bevorzugt eine Auflage von 100–1200 g/m² Aktivkohlepartikel auf der Trägerschicht. Bevorzugt kommen zwischen 200 und 600 g/m² zum Einsatz. Die Lage einer fixierten Schüttung mit Trägerlage und Schüttlage weist bevorzugt eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 800–1200 l/m²s, insbesondere zwischen 900 und 1100 l/m²s und ein Flächengewicht im Bereich von 350 bis 950 g/m², insbesondere zwischen 450 und 750 g/m² bei einer Lagendicke insbesondere im Bereich von 1 bis 6 mm auf.
Auf diese Weise wird eine stabile, gut zu verarbeitende und leistungsfähige Lage einer fixierten Schüttung bereitgestellt, die maschinell zu mehrlagigen Halbzeugen zusammengefasst werden kann.
In einer Ausführungsform weist die Adsorptionsfilterlage bzw. Adsorptionsaufbau einen Schichtaufbau aus mehreren fixierten Schüttungen auf. So kann beispielsweise eine erste Lage einer fixierten Schüttung mit der Seite, auf der die Aktivkohle angeordnet ist (Aktivkohleseite), auf die Aktivkohleseite einer zweiten Lage fixierter Schüttung gelegt und mit dieser beispielsweise durch Verkleben verbunden werden. Dadurch wird ein Halbzeug mit zwei Träger- oder Deckschichten und dazwischen angeordneter Schüttlage gebildet. Derartige Halbzeuge können wiederum zur Erhöhung der Filtrationsleistung mehrfach übereinander angeordnet werden, beispielsweise zwischen zwei und 10 Halbzeuge, bevorzugt zwischen 3 und 7 Halbzeuge. Alternativ oder in Kombination sind auch Anordnungen denkbar, bei welchen jeweils die Trägerlage einer Lage einer fixierten Schüttung auf die Aktivkohlelage einer anderen fixierten Schüttung aufgelegt ist. Diese Anordnung kann dann durch eine gewendete Lage mit fixierter Schüttung oder eine Deckschicht abgeschlossen werden. Beispielsweise können zwischen 4 und 20 Lagen einer fixierten Schüttung aufeinander angeordnet sein.
Ein derartiges Filtermedium ist besonders geeignet für einen Kraftfahrzeuginnenraumfilter. Hierbei wird das Filtermedium bevorzugt gefaltet oder gewellt zur Vergrößerung der Oberfläche. In verschiedenen Ausführungsformen kann das gefaltete oder gewellte Filtermedium zumindest an einer Seite mit einem Seitenband aus Vlies versehen sein oder in einen Kunststoffrahmen eingespritzt sein. Das gefaltete oder gewellte Filtermedium kann an mindestens einer seiner Stirnkanten, dies sind die Seiten des gefalteten oder gewellten Filtermediums, die eine Zickzack- oder Wellenform aufweisen, mit einem Seitenband, insbesondere einem Seitenband aus Vlies, versehen sein.
Ein Kraftfahrzeuginnenraumfilter mit dem beschriebenen Filtermedium kann als austauschbares Filterelement in einem Filtermodul, insbesondere dem Filtermodul einer Kraftfahrzeugklimaanlage, mit einer Filteraufnahme oder einem Filtergehäuse eingesetzt werden.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Verfahrensschritte. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Filtermediums, des Filterelements oder der Filteranordnung hinzufügen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt dabei:
1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Filtermediums;
2A–2C: eine schematische Darstellung von Ausführungsformen eines Filtermediums jeweils mit einem Adsorptionsmaterial;
3: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Filterelements; und
4: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Filteranordnung.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Die 1 zeigt einen möglichen Aufbau eines Filtermediums 1 mit einer ersten Filterschicht 2 zum Partikelfiltern, einer zweiten Filterschicht 3 mit einem antimikrobiellen Stoff und einer dritten Filterschicht 4 mit einem antiallergenen Stoff. Die Filterschichten 2, 3, 4 können grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge, also auch abweichend von der hier gezeigten angeordnet sein. Das Filtermedium 1 wird senkrecht zu seiner flächigen Erstreckung von Luft durchströmt. Die Strömungsrichtung kann dabei beliebig gewählt werden. Eine der Filterschichten 2, 3, 4 kann als Trägerschicht für die jeweils anderen Schichten fungieren.
Die Filterschichten 2, 3, 4 weisen beispielsweise jeweils ein Fasermaterial, insbesondere ein Gelege, ein Gewebe, einen Filz, ein Vlies, ein Spinnvlies-Material (z. B. mit einer Flächendichte zwischen 40 und 70 g/qm) oder ein Melt-Blown-Material auf. Die Filterschichten 2, 3, 4 können aus einer zusammenhängenden Lage Fasermaterial gebildet sein, wobei sich die Schichtabfolge lediglich daraus ergibt, dass ein erster Bereich 2 des Materials zum Partikelfiltern, ein zweiter Bereich 3 mit dem antimikrobiellen Stoff ausgerüstet und ein dritter Bereich 4 mit dem antiallergenen Stoff ausgerüstet vorgesehen ist. Die Bereiche 2, 3, 4 können in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet sein. Alternativ können die Filterschichten aus mehreren separaten Lagen 2, 3, 4 Fasermaterial gebildet sein, die insbesondere miteinander verklebt sind. Die erste Lage 2 weist dann die Partikelfilterfunktion auf, die zweite Lage 3 den antimikrobiellen Stoff und die dritte Lage 3 den antiallergenen Stoff. Die vorstehenden Erläuterungen zu den Bereichen und Lagen gelten für alle vorliegenden Ausführungsformen entsprechend.
Die beiden Filterschichten 2, 3 können in einer anderen Ausführungsform ein eigenständiges Filtermedium 1' (ohne die Filterschicht 4) bilden, das eine Filterschicht 2 zum Filtern von Partikeln – optional mit einem Adsorbermaterial – und eine Filterschicht 3 mit einem antiallergenen und antimikrobiellen Stoff umfasst. Alternativ kann die Filterschicht 2 die Partikelfilterfunktion aufweisen und den antiallergenen Stoff enthalten. Die Filterschicht 3 weist dann den antimikrobiellen Stoff auf. In einer weiteren Variante kann die Filterschicht 2 die Partikelfilterfunktion aufweisen und den antimikrobiellen Stoff enthalten. Die Filterschicht 3 weist in dieser Variante den antiallergenen Stoff auf.
In einer noch weiteren Ausführungsform umfasst das Filtermedium 1'' nur die Filterschicht 2, die einen antiallergenen und einen antimikrobiellen Stoff enthält, und darüber hinaus die Partikelfilterfunktion aufweist. Beispielsweise kann die Filterschicht 2 beidseitig mit Wirkstoffen belegt sein. Insbesondere ist die zweite Filterschicht 3 der 1 eine oberseitige Stoffbelegung mit einem antimikrobiellen Stoff und die dritte Filterschicht 4 eine unterseitige Stoffbelegung mit einem antimikrobiellen Stoff.
Die vorstehende Partikelfunktion kann beispielsweise in einem Herausfiltern von Partikeln mit einem Durchmesser von 2,5 μm und größer bestehen (entsprechend dem sog. 1997 PM2.5 Standard der Environmental Protection Agency (EPA)). Kleinere Partikel werden dagegen durchgelassen. Ein solcher Feinfilter kann beispielsweise auch in einer weiteren (nicht gezeigten) Filterschicht vorgesehen sein.
Bevorzugt ist die antiallergene Filterschicht 4 anströmseitig angeordnet, damit der jeweilige Wirkstoff direkt mit den zurückgehaltenen Partikeln in Kontakt kommt.
Die Filterschicht 2 ist vorzugsweise eine mit Aktivkohle als Adsorber versehene Schicht, die auch mehrlagig sein kann.
Das Filtermedium 1, 1', 1'' ist in der Lage, Mikroorganismen, insbesondere Pilze oder Pilzsporen, abzutöten und gleichzeitig einen Bewuchs des Filtermediums mit Bakterien, Pilzen und sonstigen Mikroorganismen und insbesondere ein Durchwachsen wirkungsvoll zu verhindern. Unter Durchwachsen versteht man die Ausbreitung von mycelbildenden Mikroorganismen durch eine Sperrschicht, z. B. eine biozide Schicht hindurch. Dies kann auch durch Bakterien geschehen, die sich durch diese Schicht hindurch ausbreiten. Somit kann ein Durchwachsen auch von mycelbildenden Mikroorganismen wirkungsvoll verhindert werden. Die Schimmelpilzsporen werden zum Beispiel aufgrund ihrer Größe (2–100 μm, typischerweise 2–10 μm) partiell von der antimikrobiellen Filterschicht 3 zurückgehalten bzw. treffen auf die mit dem antimikrobiellen Wirkstoff ausgerüstete Filterlage und können dadurch inaktiviert bzw. am Wachstum gehindert werden.
Ein Trägermaterial, insbesondere Fasermaterial, kann zum Ausbilden einer Filterschicht mit der gewünschten Wirkung mit verschiedenen antimikrobiellen Wirkstoffen, wie z. B. Silber, Kupfer, Aluminiumverbindungen ausgerüstet sein. Ein möglicher antimikrobieller Stoff ist Zn-Pyrithion, da es einen wesentlichen pilzhemmenden Effekt und eine sehr geringe Löslichkeit in Wasser aufweist. Ein weiterer Stoff ist Octa-isothiazolon. Außerdem sind Ausrüstungen auf der Basis von Nanosilber und enzymatisch-, chemisch wirkenden Stoffen möglich, wie z. B. 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, Isothiazolinverbindungen, Benzoesäure und Benzoesäurederivate, Benzalkoniumhalogenide, wasserlösliche und öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, weitere biozide Metalle, aliphatische und aromatische Fettsäuren sowie quartäre Tenside, wobei sich die Wirkstoffe sowohl als weitere Option als auch in Kombination mit Zn-Pyrithion einsetzen lassen.
Als antiallergene Stoffe – nicht nur in Bezug auf Pollen – kommen insbesondere Polyphenole, wie Katechine, Tannide oder Flavonoide wie etwa Anthocyanidine, Flavanone, Flavonole, Flavaole oder Isoflavone, Stilbene, Ligane, Ellagitannine oder Phenolsäure in Frage. Diese können sowohl auf der Stufe der allergischen Sensibilisierung als auch bei einer erneuten Aussetzung durch das Allergen wirken: Polyphenol kann unlösliche Komplexe mit allergenen Proteinen bilden, sodass diese hypoallergen werden. Auch können Polyphenole die T-Zellen-Proliferation und Zytokinproduktion behindern sowie die Antikörperproduktion via B-Zellen beeinflussen. Es können insbesondere Kaffee-, Gallus-, Ellagin-, Tanninsäure, Cyanidin, Procyanidin, Proanthocyanidine, Rutin, Quercitin, Resveratol, Olivenblattextrakte und/oder Gingkoblattextrakte eingesetzt werden. Insbesondere können auch synthetisch erzeugte Polyphenole als antiallerge Stoffe verwendet werden.
Die Ausrüstung der Filterschicht oder Filterschichten mit den antimikrobiellen oder antiallergenen Stoffen kann mit Hilfe unterschiedlicher Prozesse, wie z. B. durch Sprühaufbringung, Pflatschen oder mittels einer Foulardmaschine durchgeführt werden. Die funktionalisierte Schicht wird dabei vorteilhafterweise auf die Anströmseite und/oder der Abströmseite aufgebracht. Durch den mehrlagigen Sandwichaufbau ist es möglich, die eigentliche Partikelfilterschicht 2 zu schützen und so eine hohe Filtrationseffizienz sicherzustellen. Außerdem bietet der Sandwichaufbau den Vorteil, dass sich auf diese Weise verschiedene Filtermedien, die bei Kfz-Innenraumfiltern eingesetzt werden, mit einer zusätzlichen antimikrobiellen und/oder antiallergenen Schicht ausrüsten lassen, die als zusätzliche Option für die bestehenden Filter angeboten werden kann (bei Kfz-Innenraumfiltern wird eine Vielzahl von unterschiedlichen Filtermedien eingesetzt, die sowohl auf regionale als auch auf herstellerspezifische Anforderungen zugeschnitten sind). Zudem lassen sich durch die zusätzliche antimikrobielle und/oder antiallergene Schicht angepasste Lösungen für unterschiedliche Anwendungsgebiete erreichen. So spielen bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen auch unterschiedliche Mikroorganismen beim Wachstum auf Filtermedien eine Rolle, so dass die auf der zweiten Filterschicht angebrachten antimikrobiellen Stoffe dementsprechend ausgewählt werden können und zusätzlich die Grammatur variiert werden kann. Auch die Art der möglichen Allergene, wie Pollen, kann bei der Funktionalisierung mit antiallergenen Stoffen, wie Polyphenolen, berücksichtigt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die eine Filtrationseffizienz bestimmende Lage (Melt-blown) durch einen Masterbatch mit antimikrobiellen und/oder antiallergenen Wirkstoffen ausgerüstet werden bzw. das Medium kann durch das zusätzliche Einbringen von antimikrobiellen Fasern oder antiallergenen Fasern oder Partikeln, die über einen Masterbatch hergestellt wurden, eine gesteigerte Wirksamkeit aufweisen.
Das nachträgliche Aufbringen des jeweiligen Wirkstoffs bietet gegenüber der Zugabe direkt bei der Faserherstellung (Masterbatch) den Vorteil, dass geringere Wirkstoffkonzentrationen ausreichend sind, da sich der Wirkstoff außen an der Faser befindet und damit in direktem Kontakt mit den Mikroorganismen steht. Ein Vorteil bei der Masterbatch-Herstellung bzw. bei der Zugabe von Fasern aus einem Masterbatchprozess liegt darin, dass die antimikrobiellen Wirkstoffe besonders fest mit der Faser verankert sind.
Die Filterschicht 2 kann insbesondere als Adsorptionsfilterlage ausgestaltet sein. Diese kann beispielsweise selbst aus einem mehrlagigen Aufbau aus aufeinanderliegend angeordneten Lagen von fixierten Schüttungen von Aktivkohlepartikeln auf Trägerlagen bestehen oder auch aus einem offenporigen Schaum mit eingerieselter Aktivkohle gebildet sein. Es können dabei mehrere Doppellagen von fixierten Schüttungen aufeinanderliegend angeordnet sein, die beispielsweise jeweils eine Trägerlage aus Spinnvlies von schmelzgeblasenen PET-Fasern (Polyethylenterephthalat) mit einem Flächengewicht von 85 g/m² und einer Luftdurchlässigkeit 5500 l/m²s bei 200 Pa haben. Darauf ist mittels eines in dünnen Fasern aufgetragenen Klebstoffs auf Polyurethanbasis eine Schüttung aus Aktivkohlekügelchen von beispielsweise 400 g/m² aufgebracht. Diese weist vorzugsweise bei einer relativen Luftfeuchte von 50% eine Wasseraufnahme von beispielsweise 9 Massenprozent und eine BET-Oberfläche von beispielsweise 900 m²/g auf. Die Aktivkohlepartikel haben in der Regel Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 0,7 mm auf.
Bei einer Variante ist die Adsorptionsfilterlage aus Aktivkohlepartikeln gebildet, die einen offenporigen (retikulierten) Schaum aus Polyurethan mit einer Porendichte von durchschnittlich 40 ppi (pores per inch) oder 1,6 Poren pro Millimeter umfasst, in welchen die Aktivkohlepartikel eingerieselt und mittels eines Zweikomponentenklebstoffs auf Polyurethanbasis, in dem Schaum fixiert sind. Beide Varianten von Absorptionslagen weisen in Durchströmungsrichtung eine Erstreckung von 30 mm auf.
Die 2A zeigt eine weitere Ausführungsform eines Filtermediums 1. Es sind zwei Filterschichten 5, 5' mit einem Adsorbermaterial vorgesehen, zwischen denen eine Filterschicht 2 angeordnet ist. Die Filterschichten 5, 5' sind wiederum zwischen Filterschichten 3, 4 angeordnet. Die Filterschicht 3 kann antimikrobiell und vorzugsweise zusätzich antiallergen funktionalisert sein. Des Weiteren kann die Filterschicht 3 abströmseitig angeordnet sein. Die Filterschicht 4 kann antiallergen und vorzugsweise zusätzlich antimikrobiell funktionalisert sein. Des Weiteren kann die Filterschicht 4 anströmseitig angeordnet sein.
Die Filterschicht 2 ist zum Beispiel als Feinfilterlage ausgebildet. Die Feinfilterlage 2 ist beispielsweise als ein ungefaltetes, also flächiges, oder zickzackförmig gefaltetes Filtermedium aus einer Faserlage mit beispielsweise synthetischen Fasern. Hierbei kann beispielsweise auch ein Faservlies verwendet werden. Dieses weist bevorzugt eine einseitig oder beidseitig kaschierte Deckschicht aus einem Spinnvlies auf. Dadurch wird insbesondere ein mechanischer Schutz der oft empfindlichen Feinfilterlage erreicht. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Filtermedium 1 und damit auch die Feinfilterlage gefaltet wird, da hierdurch insbesondere das Medium vor Beschädigungen beim Falten geschützt werden kann. Ferner können derartige Deckschichten zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit der Feinfilterlage 2 beitragen.
Die Spinnvliese der Deckschicht(en) sind dabei insbesondere aus einem Polyester oder Polypropylen oder Polyamid als Werkstoff gebildet. Zum Beispiel weisen die Spinnvliese der Deckschicht(en) Flächenmassen im Bereich von 10 und 250 g/m², bevorzugt 20 bis 60 g/m² und besonders bevorzugt 30–34 g/m² auf. Bevorzugte Schichtdicken für die Deckschichten liegen im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm.
Das Spinnvlies der Deckschichten kann aus Endlosfasern gebildet sein, die mittels temperierter Luft und/oder Galetten verstreckt und auf ein Transportband wirr abgelegt werden. Nachfolgen kann optional ein Kalanderprozess erfolgen zum Erzeugen eines Faserverbunds und/oder Beeinflussung der Vliesoberflächen. Die jeweilige Deckschicht ist insbesondere mit Hilfe eines Kalanderprozesses mit dem Glasfaserpapier verbunden.
2B zeigt ein Filtermedium 1 mit einer Filterschicht 4, die als Trägerschicht fungiert. Die Filterschicht 4 ist beispielsweise als Filtervlies ausgebildet und mit einem antiallergenen Stoff ausgerüstet. Weiterhin umfasst das Filtermedium 1 eine Filterschicht 2, die als Filtervlies zur Partikelabscheidung ausgebildet und mit einer antimikrobiellen, insbesondere bioziden, Ausrüstung vorgesehen ist. Zwischen den Filterschichten 2, 4 ist ein mehrlagiger Adsorptionsaufbau 5 vorgesehen. Dieser umfasst drei Klebschichten 6 (dabei kann es sich auch um Träger- bzw. Deckschichten handeln) mit zwei jeweils dazwischen angeordneten Aktivkohleschichten 7. In Bezug auf die Beschaffenheit der Aktivkohleschichten gilt das vorstehend Ausgeführte.
Das Filtermedium 1 aus 2C unterscheidet sich von demjenigen aus 2B dadurch, dass die Filterschicht 2 als ein Feinstaubfiltervlies ausgebildet ist, das einen antimikrobiellen Stoff umfasst und dazu eingerichtet ist, Feinstaub mit einem Partikeldurchmesser von 2,5 μm und größer aus der Luft zu filtern (sog. PM2.5-Vlies). Zwischen der Filterschicht 2 und dem Adsorptionsaufbau 5 kann eine Gaze 10 angeordnet sein.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Filterelement 8, das ein flächiges Filtermedium 1 umfasst. Das Filtermedium 1 ist dreilagig aufgebaut und umfasst eine Partikelrückhalteschicht 2, die zwischen einer antimikrobiellen Filterschicht 3 und einer antiallergenen Filterschicht 4 liegt. Die Partikelrückhalteschicht 2 dient als Trägerschicht für die beiden anderen Filterschichten 3, 4. Das Filtermedium 1 ist zickzackförmig gefaltet, damit die Filterfläche erhöht wird. Man spricht auch von einem Faltenpack. Seitlich ist ein optionales Seitenband 11 dargestellt, das auf die Faltprofile angebracht ist und diese stabilisiert. Mögliches Schüttgut, wie Adsorberpartikel, zwischen den Lagen 2, 3, 4 wird durch das beispielsweise angeklebte Seitenband 11 zwischen den Lagen gehalten und am Herausrieseln gehindert.
Im bestimmungsgemäßen Einsatz strömt zu reinigende Rohluft durch das Faltenpack bzw. das Filterelement 8. Dabei werden insbesondere Staubpartikel und Flüssigkeitspartikel zurückgehalten. Die antibakteriellen und/oder antimikrobiellen Stoffe im Filtermedium 1 erlauben einen besonders hygienischen Betrieb. Außerdem werden Allergiker vor Allergenen geschützt. Gesäuberte Reinluft tritt aus dem Filterelement 8 aus und kann beispielsweise in einen Fahrgastinnenraum eines Fahrzeugs oder zur weiteren Klimatisierung geleitet werden.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Filteranordnung 12, die als Filtermodul einer Kraftfahrzeugklimaanlage ausgestaltet sein kann. Eine Filteraufnahme bzw. eine Filtergehäuse 13 hält ein Filterelement 8, zum Beispiel wie es in den vorherigen Ausführungsbeispielen angedeutet ist. Rohluft strömt durch einen Einlass 15 in das Gehäuse 13 ein und tritt gereinigt als Reinluft an einem Auslass 16 aus. Das Filterelement 8 trennt einen Rohluftbereich 17 von einem Reinluftbereich 18 und ist seitlich gegenüber dem Gehäuse 13 abgedichtet.
Das vorgeschlagene Filtermedium kann nicht nur in Innenraumfiltern für Kraftfahrzeuge zur Anwendung kommen. Weitere Einsatzgebiete sind Staubsaugerfilter, Filterelemente für Gebäude- und Standklimaanlagen, Filterelemente für Luftreiniger, Atemfilter und dgl. Außerdem können weitere Filterschichten vorgesehen werden, die spezielle Rückhalteeigenschaften aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1882511 A2 [0005]
WO 2012168185 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ISO 9277:2003-05 [0017]
ISO 9347 [0021]

Claims

Filtermedium (1, 1', 1''), insbesondere zur Filterung von Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine erste Filterschicht (2) zum Zurückhalten von Partikeln sowie einen antimikrobiellen und einen antiallergenen Stoff.
Filtermedium nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite Filterschicht (3), welche den antimikrobiellen Stoff enthält, und eine dritte Filterschicht (4), welche den antiallergenen Stoff enthält.
Filtermedium nach Anspruch 2, wobei die erste Filterschicht (2) zwischen der zweiten und der dritten Filterschicht (3, 4) angeordnet ist.
Filtermedium nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zweite Filterschicht (3) und/oder die dritte Filterschicht (4) zu der ersten Filterschicht (2) unmittelbar benachbart ist.
Filtermedium nach Anspruch 1, wobei die erste oder eine zweite Filterschicht (2, 3) den antimikrobiellen und den antiallergenen Stoff, die erste Filterschicht (2) den antimikrobiellen Stoff und eine zweite Filterschicht (3) den antiallergenen Stoff oder die erste Filterschicht (2) den antiallergenen Stoff und eine zweite Filterschicht (3) den antimikrobiellen Stoff aufweist.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der antiallergene Stoff Polyphenole aufweist.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der antiallergene Stoff antiallergene Enzyme aufweist.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der antimikrobielle Stoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus antimikrobiellen Metallen und Metallverbindungen, insbesondere Silber, Kupfer und Aluminiumverbindungen, Nanosilber, Zink-Pyrithion, Octa-isothiazolon, 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, Isothiazolinonverbindungen, Benzoesäure und deren Derivate, Benzalkoniumhalogenide, wasserlösliche Coenzyme, öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, Antibiotika, biozide Metalle, aliphatische und aromatische Fettsäuren und quartäre Tenside.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der antimikrobielle Stoff und/oder der antiallergene Stoff durch Sprühaufbringung, Pflatschen oder mit Hilfe einer Foulardmaschine aufgebracht ist.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1–9, wobei ferner aufweisend eine Adsorptionslage (5) mit Aktivkohle, insbesondere mit hydrophober Aktivkohle.
Filtermedium nach Anspruch 10, wobei die Adsorptionslage (5) einen offenporigen Schaum mit rieselfähiger Aktivkohle oder eine fixierte Schüttung aus Aktivkohle, umfasst.
Filtermedium nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Adsorptionslage (5) Klebschichten (6) und dazwischen eingebrachte, rieselfähige Aktivkohle (7) aufweist.
Filtermedium nach einem der Ansprüche 1–12, wobei die erste, zweite, dritte und/oder eine weitere Filterschicht (2) als Feinfilter, insbesondere zum Herausfiltern von Partikeln mit einem Durchmesser 10 μm und größer, bevorzugt 2,5 μm und größer, ausgebildet ist.
Kraftfahrzeuginnenraumfilter (8) mit einem Filtermedium (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 1–13.
Filteranordnung (12), insbesondere Filtermodul einer Kraftfahrzeugklimaanlage, mit einer Filteraufnahme (13) und einem Kraftfahrzeuginnenraumfilter (8) nach Anspruch 14.