DE19812850C2 - Metallisches Feinstfiltermedium zum Abfiltern von Feststoffen aus Fluiden und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Metallisches Feinstfiltermedium zum Abfiltern von Feststoffen aus Fluiden und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein metallisches Feinstfiltermedium zum
Abfiltern von Feststoffen aus Fluiden und ein Verfahren zu
seiner Herstellung.
Derartige Feinstfilter können beispielsweise als Staubfilter
eingesetzt werden, insbesondere auch in dem schwierig zu
filternden Staubkornbereich unter 0,5 µm.
Staubfilter werden entsprechend ihrer Abscheideleistung nach
DIN EN 779 in neun Klassen (G1-G4, F5-F9 bzw. EU1-EU9)
eingeteilt. Als Feinstfilter werden solche Filter bezeichnet,
die einen mittleren Wirkungsgrad von mindestens 40% (F5) bis
besser als 95% (F9) zeigen. Der Wirkungsgrad ist ein Maß für
die Fähigkeit eines Filters, atmosphärischen Staub unter
definierten Prüfbedingungen abzuscheiden.
Derzeit werden Feinstfiltermedien aus Glas- oder
Synthesefasern, seltener auch aus Zellulose- oder Naturfasern
hergestellt. Bei der Luftfilterung wird das Filtermedium mit
verstaubter Luft durchströmt. Die Filterwirkung entsteht durch
die Benetzung der Filtermedien mit dem Staub. Die Effektivität
eines herkömmlichen Filters wird durch seine
Staubspeicherfähigkeit und den Nennvolumenstrom bei einer
vorgegebenen Druckdifferenz bestimmt. Feinstfilter werden in
staubsensiblen Bereichen der industriellen Fertigung, sowie bei
chemischen, physikalischen oder biologischen Prozeßabläufen
eingesetzt (z. B. Lackieranlagen, pharmazeutische
Produktionsflächen, Krankenhäuser, mikroelektronischen
Industrie, Forschungslaboratorien usw.).
Für grobe Luftfilter (G1-G4) werden, neben den
Fasermaterialien, auch Stahl- oder Aluminiumbleche und
Edelstahl- oder Aluminiumgestricke verwendet, die zum Teil mit
Benetzungsmitteln versehen werden.
Es ist auch bereits ein Filtermedium zur Trennung von
Feststoff-Flüssigkeitsgemischen bekannt, das als
Verbundelementkörper ausgebildet ist. Dabei ist ein
feinmaschiges Edelstahl-Gewebe als Filtergewebe auf einem
metallischen Stützgitter fest aufgebracht (DE 195 46 038 A1).
Die bekannten Filtermedien haben einige wesentlichen Nachteile.
So ist das Fasermaterial der Feinstfilter nicht regenerierbar.
Nach Erreichung der maximalen Staubspeicherfähigkeit müssen die
Filtermedien entsorgt werden. Außerdem ist die Filterwirkung
zeitlich nicht konstant. Sie läßt mit der Zeit nach. Abhilfe
schaffen hier nur aufwendige spezielle Rollbandfilter, bei
denen das Filtermedium kontinuierlich erneuert wird. Die
höchste Durchlässigkeit der feinsten Filter (F9) besteht für
Verunreinigungen mit einer Größe unter 0,5 µm. In diesem
Bereich liegt die "Schwachstelle" herkömmlicher Filter. Dieser
Größenbereich erlangt jedoch immer größere Bedeutung,
insbesondere bei der Fertigung von mikroelektronischen
Bauteilen. Nachteilig ist auch, daß die Feinstfilter
strukturbedingt keine definierte Porengröße besitzen, so daß
eine maximale oder minimale filterbare Staubkorngröße nicht
genau angegeben werden kann.
Aus der US 4 575 406 ist ein metallisches Feinstfiltermedium
mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1
entnehmbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leicht
regenerierbares, mit definierter Porengröße herstellbares
Feinstfiltermedium und ein Verfahren zu seiner Herstellung zur
technischen Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird bei einem metallischen Feinstfiltermedium
zum Abfiltern von Feststoffen aus Fluiden erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1 und bei einem Verfahren zu
seiner Herstellung durch die Merkmale des Patentanspruchs 5
gelöst.
Zweckmäßigerweise kann in dem Aluminium und in der
Aluminiumlegierung als Zusatz Cu und/oder Si enthalten sein.
Vorteilhafterweise ist die Metallfolie 0,2 µm bis 3,0 µm dick
und besitzt Poren mit einer Weite von < 0,5 µm, deren
Porenquerschnittsflächen 15% bis 40% der Folienfläche
beträgt.
Gemäß einer zweckmäßigen Anwendungsform des Filtermediums kann
die Metallfolie mit einem Stützgitter verbunden sein, auf dem
die Metallfolie aufliegt.
Zur Herstellung des Filtermediums sieht die Erfindung vor, daß
auf einer Trägerfolie aus einem Polymer mittels physikalischer
oder chemischer Schichtabscheidungsverfahren eine porige,
0,2 µm bis 3,0 µm dicke Metallschicht abgeschieden wird, und
daß danach die erzeugte Schicht elektrolytisch von der
Trägerfolie abgelöst wird. Als Trägerfolie kann dabei eine
Polyimidfolie verwendet werden.
Vorteilhaft wird die Metallschicht mittels Sputtern auf der
Trägerfolie abgeschieden.
Die Erfindung stellt ein neues Filtermedium für Feinstfilter
zur Verfügung. Damit gehen verbesserte bzw. neue
Einsatzmöglichkeiten einher. Das Material besteht aus einer
Metallfolie, wodurch die Filter, ähnlich wie grobe
Metallfilter, regenerierbar sind. Die Porengröße kann variiert
werden und liegt mit < 0,5 µm in einer Größenordnung, in der
herkömmliche Feinstfilter die höchste Staubdurchlässigkeit
aufweisen. Das neue Filtermaterial verbessert somit die
Staubfilterung gerade in diesem Bereich. Durch die relativ
glatte Oberfläche der Folien ist eine relativ einfach Säuberung
der Filtermedien möglich. Durch den Einsatz von
Benetzungsmitteln kann bei Bedarf die Benetzungsfähigkeit der
Metallfolie erhöht werden. Daneben ist auch eine einfache
Reinigung des Filters während des Betriebes möglich, z. B. durch
Luftstromumlenkung in bestimmten Intervallen und Absaugung des
gefilterten Staubes. Dadurch wird die zeitliche Konstanz der
Filterwirkung gegenüber herkömmlichen Filtern mit
festeingebauten Filtermedien erhöht. Da die Poren sehr klein
sind und herstellungsbedingt eine bestimmbare Porengröße nicht
überschreiten, können größere Partikel mit großer Sicherheit
gefiltert werden. Dies ist beispielsweise im medizinischen
Bereich bei der Keimfilterung von Bedeutung.
Die erfindungsgemäßen Feinstfilter können vorzugsweise als
Staubfilter in staubsensiblen Bereichen der industriellen
Fertigung sowie bei chemischen, physikalischen oder
biologischen Prozeßabläufen eingesetzt werden, z. B. bei
Lackieranlagen und pharmazeutischen Produktionsflächen, in
Krankenhäusern, in der mikroelektronischen Industrie und in
Forschungslaboratorien.
Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
Auf eine 13 µm dicke Polyimidfolie wird unter Einsatz eines
Aluminiumtargets in einem Sputter-Prozeß mittels
Katodenzerstäubung eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von
0,5 µm aufgebracht. Während des Sputter-Prozesses wird die
Polyimidfolie nicht beheizt. Dadurch und durch die
physikalischen Oberflächeneigenschaften von Aluminiumschicht
und Polyimidfolie wächst auf der Polyimidfolie eine porige
Aluminiumschicht auf. Nach der Schichterzeugung wird die
Aluminiumschicht in einer auf 40-60°C erwärmten
Kochsalzlösung, die etwa 20 g Kochsalz auf 100 ml Wasser
enthält, durch Anlegen einer negativen Gleichspannung von 30-
40 V bei einer Stromstärke von 0,1 A von der Polyimidfolie
abgelöst. Die Dauer des Ablöseprozesses beträgt etwa 1-2 min.
Die abgelöste Aluminiumschicht wird danach in der
Kochsalzlösung auf ein geeignetes Trägernetz gelegt und so aus
dem Bad entfernt.
Die so erzeugte 0,5 µm dicke Aluminiumfolie weist Poren mit
einer maximalen Weite von 0,05-0,5 µm auf. Der Anteil der
Porenquerschnittflächen in Schichtebene, bezogen auf die
Schichtoberfläche, beträgt etwa 30%.
Claims (7)
1. Metallisches Feinstfiltermedium zum Abfiltern von
Feststoffen aus Fluiden, das aus einer mittels
Abscheidungsverfahren erzeugten porigen Metallfolie besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung mit metallischen oder
nichtmetallischen Zusätzen von maximal 5 Gew.-% besteht.
2. Metallisches Feinstfiltermedium nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Aluminium und in der
Aluminiumlegierung als Zusatz Cu und/oder Si enthalten sind.
3. Metallisches Feinstfiltermedium nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie 0,2 µm bis 3,0 µm
dick ist und Poren mit einer Weite von < 0,5 µm besitzt, deren
Porenquerschnittsfläche 15% bis 40% der Folienfläche beträgt.
4. Metallisches Feinstfiltermedium nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie mit einem
Stützgitter verbunden ist, auf dem die Metallfolie aufliegt.
5. Verfahren zur Herstellung eines metallischen
Feinstfiltermediums nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem
auf einer Trägerfolie aus einem Polymer mittels physikalischer
oder chemischer Schichtabscheidungsverfahren eine porige,
0,2 µm bis 3,0 µm dicke Metallschicht abgeschieden wird, und
daß danach die erzeugte Schicht elektrolytisch von der
Trägerfolie abgelöst wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als
Trägerfolie eine Polyimidfolie verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallschicht mittels Sputtern auf der polymeren
Trägerfolie abgeschieden wird.
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