吸着性成形品及びその使用
【課題】 本願発明は、それぞれの粒子に基づく通常の粒子ベッドフィルタの不利益点を改善し、さらに機械的負荷下で、使用され、十分な可撓性及び/若しくは圧縮性を有する吸着性成形品を提供することにある。
【解決手段】 本願発明は、吸着剤粒子の凝集体に基づく多数の吸着性構造から(例えば、吸着剤粒子の多数の凝集体から)構築された吸着性成形品を提供するものであり、該吸着性成形品が、多数の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備し、該吸着剤粒子が、少なくとも部分的に熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに接着されること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーに、少なくとも部分的に結合及び/若しくは接着されることを特徴とするものである。
【解決手段】 本願発明は、吸着剤粒子の凝集体に基づく多数の吸着性構造から(例えば、吸着剤粒子の多数の凝集体から)構築された吸着性成形品を提供するものであり、該吸着性成形品が、多数の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備し、該吸着剤粒子が、少なくとも部分的に熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに接着されること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーに、少なくとも部分的に結合及び/若しくは接着されることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願発明は、吸着フィルタ技術分野に関するものである。
【0002】
本願発明は、吸着性粒子の凝集体に基づく吸着構造から解くに得られる吸着性成形部品に関し、さらにそれらの製造のための方法及びそれらの使用に関する。
【0003】
本願発明は、さらに本願発明の吸着性成形品を具備するフィルタに関する。
【背景技術】
【0004】
流体媒体、特に気体、又は気体流若しくは例えば空気のような気体混合物、又は、それに代わる例えば水のような液体を清浄化又は浄化するために、所定の活性(例えば、吸着剤、イオン交換体、触媒等)を有する粒子に基づく微粒子系が良く使用される。例えば、ガス若しくは空気流から有毒物又は有害物を取り除くための、又は液体からそれらを取り除くための吸着剤の使用は、従来技術から公知である。
【0005】
特に、ルース粒状ベッドフィルタの形の上述した粒子のルースベッドの使用は、例えば吸着剤粒子のような関連した粒子が、関連した気体又は液体と接触する中心的方式である。
【0006】
例えば吸着剤粒子のような小さい粒子が、より大きな粒子よりさらに大きい表面積を提供することから、効率は、比較的小さな粒子でより良くなることは当たり前である。しかしながら、ルースベッド上の小さい粒子は、高い圧力降下を生じ、且つ、その上、ある種の漏出リスクを伴う流路の形成を増長させる。そのため、ルースベッドに使用される粒子径は、通常折衷案であるので、特別な応用に関して最適な粒子径が使用されることがないことを意味している。特に経済的な動作状態、特に許容範囲内の圧力降下を達成するために必要なものは、吸着効率の最適な利用が望まれるよりも、大きな粒子(例えば吸着剤粒子)が使用されるようになることを意味するので、理論的な最適な能力の重要な部分が使用されることないことが多い。
【0007】
特許文献1(DE 38 13 564 A1)及びその関連発明である特許文献2(EP 0 338 551 A2)は、直径が0.1〜1mmの粒状、特に球状活性炭粒子が固定される高い空気透過性で実質的に形状固定の三次元支持台を具備し、前記支持台が、ワイヤー、モノフィラメント又はストラットから形成された編み上げ構造であり、又は大孔網状ポリウレタンフォームであるガスマスク用活性炭フィルタ層を開示する。この特許文献1に記載されたシステムの欠点は、それが、比較的高価で、操作に不便である上述した粒子を与えられなければならない付加的な支持材料を要求するという事実である。さらに、支持台の特別な選択が、この使用を制限する。
【0008】
特許文献3(DE 42 39 520 A1)は、吸着剤粒子が接着材料を介して固定される三次元支持台からなり、この支持台が、支持台に基づいて約20〜500%の量である熱安定性で高い加水分解耐性樹脂で覆われている高性能フィルタを開示する。特に、支持台は、シリコン樹脂、ポリプロピレン、加水分解耐性ポリウレタン、アクリレート、合成ゴム又はフッ素重合体で覆われた大孔網状ポリウレタンフォームからなるものである。これらの構造の製造方法は、相対的に高価であり、且つ不便である。さらに、そこに記載された技術は、付加的な支持構造の存在を要求している。
【0009】
特許文献4(DE 43 43 358 A1)は、多孔性二酸化珪素マトリクスに組み込まれた下地活性炭から形成されたプレート及び凝集体からなる活性炭を具備する多孔体を開示する。そこに特に記載されたものは、吸着特性を有する多孔性のプレート又は凝集体であり、活性炭顆粒又は活性炭球体、且つ/又は、活性炭からなる顆粒又は球体は、珪酸塩溶液によってお互いに接着され、その後珪酸塩架橋が、シリカゲル架橋に変換され、前記凝集体が乾燥される。これに関する不利益点は、これらの多孔性凝集体の固定された形状及びそれらの可撓性及び圧縮性の欠如が、機械的負荷下で濾過状態についてそれらを不適当にすることである。また別の不利益点は、活性炭からなる粒子が珪酸塩溶液で完全に湿らされるので、これらの粒子の能力の大きな部分が、もはや吸着過程に最適でないことである。
【0010】
特許文献5(DE 43 31 586 C2)は、0.1〜5mmの間の径の活性炭粒子が、略等しい大きさのピッチ粒子の周囲に配置され、微圧及び熱によって接着され、その後ピッチ粒子が不溶解の状態にされ、酸素によって活性炭に変換され、それによって凝集体の粒子間の自由間隔が、粒子径の少なくとも10容量%となるような幅を有する活性炭凝集体を開示する。これに記載される粒子の不利益的は、相対的に高価な高いエネルギー生産過程であり、得られた凝集体の非圧縮性である。活性炭凝集体の剛性によれば、機械的負荷下でのフィルタ応用のための使用は考えられない。圧縮性の欠如は、また圧縮成形による成形品への加工処理が不可能であることを意味する。
【0011】
同じものが、特許文献6(DE 42 38 142 A1)のように、無機材料、特に陶土の架橋を介してお互いに接続された吸着剤粒子を具備し、吸着剤粒子間の空きスペースが、10〜100容量%の吸着剤粒子から形成される吸着特性を有する多孔性凝集体へ適用される。また、ここに記載される多孔性体は、少しの可撓性及び圧縮性だけを有し、機械的負荷下での使用及び圧縮成形による成形品への加工処理を妨げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】DE 38 13 564 A1
【特許文献2】EP 0 338 551 A2
【特許文献3】DE 42 39 520 A1
【特許文献4】DE 43 43 358 A1
【特許文献5】DE 43 31 586 C2
【特許文献6】DE 42 38 142 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
そのため、本願発明によって処理される課題は、従来技術の上述した不利益点を少なくとも避けるか、少なくとも改善する吸着性成形品を提供することである。
【0014】
本願発明によって処理されるさらなる課題は、それぞれの粒子に基づく通常の粒子ベッドフィルタの不利益点を避けるか少なくとも改善し、さらに機械的負荷下で、使用され、十分な可撓性及び/若しくは圧縮性を有する吸着性成形品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本願発明の第1の様相によれば、上述した課題は、本願発明による吸着性成形品に関する請求項1の主題によって提案されるように解決される。さらに、本願発明のこの様相の発展形及び具体形は、関連した従属請求項の主題である。
【0016】
本願発明の第2の様相によれば、本願発明はさらに、本願発明によるこの吸着性成形品を製造するための方法、特に請求項32に規定されるような方法を提供するものである。さらに、本願発明のこの様相の利益的な発展形及び具体形は、従属する方法請求項の主題である。
【0017】
本願発明の第3の様相によれば、本願発明はさらに、本願発明による吸着性成形品の使用、特に請求項43〜47に規定される本願発明の使用を提供する。
【0018】
本願発明の第4の様相によれば、本願発明はさらに、本願発明による吸着性成形品を具備する請求項48によるフィルタを提供するものである。さらに、本願発明のこの様相の利益的な発展形及び具体形は、従属する請求項の主題である。
【0019】
繰り返しを避けるためだけに、本願発明の1つの様相に関して以下に引用されるような具体化例、具体例、利点等は、そのまま本願発明の他の様相にそのまま適用することも可能であることは容易にわかる。
【0020】
値、数値及び範囲記述のために下記に引用される範囲は、制限するものとしては解釈しない。その技術分野における通常の知識を有する者は、引用された範囲から離れた特別な場合又は使用において、詳細は本願発明の範囲を離れることなしに可能であることを理解する。
【0021】
それを明確にするために、本願発明はさらに特別に記載される。
【0022】
本願発明の第1の様相によれば、本願発明は、吸着剤粒子の凝集体に基づく種々の吸着性構造体から(例えば、吸着剤粒子の種々の凝集体から)構築された吸着性成形品を提供する。
【0023】
本願発明の吸着性成形品は、種々の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備する。その吸着剤粒子は、少なくとも部分的に熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに接着されること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーに、少なくとも部分的に結合及び/若しくは接着されることが望ましい。
【0024】
本願発明の吸着性成形品は、一体成形品であり及び/若しくはモノリシック形であることが望ましい。
【0025】
また、本願発明に係る吸着性成形品は、所望の幾何学的及び/若しくは三次元形態を有することが望ましい。例えば、本願発明の吸着性成形品は、円筒状、ロッド形状、プレート形状、立方体形状、多面体等の形状であることが望ましい。
【0026】
本願発明の吸着性成形品は、優れた圧力降下を有する。特に、本願発明の吸着性成形品は、0.2m/sの流速で、多くて200Pa/cm、特に多くて150Pa/cm、好ましくは多くて100Pa/cm、より好ましくは多くて90Pa/cm、更に好ましくは多くて70Pa/cm、最も好ましくは多くて50Pa/cmの長さベースの圧力降下を有するものである。
【0027】
主として、本願発明の吸着性成形品は、0.2m/sの流速で、5〜200Pa/cmの範囲内、特に5〜150Pa/cmの範囲内、好ましくは5〜100Pa/cmの範囲内、より好ましくは7.5〜90Pa/cmの範囲内、更に好ましくは10〜80Pa/cmの範囲内の長さベースの圧力降下を有するものである。
【0028】
本願発明の吸着性成形品は、吸着剤粒子の凝集体(例えば、吸着剤粒子凝集体)に基づいた吸着性構造体物から、特に上記又は下記に述べられるように、これらの吸着性構造体物及び/若しくは吸着剤粒子凝集体を圧縮成形することによって得られるものである。
【0029】
本願発明による吸着性成形品を製造するために、本願発明によって使用される吸着性構造体の基礎を形成するそれぞれの吸着剤粒子凝集体は、種々の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備する。前記吸着性構造体は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに結合されること、且つ/又は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーに結合及び/若しくは接着されることで、特徴づけられるものである。
【0030】
本願発明の範囲内で使用されるような「凝集体」という言葉は、大変広い意味を有するものとして理解されるべきであり、しっかりとして集合体を形成するために、予め緩い粒子(例えば、それぞれの吸着剤粒子=ベース粒子)の固まった/結合された蓄積を示すものである。本願発明の範囲内で使用されるような「凝集体」という言葉は、この場合有機重合体によってお互いに結合されるそれぞれの吸着剤粒子のいわゆる技術的に製造された集塊/蓄積を示すものである。
【0031】
「種々の吸着剤粒子」という言葉は、少なくとも2つ、好ましくは2つ以上の吸着剤粒子を意味するものとして本願発明の範囲内において理解されるべきである。
【0032】
また、本願発明によって使用される吸着性構造体における有機重合体は、特定の凝集体の少なくとも1つのコアを形成する。
【0033】
特に、それぞれの凝集体の吸着性粒子は、それぞれ有機重合体、特にバインダーの1つ以上のコアに配置及び/若しくは埋め込まれる。それぞれの凝集体は、それぞれ有機重合体、特にバインダーの1つ又はそれに代わる複数のコアを具備することが望ましい。
【0034】
有機重合体、特にバインダーのコアの大きさは、広い範囲内で変化することができる。
【0035】
本願発明によって使用される吸着性構造体における有機重合体、特にバインダーのコアは、100〜2000μmの範囲内、特に150〜1500μmの範囲内、好ましくは200〜1000μmの範囲内の大きさを有する。
【0036】
主として、それぞれの吸着剤粒子に対する有機重合体、特にバインダーの大きさの比率は、少なくとも1:1,特に少なくとも1.25:1、好ましくは少なくとも1.5:1、より好ましくは少なくとも2:1、最も好ましくは少なくとも3:1であることが望ましい。
【0037】
良好な吸着効率、特に吸着動態及び吸着能力を確保するために、それぞれの凝集体は、それぞれ少なくとも5個の吸着剤粒子、特に少なくとも10個の吸着剤粒子、好ましくは少なくとも15個の吸着剤粒子、より好ましくは20個の吸着剤粒子を具備するものである。また、前記それぞれの凝集体は、それぞれ50個までの吸着剤粒子、特に75個までの吸着剤粒子、好ましくは100個までの吸着剤粒子、又はそれ以上の吸着剤粒子を具備することが望ましい。
【0038】
それぞれの凝集体及び本願発明の吸着性成形品における有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比は、同様に、広い範囲で変化可能である。また、それぞれの凝集体は、少なくとも2:1、特に少なくとも3:1、好ましくは少なくとも5:1、より好ましくは7:1、最も好ましくは8:1の凝集体毎の有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比を有する。主として、それぞれの凝集体は、それぞれ2:1〜30:1の範囲内、特に3:1〜20:1の範囲内、好ましくは4:1〜15:1の範囲内、より好ましくは5:1〜10:1の範囲内の凝集体毎の有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比を有する。上述した下限値は、十分な数又は量の吸着剤粒子が、十分な吸着効率を確保するために存在しなければならず、また上述した上限値は、安定した集合体又は凝集体を確保するために十分な量の有機重合体の存在が必要であることから生じるという事実によって説明される。
【0039】
また、本願発明によって使用される吸着性構造体のそれぞれの凝集体は、自己支持形状であることが望ましい。これは、付加的な支持が要求されないという利点を有する。
【0040】
さらに、本願発明によって使用される吸着性構造体のそれぞれの凝集体は、粒子状形態をしている。それぞれの凝集体の粒子径は、広い範囲で変化可能である。特に、本願発明によって使用される吸着性構造体のそれぞれの凝集体は、0.01〜20mmの範囲内、特に0.05〜15mmの範囲内、好ましくは0.1〜10mmの範囲内、より好ましくは0.2〜7.5mmの範囲内、最も好ましくは0.5〜5mmの範囲内の粒子径、特に粒子直径を有することが望ましい。上述された粒子径の詳細は、絶対粒子径である。
【0041】
主として、本願発明によって使用される吸着性構造体のそれぞれの凝集体は、それぞれラズベリー様構造又はブラックベリー様構造を有する。それぞれの外郭吸着剤粒子は、有機重合体の1つ以上の内部コアの周りに配置される。
【0042】
さらに、使用される有機重合体は、熱可塑性の形であることが望ましい。主として、前記有機重合体は、熱粘着性の形である。前記有機重合体は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタンからなる群から選択されるポリマー及びそれらの混合物及び共重合体から選択されることが望ましい。
【0043】
前記有機重合体は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタンの群から選択される重合体及びそれらの混合物及び共重合体に基づく熱可塑性バインダー、特に熱可塑性接着剤を具備することが望ましい。
【0044】
前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、25℃、大気圧で固体であることが望ましい。
【0045】
主として、前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、約100℃好ましくは110℃、より好ましくは120℃以上の溶融若しくは軟化範囲を有する。前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、少なくとも100℃、好ましくは少なくとも125℃、より好ましくは少なくとも150℃の熱安定性温度を有することが望ましい。
【0046】
良好な吸着性効果、特に良好な吸着性動力学及び/若しくは良好な吸着性能力を確保するために、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、それらの表面の多くて50%まで、特に多くて40%まで、好ましくは多くて30%まで、より好ましくは多くて20%まで覆われる及び/若しくはコートされることが望ましい。しかしながら、表面の被覆率の程度は、有機重合体に対する吸着剤粒子の良好な粘着性を確保することが要求される。
【0047】
前記吸着剤粒子は、多孔構造を有することが望ましい。前記吸着剤粒子は、粒状、特に球状の形である。これは、吸着のための大変高い表面積を提供し、良好な機械的な負荷耐性、及び良好な可撓性/付着性を確保するものである。
【0048】
吸着剤粒子の粒子径は、広い範囲で変化可能である。主として、吸着剤粒子は、0.001〜3mmの範囲内、特に0.005〜2.5mmの範囲内、好ましくは0.01〜2mmの範囲内、より好ましくは0.02〜1.5mmの範囲内、最も好ましくは0.05〜1mmの範囲内の絶対粒子径、特に絶対粒子直径を有する。
【0049】
吸着剤粒子の平均粒子径は、広い範囲で変化可能である。主として、吸着剤粒子は、0.01〜2mmの範囲内、特に0.05〜1.5mmの範囲内、好ましくは0.1〜1mmの範囲内の平均粒子径、特に平均粒子直径(D50)を有する。
【0050】
前記吸着剤粒子は、活性炭;ゼオライト:無機酸化物、特に二酸化珪素、シリカゲル及びアルミニウム酸化物;分子篩;ミネラル粒子;クラスレート;金属有機構造材料(MOFs)及びそれらの混合物;の群から選択される材料からなることが望ましい。活性炭が特に好ましい。
【0051】
特に好ましい例において、前記吸着剤粒子は、粒状、特に球状活性炭から形成される。
【0052】
良好な吸着効果を確保するために、本願発明によって使用される吸着剤粒子が少なくとも500m2/g、特に少なくとも750m2/g、好ましくは少なくとも1000m2/g、より好ましくは少なくとも1200m2/gの所定の表面積(BET表面積)を有することが望ましい。主として、吸着剤粒子は、500〜4000m2/gの範囲内、特に750〜3000m2/gの範囲内、好ましくは900〜2500m2/gの範囲内、より好ましくは950〜2000m2/gの範囲内の所定の表面積(BET表面積)を有することが望ましい。
【0053】
本願発明によって使用される吸着剤粒子は、良好な機械的負荷耐性を有するものである。主として吸着剤粒子、特に活性炭粒子、好ましくは活性炭顆粒又は活性炭球は、1粒子当たり少なくとも5Nの破裂圧力、特に5N〜50Nの範囲内の破裂圧力を有することが望ましい。
【0054】
良好な吸着効果を確保するために、使用される吸着剤粒子は、高い吸着量、高いグールヴィッチ合計細孔量、高い合計孔隙率及び高い所定の合計細孔量を有することが望ましい。
【0055】
主として、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、少なくとも250cm3/g、特に少なくとも300cm3/g、好ましくは350cm3/g、より好ましくは少なくとも400cm3/gの吸着量Vadsを有することが望ましい。また、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、250〜3000cm3/gの範囲内、特に300〜2000cm3/gの範囲内、好ましくは350〜2500cm3/gの範囲内の吸着量Vadsを有することが望ましい。
【0056】
さらに、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、少なくとも0.50cm3/g、特に少なくとも0.55cm3/g、好ましくは少なくとも0.60cm3/g、より好ましくは0.65cm3/g、最も好ましくは0.70cm3/gのグールヴィッチ合計細孔量を有することが望ましい。特に、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、0.50〜2.0cm3/gの範囲内、特に0.55〜1.5cm3/gの範囲内、好ましくは0.60〜1.2cm3/gの範囲内、より好ましくは0.65〜1.0cm3/gの範囲内のグールヴィッチ合計細孔量を有することが望ましい。
【0057】
さらにまた、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、高い合計孔隙率を有することが望ましい。主として、吸着剤粒子は、10%〜80%の範囲内、特に20%〜75%の範囲内、好ましくは25%〜70%の範囲内の高い孔隙率を有することが望ましい。
【0058】
また、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、高い所定の合計細孔量を有することが望ましい。主として、吸着剤粒子は、0.01〜4.0cm3/gの範囲内、特に0.1〜3.0cm3/gの範囲内、好ましくは0.2〜2.0cm3/gの範囲内の所定の合計細孔量を有することが望ましい。75オングストローム以下の細孔直径を有する細孔の割合は、少なくとも65%、特に少なくとも70%、好ましくは少なくとも75%であることが望ましい。
【0059】
上述した特性を有し、特に球状活性炭に基づく吸着剤粒子は、ドイツ、エルクラスのブリュッヒャーゲーエムベーハー又はドイツ、プレムニッツアドソーテックゲーエムベーハーから入手可能である。
【0060】
上述したように、本願発明によって使用される吸着性構造体及び/若しくは当該構造を形成する凝集体は、本願発明による吸着性成形品へ加工されるもので、特に圧縮成形を介して加工されることが望ましい。
【0061】
ルースベッドの形及び成形品の形において、吸着性構造体が、上述したように、それぞれの吸着性粒子のルースベッドと比較して、極めて減少した圧力降下を有することが、本願発明によって使用される吸着性構造体の特別な利点である。
【0062】
このように、本願発明は、粒状又は球状吸着剤又は吸着剤粒子だけでなく、他の形状の吸着剤を、有機重合体、特にバインダー又は熱溶融性接着剤によって、ルースベッドにおいてだけでなく吸着性成形品に圧縮成形されるときに比較される例えば粒状又は球状吸着剤又は吸着剤粒子又は裂炭のルースベッドと比較して大変低い差圧を有する凝集体に変化することが可能である。そのため、本願発明によって使用される吸着性凝集体及び特に圧縮成形によってそれから得られる本願発明による吸着性成形品は、低い差圧及び低い初期漏出の両方が重要である応用分野において使用することができるものである。
【0063】
したがって、本願発明は、非限定的且つ非決定的方法において上述され且つ下記に列挙された種々の利点を有するものである。
【0064】
上述したように、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、ルースベッドの形においてだけでなく本願発明による吸着性成形品へ圧縮成形されるときに、例えば吸着性動力学、吸着性能力、初期漏出等が損なわれる他の吸着性特性なしの純粋な基礎吸着性粒子と比較して、著しく減少された差圧を有するものである。
【0065】
さらに、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、良好な機械的安定性を、良好な可撓性及び圧縮性と結合させるので、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、下記に詳細に説明されるように、所望の形状の対応する安定した自己支持吸着性成形品に容易に圧縮成形可能であり且つ加工可能である。
【0066】
本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、大変高いレベルの活性化を提供し、これによって大変高い機械的安定性と結合して基礎吸着性粒子の側で大変高い能力を提供する。凝集体形成は、非凝集体基礎吸着性粒子の場合のように大変高いままのレベルの活性化で凝集していない基礎吸着性粒子と比較して、機械的安定性において大きな減少を伴わない。
【0067】
本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、基礎吸着性粒子の側の大変高い可能性のある吸着電位による低い絶対濃度においてですら高い合計吸着効果を提供する。
【0068】
基礎吸着性粒子の純表面によれば、高い相対湿度は、効率において大幅な低下を生じることが観察されなかった。
【0069】
摩擦、消耗及び荷重下における基礎吸着剤粒子の高い硬度によって、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体及びそれから形成される本願発明による吸着性成形品は、少なくとも実質的にダストレスであり、特に少なくとも実質的に呼吸息粉塵粒子サイズを有さない。
【0070】
さらに、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、基礎粒子の優れた浸透性を維持するものである(例えば、濡れテストにおいて60%以上)。
【0071】
さらにまた、吸着の高い広域スペクトル有効性は、基礎吸着剤粒子の製造作業の過程で、効果的な細孔サイズ分布(例えば、大変高いミクロ及びメゾ/マクロ細孔量)を介して達成され、同様に基礎吸着剤粒子の側で大変良好な浸透性が達成される。本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、例えば1つの凝集体内でお互いに異なる細孔サイズ分布を有する吸着剤粒子を結合することを可能にし、吸着の広域スペクトル有効性を著しく改善するものである。
【0072】
圧力降下は、凝集体直径までの基礎吸着剤粒子直径の範囲内の凝集体留分の自由選択を介して自由に調節可能である。
【0073】
上述したように、著しく低い圧力降下は、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体のルースベッドだけでなく、同様の吸着能力を有する粒状又は成形活性炭と比較して圧縮成形によってそれらから得られる本願発明による吸着性成形品にも役立つものである。
【0074】
全体的な吸着効果及び全体的な吸着動力学は、基礎吸着剤粒子サイズ(例えば、変更可能な表面/容量比)の自由選択によって、且つ、基礎吸着剤粒子活性化(例えば、変更可能な細孔サイズ分布)のレベルの自由選択によって、調整可能/制御可能である。
【0075】
同様に、ベッド嵩密度及び所定の圧力降下に関する能力は、例えば基礎吸着剤粒子サイズ(例えば、変更可能な表面/容積比)の自由選択によって調整可能である。
【0076】
高い緩衝量は、有機高分子成分、特に熱溶融性接着剤成分によって減少する吸着性を補償し、そのため、前記有機高分子成分により閉鎖されていない細孔量は重要ではない。有機重合体の成分によるいかなる容量損失も、極端に小さいものである。
【0077】
さらに、願発明の第2の様相によれば、本願発明は、本願発明に係る吸着性成形品、特に上述したような吸着性成形品を製造する方法であって、特に上述したような吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体が、この方法の過程において圧縮成形される方法を提供するものである。主として、圧縮成形は、加熱することによって、好ましくは有機重合体の溶融温度又は軟化温度以下の温度まで加熱することによって達成されるものである。主として、圧縮成形は、同時形成によって達成されるものである。
【0078】
本願発明によって使用され且つ吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体は、多段工程によって取得されるもので、この吸着性構造体の多段製造工程は、
(a) 最初に、粒状、好ましくは球状吸着剤粒子と、熱可塑性有機重合体、特にバインダーの粒子とが接触し、混合されること、
(b) その後、結果として生じる混合物を、有機重合体の溶融又は軟化温度以上の温度まで加熱すること、そして
(c) 最後に、結果として生じる生成物を、有機重合体の溶融又は軟化温度より低い温度まで冷却すること、からなるものである。
【0079】
主に、上記段階(b)は、所定の時間、少なくとも1分間、好ましくは少なくとも5分間、より好ましくは10分間、到達温度を維持することを含むものである。特に、前記到達温度は、1〜600分の範囲内、特に5〜300分の範囲内、好ましくは10〜150分の範囲内の期間維持される。維持時間を決定するための基準は、全体的に均一な温度になること、すべての有機重合体、特にすべての熱溶融性接着剤が、完全に溶解することである。
【0080】
また、上記段階(b)の実行の間、特に上述した加熱及び/若しくは作業を維持する工程において、エネルギー入力は、混合を介して実行され、そこで、エネルギー入力は、結果として生じる凝集体サイズを制御するために使用される。この場合、小さい凝集体サイズは、エネルギー入力を上昇させることで得られる。
【0081】
主として、本願発明によって使用される吸着性構造体を製造する方法は、加熱可能な回転チューブ、特に回転チューブオーブンにおいて実行される。この回転チューブの回転速度は、エネルギー入力及びこれによって生じる凝集体サイズを制御するために使用される。尚、より小さい凝集体サイズは、回転速度を上昇させることで達成される。回転チューブのバッチ毎の排出は、それぞれのバッチについて回転速度を変化させることによる種々の凝集体サイズ分布を達成することが可能となる。
【0082】
上述したように、段階(c)において生じる凝集体は、最終段階において本願発明による吸収性成形品に加工され、特に圧縮成形によって加工される。成形品に加工することは、熱による温度されるべきものであり、その場合、有機重合体、特に熱溶融性接着剤の溶融又は軟化温度以下の温度によって達成されるので、関連した凝集体は、分解及び/若しくは分裂されない。
【0083】
本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体のための多段製造方法において、熱可塑性有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、粒子、特に粒状又は球状粒子の形で、好ましくは室温及び大気圧下で、固体粒子の形で使用されることが望ましい。また、有機重合体は、100〜2000μmの範囲内、特に150〜1500μmの範囲内、好ましくは200〜1000μmの範囲内の粒子径で使用されることが望ましい。吸着剤粒子に対する有機重合体のサイズ比は、1:1以上、特に1.25:1以上、好ましくは1.5:1以上、より好ましくは2:1以上、最も好ましくは3:1以上で選択されることが望ましい。
【0084】
本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体のための多段製造方法において、有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比は、少なくとも2:1、特に少なくとも3:1、好ましくは5:1、より好ましくは7:1、最も好ましくは少なくとも8:1であることが望ましい。さらに有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比は、2:1〜30:1の範囲内、特に3:1〜20:1の範囲内、好ましくは4:1〜15:1の範囲内、より好ましくは5:1〜10:1の範囲内で変化可能である。
【0085】
上述したように、使用される有機重合体は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタン且つそれらの混合物及び共重合体の群から選択される重合体に基づく熱可塑性バインダーであることが好ましく、特に熱可塑性熱溶融性接着剤であることが望ましい。
【0086】
本願発明の具体例において、例えば下記する手順が採用される。
【0087】
上述したように、使用される有機重合体は、熱可塑性接着剤、好ましくはいわゆる粉末接着剤の形の熱可塑性接着剤を具備するものであり、その場合、複数の接着剤が使用可能である。使用される接着剤の代表的な粒子径は、200〜1000μmの範囲内で変化可能である。高温及び化学的に安定性を有する接着剤が使用されることが望ましい。
【0088】
熱可塑性接着剤、特に熱溶融性接着剤が使用されることが望ましい。ポリエステル、ポリアミド又はポリウレタンハードセグメントを使用することができ、またそれはソフトセグメントを含むものであっても良く、その場合、ソフトセグメントは、ポリエーテル及びポリエステルの部類から選択されることが望ましい。
【0089】
上述したように、熱溶融性接着剤は、粉末形態で使用されることが望ましい。この接着剤の粒子径分布は、ベッドにおける接着成分の下方降下が防止されるために、基礎吸着剤粒子の粒子径分布よりも大きくなるべきである。
【0090】
上述したように、粉末接着剤粒子と、基礎吸着剤粒子は、最初に回転チューブに充填され、そこで集中的に混合され、この混合物は、接着剤の軟化又は溶融温度以上に加熱され、その温度で所定の時間維持されるものである。この熱処理は、使用される接着剤によって変化する。機械的処理、特に回転チューブの回転速度は、凝集体の結果として生じる大きさに影響を与えるために使用される。
【0091】
凝集化は、使用される接着剤の種類に依存する。上述したように、所望の接着剤が原則として使用される。目標温度は、接着剤の溶解又は軟化温度以上又は範囲内であるべきである。
【0092】
廃棄されるベッドが、加工の過程において目標温度まで加熱されること、且つ、適当に設定された維持時間が、廃棄されるベッド全体が完全に加熱されるために使用されることに注意を払う必要がある。
【0093】
さらなる温度上昇及びこれによる接着剤の粘度の減少が、接着剤の溶融又は軟化温度に到達すると同時に上昇し、吸着剤粒子の要求されない細孔閉鎖を生じるので、できるだけ低くすることが望ましい。
【0094】
機械的処理、特に回転チューブ反応炉の回転速度は、所望の凝集体サイズ分布に依存する。回転速度の上昇は、凝集体サイズ分布における限定された影響を励起するために使用される。回転速度の上昇は、より小さい凝集体サイズ分布を生じる。
【0095】
また、上述したように、吸着剤粒子の凝集体に基づいて、この方法において得られた吸着性構造体は、本願発明による吸着性成形品に圧縮成形され、そのために、圧縮成形は、上述したように、成形と同時に加熱、特に有機重合体の溶融又は軟化温度以下の温度までの加熱を伴って実行される。
【0096】
本願発明の吸着性成形品のための本願発明の製造方法に関する詳細については、本願発明の吸着性成形品に関してなされた上述した見解を参照し、本願発明の製造方法に関してそのまま適用するものである。
【0097】
本願発明の第3の態様によれば、本願発明はさらに、本願発明に係る吸着性成形品の本願発明の使用を提供するものである。
【0098】
本願発明に係る吸着性成形品は、特にガス又は空気流から、又は、液体、特に水から毒物、有害物及び臭気を吸着するために使用されるものである。
【0099】
さらに、本願発明の吸着性成形品は、ガス、ガス流若しくはガス混合物、特に空気、又は、液体、特に水を清浄化又は浄化するために使用されるものである。
【0100】
さらにまた、本願発明の吸着性成形品は、吸着フィルタに使用されるものである。
【0101】
本願発明の吸着性成形品は、フィルタ、特に吸着フィルタの製造に使用されるものである。
【0102】
本願発明の吸着性成形品は、ガス、特に水素の収着貯蔵として使用されるものである。
【0103】
本願発明による吸着性成形品の本願発明の使用に関する詳細については、本願発明の他の様相に関する上記見解を参照し、本願発明のこの様相に関してそのまま適用されるものである。
【0104】
ほんがん発明の第4の様相によれば、本願発明は、本願発明による吸着性成形品を具備するフィルタを提供するものである。
【0105】
特に、このフィルタは、多くて200Pa/cm、特に5〜200Pa/cmの範囲内の0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有する。
【0106】
特に、本願発明のフィルタは、多くて150Pa/cm、特に多くて100Pa/cm、好ましくは多くて90Pa/cm、より好ましくは多くて70Pa/cm、最も好ましくは多くて50Pa/cmの0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有する。
【0107】
主に、本願発明のフィルタは、5〜150Pa/cmの範囲内、特に5〜100Pa/cmの範囲内、好ましくは7.5〜90Pa/cmの範囲内、より好ましくは10〜80Pa/cmの範囲内の0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有する。
【0108】
本願発明のフィルタに関する詳細について、本願発明のこの態様に関してそのまま適用することができるので、本願発明の他の様相に関する上記見解を参照することができる。
【0109】
本願発明の利益的な特性、様相及び特質は、図面に示される典型的な例の下記する記載から明らかにである。
【図面の簡単な説明】
【0110】
【図1】図1は、吸着剤粒子の凝集体に基づき、本願発明によって使用される吸着性構造体の拡大写真である。
【図2】図2は、吸着剤粒子の凝集体に基づき、本願発明よって使用される吸着性構造体の200倍の顕微鏡拡大写真である。
【図3】図3は、吸着剤粒子の凝集体に基づき、本願発明よって使用される吸着性構造体の500倍の顕微鏡拡大写真である。
【図4】図4は、本願発明によって使用される1つの吸着性構造体の[mm]単位の凝集体サイズにおける0.2m/sの流速での[Pa/cm]単位における長さに基づく圧力降下の関係を示した特性線図である。
【図5】図5は、本願発明によって使用される1つの吸着性構造体の[g/l]単位のベッド嵩密度における0.2m/sの流速での[Pa/cm]単位における長さに基づく圧力降下の関係を示した特性線図である。
【図6】凝集体サイズの比率として、本願発明によって使用される1つの吸着性構造体のベッドの時間依存漏出曲線を示す特性線図である。
【図7】図7は、本願発明によって使用される別の吸着性構造体の[mm]単位の凝集体サイズにおける0.2m/sの流速での[Pa/cm]単位における長さに基づく圧力降下の関係を示した特性線図である。
【図8】図8は、本願発明によって使用される別の吸着性構造体の[g/l]単位のベッド嵩密度における0.2m/sの流速での[Pa/cm]単位における長さに基づく圧力降下の関係を示した特性線図である。
【図9】凝集体サイズの比率として、本願発明によって使用される別の吸着性構造体のベッドの時間依存漏出曲線を示す特性線図である。
【図10】本願発明によって使用される吸着性構造体から圧縮成形によって得られる本願発明の吸着性成形品の1つの幾何学的形状を示した説明図である。
【図11】本願発明によって使用される吸着性構造体から圧縮成形によって得られる本願発明の吸着性成形品の別の幾何学的形状を示した説明図である。
【図12】本願発明によって使用される吸着性構造体から圧縮成形によって得られる本願発明の吸着性成形品のさらに別の幾何学的形状を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0111】
本願発明の精巧品、改良品及び変形品は、本願発明の範囲をそれること無しに、下記する記載を読み込むことによって当業者であれば容易に明確化し、理解することができる。
【0112】
本願発明は、下記する具体例によって説明されるが、これは本願発明を限定するものではない。
【実施例】
【0113】
吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体の製造及びこれから得られる本願発明に係る吸着性成形品の製造が記載される。
【0114】
吸着性構造体又は凝集体の製造は、活性炭に基づく球状吸着剤粒子(ドイツ、エルクラス、ブリュッヒャーゲーエムベーハー又はドイツ、プレムニッツ、アドソーテックゲーエムベーハーから入手可能)がお互いに接触され、200〜1000μmの粒子径を有する熱可塑性熱溶融性接着剤粒子(例えば、スイス、EMSグリルテック、EMS−ケミエAGから入手可能なコポリエステル熱溶融性接着剤)がお互いに接触され、前記球状吸着剤粒子及び熱可塑性熱溶融性接着剤粒子が回転チューブ炉内で混合され、該当する熱可塑性熱溶融性接着剤粒子の溶融又は軟化温度以上に炉内で加熱され、所定時間この温度が維持された後、結果として生じる生成品が、該当する接着剤粒子の溶融又は軟化温度以下に冷却されるという工程で実行される。本願発明の目的に適合する熱溶融性接着剤は、例えば下記する特性を有する:溶融範囲:118〜123℃、溶融粘度:350mPa、積層温度:120〜150℃、耐熱性:100℃まで、洗浄抵抗:75℃まで。
【0115】
前記工程は、エネルギー入力を制御することによって加熱回転チューブ炉において実行され、これによって回転チューブ炉の回転速度を介して凝集体のサイズを結果として変化させる。
【0116】
結果として生じる凝集体は、その後分析され、評価される。吸着性構造体の関連した例は、図1乃至3において示されている。この方法において得られた吸着性構造体又は凝集体は、それに続いて、関連した熱溶融性接着剤の溶融又は軟化温度以下に加熱すると共に同時に成形する圧縮成形によって、本願発明に係る吸着性成形品に加工される。これによって、本願発明の吸着性成形品が生じる。関連した例は、図10〜12に示される。
【0117】
凝集体1の最適な製造例
【0118】
開始材料:
・基礎吸着剤粒子;球状活性炭、多分散系、微粒子、粒径<0.315mm
・熱可塑性熱溶融性接着剤、粒径200〜1000μm
・接着剤の使用重量比:1:4(接着剤:基礎粒子)
・目標温度:T=175℃
・目標温度維持時間:t=30分
・回転チューブ反応炉回転速度:n=1rpm
【0119】
下記する表は、形成された凝集体に関する例による下記に重量比接着剤含有量及び重量比ブタン吸着を報告するものである。サンプルテストは、重複して実施される。
【0120】
【表1】
【0121】
形成された凝集体は、下記する篩割合に分割される:
・0.6〜1.0mm(凝集体I)
・0.8〜1.25mm(凝集体II)
・1.25〜2.5mm(凝集体III)
【0122】
下記する表2は、ふるい落とされた凝集体で測定された値によって報告される。
【0123】
【表2】
【0124】
図4及び図5のグラフは、凝集体サイズに対する圧力降下の変化(図4)及び接着成分を有する嵩密度に対する圧力降下の変化(図5)を示すものである。
【0125】
図6のグラフは、サイズの異なるいろいろな凝集体の漏出曲線(トルエン)の変化を示すものである(流量v=0.1m/s;初期濃度c=トルエンの80ppm;相対湿度50%;温度T=23℃;ベッド高h=20mm)。
【0126】
下記する表3は、例として通常の活性炭フィルタと比較した漏出曲線の測定結果及びパラメータを示すものである。凝縮体サイズの異なる凝縮体のベッド(0.315mmより小さい凝集された基礎吸着剤粒子)は、通常の活性炭粒子のベッドと比較される(比較例;粒子径:0.8〜1.7mm)。
【0127】
【表3】
【0128】
凝集体2の典型的製造
【0129】
開始材料:
・基礎吸着剤粒子;球状活性炭、多分散系、コース、粒径0.56〜0.71mm
・熱可塑性熱溶融性接着剤、粒径500〜1000μm
・使用接着剤重量比1:10(接着剤:基礎粒子)
・目標温度T=175℃
・目標温度の達成の維持時間t=30分
・回転チューブ反応炉の回転速度n=1rpm
【0130】
下記する表4は、形成された凝集体に関する例として重量ベースの吸着剤含有量及び重量ベースのブタン吸着量を示すものである。サンプルテストが、重複して実行される。
【0131】
【表4】
【0132】
形成される凝集体は、下記する篩割合に分割される。
・0.8〜1.25mm(凝集体I’)
・1.25〜2.5mm(凝集体II’)
・2.5〜5.0mm(凝集体III’)
【0133】
以下の表5は、篩い落とされた凝集体において測定されたサンプル値によって示すものである。
【0134】
【表5】
【0135】
図6及び図7のグラフは、凝集体サイズに対する圧力降下の変化(図6)及び接着剤成分を有する嵩密度に対する圧力降下の変化(図7)を示すものである。
【0136】
図8のグラフは、サイズの異なるいろいろな凝集体の漏出曲線(トルエン)を示すものである(流量v=0.1m/s;初期濃度c=トルエンの800ppm;相対湿度50%;温度T=23℃;ベッド高h=20mm)。
【0137】
下記する表6は、例として通常の活性炭フィルタと比較した漏出曲線の測定結果及びパラメータを示したものである。凝集体サイズの異なる凝集体ベッド(0.56〜0.71mmの凝集された基礎吸着剤粒子)が、通常の活性炭粒子のベッドと比較される(比較サンプル;粒子径0.8〜1.7mm)。
【0138】
【表6】
【技術分野】
【0001】
本願発明は、吸着フィルタ技術分野に関するものである。
【0002】
本願発明は、吸着性粒子の凝集体に基づく吸着構造から解くに得られる吸着性成形部品に関し、さらにそれらの製造のための方法及びそれらの使用に関する。
【0003】
本願発明は、さらに本願発明の吸着性成形品を具備するフィルタに関する。
【背景技術】
【0004】
流体媒体、特に気体、又は気体流若しくは例えば空気のような気体混合物、又は、それに代わる例えば水のような液体を清浄化又は浄化するために、所定の活性(例えば、吸着剤、イオン交換体、触媒等)を有する粒子に基づく微粒子系が良く使用される。例えば、ガス若しくは空気流から有毒物又は有害物を取り除くための、又は液体からそれらを取り除くための吸着剤の使用は、従来技術から公知である。
【0005】
特に、ルース粒状ベッドフィルタの形の上述した粒子のルースベッドの使用は、例えば吸着剤粒子のような関連した粒子が、関連した気体又は液体と接触する中心的方式である。
【0006】
例えば吸着剤粒子のような小さい粒子が、より大きな粒子よりさらに大きい表面積を提供することから、効率は、比較的小さな粒子でより良くなることは当たり前である。しかしながら、ルースベッド上の小さい粒子は、高い圧力降下を生じ、且つ、その上、ある種の漏出リスクを伴う流路の形成を増長させる。そのため、ルースベッドに使用される粒子径は、通常折衷案であるので、特別な応用に関して最適な粒子径が使用されることがないことを意味している。特に経済的な動作状態、特に許容範囲内の圧力降下を達成するために必要なものは、吸着効率の最適な利用が望まれるよりも、大きな粒子(例えば吸着剤粒子)が使用されるようになることを意味するので、理論的な最適な能力の重要な部分が使用されることないことが多い。
【0007】
特許文献1(DE 38 13 564 A1)及びその関連発明である特許文献2(EP 0 338 551 A2)は、直径が0.1〜1mmの粒状、特に球状活性炭粒子が固定される高い空気透過性で実質的に形状固定の三次元支持台を具備し、前記支持台が、ワイヤー、モノフィラメント又はストラットから形成された編み上げ構造であり、又は大孔網状ポリウレタンフォームであるガスマスク用活性炭フィルタ層を開示する。この特許文献1に記載されたシステムの欠点は、それが、比較的高価で、操作に不便である上述した粒子を与えられなければならない付加的な支持材料を要求するという事実である。さらに、支持台の特別な選択が、この使用を制限する。
【0008】
特許文献3(DE 42 39 520 A1)は、吸着剤粒子が接着材料を介して固定される三次元支持台からなり、この支持台が、支持台に基づいて約20〜500%の量である熱安定性で高い加水分解耐性樹脂で覆われている高性能フィルタを開示する。特に、支持台は、シリコン樹脂、ポリプロピレン、加水分解耐性ポリウレタン、アクリレート、合成ゴム又はフッ素重合体で覆われた大孔網状ポリウレタンフォームからなるものである。これらの構造の製造方法は、相対的に高価であり、且つ不便である。さらに、そこに記載された技術は、付加的な支持構造の存在を要求している。
【0009】
特許文献4(DE 43 43 358 A1)は、多孔性二酸化珪素マトリクスに組み込まれた下地活性炭から形成されたプレート及び凝集体からなる活性炭を具備する多孔体を開示する。そこに特に記載されたものは、吸着特性を有する多孔性のプレート又は凝集体であり、活性炭顆粒又は活性炭球体、且つ/又は、活性炭からなる顆粒又は球体は、珪酸塩溶液によってお互いに接着され、その後珪酸塩架橋が、シリカゲル架橋に変換され、前記凝集体が乾燥される。これに関する不利益点は、これらの多孔性凝集体の固定された形状及びそれらの可撓性及び圧縮性の欠如が、機械的負荷下で濾過状態についてそれらを不適当にすることである。また別の不利益点は、活性炭からなる粒子が珪酸塩溶液で完全に湿らされるので、これらの粒子の能力の大きな部分が、もはや吸着過程に最適でないことである。
【0010】
特許文献5(DE 43 31 586 C2)は、0.1〜5mmの間の径の活性炭粒子が、略等しい大きさのピッチ粒子の周囲に配置され、微圧及び熱によって接着され、その後ピッチ粒子が不溶解の状態にされ、酸素によって活性炭に変換され、それによって凝集体の粒子間の自由間隔が、粒子径の少なくとも10容量%となるような幅を有する活性炭凝集体を開示する。これに記載される粒子の不利益的は、相対的に高価な高いエネルギー生産過程であり、得られた凝集体の非圧縮性である。活性炭凝集体の剛性によれば、機械的負荷下でのフィルタ応用のための使用は考えられない。圧縮性の欠如は、また圧縮成形による成形品への加工処理が不可能であることを意味する。
【0011】
同じものが、特許文献6(DE 42 38 142 A1)のように、無機材料、特に陶土の架橋を介してお互いに接続された吸着剤粒子を具備し、吸着剤粒子間の空きスペースが、10〜100容量%の吸着剤粒子から形成される吸着特性を有する多孔性凝集体へ適用される。また、ここに記載される多孔性体は、少しの可撓性及び圧縮性だけを有し、機械的負荷下での使用及び圧縮成形による成形品への加工処理を妨げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】DE 38 13 564 A1
【特許文献2】EP 0 338 551 A2
【特許文献3】DE 42 39 520 A1
【特許文献4】DE 43 43 358 A1
【特許文献5】DE 43 31 586 C2
【特許文献6】DE 42 38 142 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
そのため、本願発明によって処理される課題は、従来技術の上述した不利益点を少なくとも避けるか、少なくとも改善する吸着性成形品を提供することである。
【0014】
本願発明によって処理されるさらなる課題は、それぞれの粒子に基づく通常の粒子ベッドフィルタの不利益点を避けるか少なくとも改善し、さらに機械的負荷下で、使用され、十分な可撓性及び/若しくは圧縮性を有する吸着性成形品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本願発明の第1の様相によれば、上述した課題は、本願発明による吸着性成形品に関する請求項1の主題によって提案されるように解決される。さらに、本願発明のこの様相の発展形及び具体形は、関連した従属請求項の主題である。
【0016】
本願発明の第2の様相によれば、本願発明はさらに、本願発明によるこの吸着性成形品を製造するための方法、特に請求項32に規定されるような方法を提供するものである。さらに、本願発明のこの様相の利益的な発展形及び具体形は、従属する方法請求項の主題である。
【0017】
本願発明の第3の様相によれば、本願発明はさらに、本願発明による吸着性成形品の使用、特に請求項43〜47に規定される本願発明の使用を提供する。
【0018】
本願発明の第4の様相によれば、本願発明はさらに、本願発明による吸着性成形品を具備する請求項48によるフィルタを提供するものである。さらに、本願発明のこの様相の利益的な発展形及び具体形は、従属する請求項の主題である。
【0019】
繰り返しを避けるためだけに、本願発明の1つの様相に関して以下に引用されるような具体化例、具体例、利点等は、そのまま本願発明の他の様相にそのまま適用することも可能であることは容易にわかる。
【0020】
値、数値及び範囲記述のために下記に引用される範囲は、制限するものとしては解釈しない。その技術分野における通常の知識を有する者は、引用された範囲から離れた特別な場合又は使用において、詳細は本願発明の範囲を離れることなしに可能であることを理解する。
【0021】
それを明確にするために、本願発明はさらに特別に記載される。
【0022】
本願発明の第1の様相によれば、本願発明は、吸着剤粒子の凝集体に基づく種々の吸着性構造体から(例えば、吸着剤粒子の種々の凝集体から)構築された吸着性成形品を提供する。
【0023】
本願発明の吸着性成形品は、種々の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備する。その吸着剤粒子は、少なくとも部分的に熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに接着されること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーに、少なくとも部分的に結合及び/若しくは接着されることが望ましい。
【0024】
本願発明の吸着性成形品は、一体成形品であり及び/若しくはモノリシック形であることが望ましい。
【0025】
また、本願発明に係る吸着性成形品は、所望の幾何学的及び/若しくは三次元形態を有することが望ましい。例えば、本願発明の吸着性成形品は、円筒状、ロッド形状、プレート形状、立方体形状、多面体等の形状であることが望ましい。
【0026】
本願発明の吸着性成形品は、優れた圧力降下を有する。特に、本願発明の吸着性成形品は、0.2m/sの流速で、多くて200Pa/cm、特に多くて150Pa/cm、好ましくは多くて100Pa/cm、より好ましくは多くて90Pa/cm、更に好ましくは多くて70Pa/cm、最も好ましくは多くて50Pa/cmの長さベースの圧力降下を有するものである。
【0027】
主として、本願発明の吸着性成形品は、0.2m/sの流速で、5〜200Pa/cmの範囲内、特に5〜150Pa/cmの範囲内、好ましくは5〜100Pa/cmの範囲内、より好ましくは7.5〜90Pa/cmの範囲内、更に好ましくは10〜80Pa/cmの範囲内の長さベースの圧力降下を有するものである。
【0028】
本願発明の吸着性成形品は、吸着剤粒子の凝集体(例えば、吸着剤粒子凝集体)に基づいた吸着性構造体物から、特に上記又は下記に述べられるように、これらの吸着性構造体物及び/若しくは吸着剤粒子凝集体を圧縮成形することによって得られるものである。
【0029】
本願発明による吸着性成形品を製造するために、本願発明によって使用される吸着性構造体の基礎を形成するそれぞれの吸着剤粒子凝集体は、種々の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備する。前記吸着性構造体は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに結合されること、且つ/又は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーに結合及び/若しくは接着されることで、特徴づけられるものである。
【0030】
本願発明の範囲内で使用されるような「凝集体」という言葉は、大変広い意味を有するものとして理解されるべきであり、しっかりとして集合体を形成するために、予め緩い粒子(例えば、それぞれの吸着剤粒子=ベース粒子)の固まった/結合された蓄積を示すものである。本願発明の範囲内で使用されるような「凝集体」という言葉は、この場合有機重合体によってお互いに結合されるそれぞれの吸着剤粒子のいわゆる技術的に製造された集塊/蓄積を示すものである。
【0031】
「種々の吸着剤粒子」という言葉は、少なくとも2つ、好ましくは2つ以上の吸着剤粒子を意味するものとして本願発明の範囲内において理解されるべきである。
【0032】
また、本願発明によって使用される吸着性構造体における有機重合体は、特定の凝集体の少なくとも1つのコアを形成する。
【0033】
特に、それぞれの凝集体の吸着性粒子は、それぞれ有機重合体、特にバインダーの1つ以上のコアに配置及び/若しくは埋め込まれる。それぞれの凝集体は、それぞれ有機重合体、特にバインダーの1つ又はそれに代わる複数のコアを具備することが望ましい。
【0034】
有機重合体、特にバインダーのコアの大きさは、広い範囲内で変化することができる。
【0035】
本願発明によって使用される吸着性構造体における有機重合体、特にバインダーのコアは、100〜2000μmの範囲内、特に150〜1500μmの範囲内、好ましくは200〜1000μmの範囲内の大きさを有する。
【0036】
主として、それぞれの吸着剤粒子に対する有機重合体、特にバインダーの大きさの比率は、少なくとも1:1,特に少なくとも1.25:1、好ましくは少なくとも1.5:1、より好ましくは少なくとも2:1、最も好ましくは少なくとも3:1であることが望ましい。
【0037】
良好な吸着効率、特に吸着動態及び吸着能力を確保するために、それぞれの凝集体は、それぞれ少なくとも5個の吸着剤粒子、特に少なくとも10個の吸着剤粒子、好ましくは少なくとも15個の吸着剤粒子、より好ましくは20個の吸着剤粒子を具備するものである。また、前記それぞれの凝集体は、それぞれ50個までの吸着剤粒子、特に75個までの吸着剤粒子、好ましくは100個までの吸着剤粒子、又はそれ以上の吸着剤粒子を具備することが望ましい。
【0038】
それぞれの凝集体及び本願発明の吸着性成形品における有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比は、同様に、広い範囲で変化可能である。また、それぞれの凝集体は、少なくとも2:1、特に少なくとも3:1、好ましくは少なくとも5:1、より好ましくは7:1、最も好ましくは8:1の凝集体毎の有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比を有する。主として、それぞれの凝集体は、それぞれ2:1〜30:1の範囲内、特に3:1〜20:1の範囲内、好ましくは4:1〜15:1の範囲内、より好ましくは5:1〜10:1の範囲内の凝集体毎の有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比を有する。上述した下限値は、十分な数又は量の吸着剤粒子が、十分な吸着効率を確保するために存在しなければならず、また上述した上限値は、安定した集合体又は凝集体を確保するために十分な量の有機重合体の存在が必要であることから生じるという事実によって説明される。
【0039】
また、本願発明によって使用される吸着性構造体のそれぞれの凝集体は、自己支持形状であることが望ましい。これは、付加的な支持が要求されないという利点を有する。
【0040】
さらに、本願発明によって使用される吸着性構造体のそれぞれの凝集体は、粒子状形態をしている。それぞれの凝集体の粒子径は、広い範囲で変化可能である。特に、本願発明によって使用される吸着性構造体のそれぞれの凝集体は、0.01〜20mmの範囲内、特に0.05〜15mmの範囲内、好ましくは0.1〜10mmの範囲内、より好ましくは0.2〜7.5mmの範囲内、最も好ましくは0.5〜5mmの範囲内の粒子径、特に粒子直径を有することが望ましい。上述された粒子径の詳細は、絶対粒子径である。
【0041】
主として、本願発明によって使用される吸着性構造体のそれぞれの凝集体は、それぞれラズベリー様構造又はブラックベリー様構造を有する。それぞれの外郭吸着剤粒子は、有機重合体の1つ以上の内部コアの周りに配置される。
【0042】
さらに、使用される有機重合体は、熱可塑性の形であることが望ましい。主として、前記有機重合体は、熱粘着性の形である。前記有機重合体は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタンからなる群から選択されるポリマー及びそれらの混合物及び共重合体から選択されることが望ましい。
【0043】
前記有機重合体は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタンの群から選択される重合体及びそれらの混合物及び共重合体に基づく熱可塑性バインダー、特に熱可塑性接着剤を具備することが望ましい。
【0044】
前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、25℃、大気圧で固体であることが望ましい。
【0045】
主として、前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、約100℃好ましくは110℃、より好ましくは120℃以上の溶融若しくは軟化範囲を有する。前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、少なくとも100℃、好ましくは少なくとも125℃、より好ましくは少なくとも150℃の熱安定性温度を有することが望ましい。
【0046】
良好な吸着性効果、特に良好な吸着性動力学及び/若しくは良好な吸着性能力を確保するために、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、それらの表面の多くて50%まで、特に多くて40%まで、好ましくは多くて30%まで、より好ましくは多くて20%まで覆われる及び/若しくはコートされることが望ましい。しかしながら、表面の被覆率の程度は、有機重合体に対する吸着剤粒子の良好な粘着性を確保することが要求される。
【0047】
前記吸着剤粒子は、多孔構造を有することが望ましい。前記吸着剤粒子は、粒状、特に球状の形である。これは、吸着のための大変高い表面積を提供し、良好な機械的な負荷耐性、及び良好な可撓性/付着性を確保するものである。
【0048】
吸着剤粒子の粒子径は、広い範囲で変化可能である。主として、吸着剤粒子は、0.001〜3mmの範囲内、特に0.005〜2.5mmの範囲内、好ましくは0.01〜2mmの範囲内、より好ましくは0.02〜1.5mmの範囲内、最も好ましくは0.05〜1mmの範囲内の絶対粒子径、特に絶対粒子直径を有する。
【0049】
吸着剤粒子の平均粒子径は、広い範囲で変化可能である。主として、吸着剤粒子は、0.01〜2mmの範囲内、特に0.05〜1.5mmの範囲内、好ましくは0.1〜1mmの範囲内の平均粒子径、特に平均粒子直径(D50)を有する。
【0050】
前記吸着剤粒子は、活性炭;ゼオライト:無機酸化物、特に二酸化珪素、シリカゲル及びアルミニウム酸化物;分子篩;ミネラル粒子;クラスレート;金属有機構造材料(MOFs)及びそれらの混合物;の群から選択される材料からなることが望ましい。活性炭が特に好ましい。
【0051】
特に好ましい例において、前記吸着剤粒子は、粒状、特に球状活性炭から形成される。
【0052】
良好な吸着効果を確保するために、本願発明によって使用される吸着剤粒子が少なくとも500m2/g、特に少なくとも750m2/g、好ましくは少なくとも1000m2/g、より好ましくは少なくとも1200m2/gの所定の表面積(BET表面積)を有することが望ましい。主として、吸着剤粒子は、500〜4000m2/gの範囲内、特に750〜3000m2/gの範囲内、好ましくは900〜2500m2/gの範囲内、より好ましくは950〜2000m2/gの範囲内の所定の表面積(BET表面積)を有することが望ましい。
【0053】
本願発明によって使用される吸着剤粒子は、良好な機械的負荷耐性を有するものである。主として吸着剤粒子、特に活性炭粒子、好ましくは活性炭顆粒又は活性炭球は、1粒子当たり少なくとも5Nの破裂圧力、特に5N〜50Nの範囲内の破裂圧力を有することが望ましい。
【0054】
良好な吸着効果を確保するために、使用される吸着剤粒子は、高い吸着量、高いグールヴィッチ合計細孔量、高い合計孔隙率及び高い所定の合計細孔量を有することが望ましい。
【0055】
主として、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、少なくとも250cm3/g、特に少なくとも300cm3/g、好ましくは350cm3/g、より好ましくは少なくとも400cm3/gの吸着量Vadsを有することが望ましい。また、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、250〜3000cm3/gの範囲内、特に300〜2000cm3/gの範囲内、好ましくは350〜2500cm3/gの範囲内の吸着量Vadsを有することが望ましい。
【0056】
さらに、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、少なくとも0.50cm3/g、特に少なくとも0.55cm3/g、好ましくは少なくとも0.60cm3/g、より好ましくは0.65cm3/g、最も好ましくは0.70cm3/gのグールヴィッチ合計細孔量を有することが望ましい。特に、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、0.50〜2.0cm3/gの範囲内、特に0.55〜1.5cm3/gの範囲内、好ましくは0.60〜1.2cm3/gの範囲内、より好ましくは0.65〜1.0cm3/gの範囲内のグールヴィッチ合計細孔量を有することが望ましい。
【0057】
さらにまた、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、高い合計孔隙率を有することが望ましい。主として、吸着剤粒子は、10%〜80%の範囲内、特に20%〜75%の範囲内、好ましくは25%〜70%の範囲内の高い孔隙率を有することが望ましい。
【0058】
また、本願発明によって使用される吸着剤粒子は、高い所定の合計細孔量を有することが望ましい。主として、吸着剤粒子は、0.01〜4.0cm3/gの範囲内、特に0.1〜3.0cm3/gの範囲内、好ましくは0.2〜2.0cm3/gの範囲内の所定の合計細孔量を有することが望ましい。75オングストローム以下の細孔直径を有する細孔の割合は、少なくとも65%、特に少なくとも70%、好ましくは少なくとも75%であることが望ましい。
【0059】
上述した特性を有し、特に球状活性炭に基づく吸着剤粒子は、ドイツ、エルクラスのブリュッヒャーゲーエムベーハー又はドイツ、プレムニッツアドソーテックゲーエムベーハーから入手可能である。
【0060】
上述したように、本願発明によって使用される吸着性構造体及び/若しくは当該構造を形成する凝集体は、本願発明による吸着性成形品へ加工されるもので、特に圧縮成形を介して加工されることが望ましい。
【0061】
ルースベッドの形及び成形品の形において、吸着性構造体が、上述したように、それぞれの吸着性粒子のルースベッドと比較して、極めて減少した圧力降下を有することが、本願発明によって使用される吸着性構造体の特別な利点である。
【0062】
このように、本願発明は、粒状又は球状吸着剤又は吸着剤粒子だけでなく、他の形状の吸着剤を、有機重合体、特にバインダー又は熱溶融性接着剤によって、ルースベッドにおいてだけでなく吸着性成形品に圧縮成形されるときに比較される例えば粒状又は球状吸着剤又は吸着剤粒子又は裂炭のルースベッドと比較して大変低い差圧を有する凝集体に変化することが可能である。そのため、本願発明によって使用される吸着性凝集体及び特に圧縮成形によってそれから得られる本願発明による吸着性成形品は、低い差圧及び低い初期漏出の両方が重要である応用分野において使用することができるものである。
【0063】
したがって、本願発明は、非限定的且つ非決定的方法において上述され且つ下記に列挙された種々の利点を有するものである。
【0064】
上述したように、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、ルースベッドの形においてだけでなく本願発明による吸着性成形品へ圧縮成形されるときに、例えば吸着性動力学、吸着性能力、初期漏出等が損なわれる他の吸着性特性なしの純粋な基礎吸着性粒子と比較して、著しく減少された差圧を有するものである。
【0065】
さらに、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、良好な機械的安定性を、良好な可撓性及び圧縮性と結合させるので、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、下記に詳細に説明されるように、所望の形状の対応する安定した自己支持吸着性成形品に容易に圧縮成形可能であり且つ加工可能である。
【0066】
本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、大変高いレベルの活性化を提供し、これによって大変高い機械的安定性と結合して基礎吸着性粒子の側で大変高い能力を提供する。凝集体形成は、非凝集体基礎吸着性粒子の場合のように大変高いままのレベルの活性化で凝集していない基礎吸着性粒子と比較して、機械的安定性において大きな減少を伴わない。
【0067】
本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、基礎吸着性粒子の側の大変高い可能性のある吸着電位による低い絶対濃度においてですら高い合計吸着効果を提供する。
【0068】
基礎吸着性粒子の純表面によれば、高い相対湿度は、効率において大幅な低下を生じることが観察されなかった。
【0069】
摩擦、消耗及び荷重下における基礎吸着剤粒子の高い硬度によって、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体及びそれから形成される本願発明による吸着性成形品は、少なくとも実質的にダストレスであり、特に少なくとも実質的に呼吸息粉塵粒子サイズを有さない。
【0070】
さらに、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、基礎粒子の優れた浸透性を維持するものである(例えば、濡れテストにおいて60%以上)。
【0071】
さらにまた、吸着の高い広域スペクトル有効性は、基礎吸着剤粒子の製造作業の過程で、効果的な細孔サイズ分布(例えば、大変高いミクロ及びメゾ/マクロ細孔量)を介して達成され、同様に基礎吸着剤粒子の側で大変良好な浸透性が達成される。本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体は、例えば1つの凝集体内でお互いに異なる細孔サイズ分布を有する吸着剤粒子を結合することを可能にし、吸着の広域スペクトル有効性を著しく改善するものである。
【0072】
圧力降下は、凝集体直径までの基礎吸着剤粒子直径の範囲内の凝集体留分の自由選択を介して自由に調節可能である。
【0073】
上述したように、著しく低い圧力降下は、本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体のルースベッドだけでなく、同様の吸着能力を有する粒状又は成形活性炭と比較して圧縮成形によってそれらから得られる本願発明による吸着性成形品にも役立つものである。
【0074】
全体的な吸着効果及び全体的な吸着動力学は、基礎吸着剤粒子サイズ(例えば、変更可能な表面/容量比)の自由選択によって、且つ、基礎吸着剤粒子活性化(例えば、変更可能な細孔サイズ分布)のレベルの自由選択によって、調整可能/制御可能である。
【0075】
同様に、ベッド嵩密度及び所定の圧力降下に関する能力は、例えば基礎吸着剤粒子サイズ(例えば、変更可能な表面/容積比)の自由選択によって調整可能である。
【0076】
高い緩衝量は、有機高分子成分、特に熱溶融性接着剤成分によって減少する吸着性を補償し、そのため、前記有機高分子成分により閉鎖されていない細孔量は重要ではない。有機重合体の成分によるいかなる容量損失も、極端に小さいものである。
【0077】
さらに、願発明の第2の様相によれば、本願発明は、本願発明に係る吸着性成形品、特に上述したような吸着性成形品を製造する方法であって、特に上述したような吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体が、この方法の過程において圧縮成形される方法を提供するものである。主として、圧縮成形は、加熱することによって、好ましくは有機重合体の溶融温度又は軟化温度以下の温度まで加熱することによって達成されるものである。主として、圧縮成形は、同時形成によって達成されるものである。
【0078】
本願発明によって使用され且つ吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体は、多段工程によって取得されるもので、この吸着性構造体の多段製造工程は、
(a) 最初に、粒状、好ましくは球状吸着剤粒子と、熱可塑性有機重合体、特にバインダーの粒子とが接触し、混合されること、
(b) その後、結果として生じる混合物を、有機重合体の溶融又は軟化温度以上の温度まで加熱すること、そして
(c) 最後に、結果として生じる生成物を、有機重合体の溶融又は軟化温度より低い温度まで冷却すること、からなるものである。
【0079】
主に、上記段階(b)は、所定の時間、少なくとも1分間、好ましくは少なくとも5分間、より好ましくは10分間、到達温度を維持することを含むものである。特に、前記到達温度は、1〜600分の範囲内、特に5〜300分の範囲内、好ましくは10〜150分の範囲内の期間維持される。維持時間を決定するための基準は、全体的に均一な温度になること、すべての有機重合体、特にすべての熱溶融性接着剤が、完全に溶解することである。
【0080】
また、上記段階(b)の実行の間、特に上述した加熱及び/若しくは作業を維持する工程において、エネルギー入力は、混合を介して実行され、そこで、エネルギー入力は、結果として生じる凝集体サイズを制御するために使用される。この場合、小さい凝集体サイズは、エネルギー入力を上昇させることで得られる。
【0081】
主として、本願発明によって使用される吸着性構造体を製造する方法は、加熱可能な回転チューブ、特に回転チューブオーブンにおいて実行される。この回転チューブの回転速度は、エネルギー入力及びこれによって生じる凝集体サイズを制御するために使用される。尚、より小さい凝集体サイズは、回転速度を上昇させることで達成される。回転チューブのバッチ毎の排出は、それぞれのバッチについて回転速度を変化させることによる種々の凝集体サイズ分布を達成することが可能となる。
【0082】
上述したように、段階(c)において生じる凝集体は、最終段階において本願発明による吸収性成形品に加工され、特に圧縮成形によって加工される。成形品に加工することは、熱による温度されるべきものであり、その場合、有機重合体、特に熱溶融性接着剤の溶融又は軟化温度以下の温度によって達成されるので、関連した凝集体は、分解及び/若しくは分裂されない。
【0083】
本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体のための多段製造方法において、熱可塑性有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、粒子、特に粒状又は球状粒子の形で、好ましくは室温及び大気圧下で、固体粒子の形で使用されることが望ましい。また、有機重合体は、100〜2000μmの範囲内、特に150〜1500μmの範囲内、好ましくは200〜1000μmの範囲内の粒子径で使用されることが望ましい。吸着剤粒子に対する有機重合体のサイズ比は、1:1以上、特に1.25:1以上、好ましくは1.5:1以上、より好ましくは2:1以上、最も好ましくは3:1以上で選択されることが望ましい。
【0084】
本願発明によって使用される吸着性構造体又は凝集体のための多段製造方法において、有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比は、少なくとも2:1、特に少なくとも3:1、好ましくは5:1、より好ましくは7:1、最も好ましくは少なくとも8:1であることが望ましい。さらに有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比は、2:1〜30:1の範囲内、特に3:1〜20:1の範囲内、好ましくは4:1〜15:1の範囲内、より好ましくは5:1〜10:1の範囲内で変化可能である。
【0085】
上述したように、使用される有機重合体は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタン且つそれらの混合物及び共重合体の群から選択される重合体に基づく熱可塑性バインダーであることが好ましく、特に熱可塑性熱溶融性接着剤であることが望ましい。
【0086】
本願発明の具体例において、例えば下記する手順が採用される。
【0087】
上述したように、使用される有機重合体は、熱可塑性接着剤、好ましくはいわゆる粉末接着剤の形の熱可塑性接着剤を具備するものであり、その場合、複数の接着剤が使用可能である。使用される接着剤の代表的な粒子径は、200〜1000μmの範囲内で変化可能である。高温及び化学的に安定性を有する接着剤が使用されることが望ましい。
【0088】
熱可塑性接着剤、特に熱溶融性接着剤が使用されることが望ましい。ポリエステル、ポリアミド又はポリウレタンハードセグメントを使用することができ、またそれはソフトセグメントを含むものであっても良く、その場合、ソフトセグメントは、ポリエーテル及びポリエステルの部類から選択されることが望ましい。
【0089】
上述したように、熱溶融性接着剤は、粉末形態で使用されることが望ましい。この接着剤の粒子径分布は、ベッドにおける接着成分の下方降下が防止されるために、基礎吸着剤粒子の粒子径分布よりも大きくなるべきである。
【0090】
上述したように、粉末接着剤粒子と、基礎吸着剤粒子は、最初に回転チューブに充填され、そこで集中的に混合され、この混合物は、接着剤の軟化又は溶融温度以上に加熱され、その温度で所定の時間維持されるものである。この熱処理は、使用される接着剤によって変化する。機械的処理、特に回転チューブの回転速度は、凝集体の結果として生じる大きさに影響を与えるために使用される。
【0091】
凝集化は、使用される接着剤の種類に依存する。上述したように、所望の接着剤が原則として使用される。目標温度は、接着剤の溶解又は軟化温度以上又は範囲内であるべきである。
【0092】
廃棄されるベッドが、加工の過程において目標温度まで加熱されること、且つ、適当に設定された維持時間が、廃棄されるベッド全体が完全に加熱されるために使用されることに注意を払う必要がある。
【0093】
さらなる温度上昇及びこれによる接着剤の粘度の減少が、接着剤の溶融又は軟化温度に到達すると同時に上昇し、吸着剤粒子の要求されない細孔閉鎖を生じるので、できるだけ低くすることが望ましい。
【0094】
機械的処理、特に回転チューブ反応炉の回転速度は、所望の凝集体サイズ分布に依存する。回転速度の上昇は、凝集体サイズ分布における限定された影響を励起するために使用される。回転速度の上昇は、より小さい凝集体サイズ分布を生じる。
【0095】
また、上述したように、吸着剤粒子の凝集体に基づいて、この方法において得られた吸着性構造体は、本願発明による吸着性成形品に圧縮成形され、そのために、圧縮成形は、上述したように、成形と同時に加熱、特に有機重合体の溶融又は軟化温度以下の温度までの加熱を伴って実行される。
【0096】
本願発明の吸着性成形品のための本願発明の製造方法に関する詳細については、本願発明の吸着性成形品に関してなされた上述した見解を参照し、本願発明の製造方法に関してそのまま適用するものである。
【0097】
本願発明の第3の態様によれば、本願発明はさらに、本願発明に係る吸着性成形品の本願発明の使用を提供するものである。
【0098】
本願発明に係る吸着性成形品は、特にガス又は空気流から、又は、液体、特に水から毒物、有害物及び臭気を吸着するために使用されるものである。
【0099】
さらに、本願発明の吸着性成形品は、ガス、ガス流若しくはガス混合物、特に空気、又は、液体、特に水を清浄化又は浄化するために使用されるものである。
【0100】
さらにまた、本願発明の吸着性成形品は、吸着フィルタに使用されるものである。
【0101】
本願発明の吸着性成形品は、フィルタ、特に吸着フィルタの製造に使用されるものである。
【0102】
本願発明の吸着性成形品は、ガス、特に水素の収着貯蔵として使用されるものである。
【0103】
本願発明による吸着性成形品の本願発明の使用に関する詳細については、本願発明の他の様相に関する上記見解を参照し、本願発明のこの様相に関してそのまま適用されるものである。
【0104】
ほんがん発明の第4の様相によれば、本願発明は、本願発明による吸着性成形品を具備するフィルタを提供するものである。
【0105】
特に、このフィルタは、多くて200Pa/cm、特に5〜200Pa/cmの範囲内の0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有する。
【0106】
特に、本願発明のフィルタは、多くて150Pa/cm、特に多くて100Pa/cm、好ましくは多くて90Pa/cm、より好ましくは多くて70Pa/cm、最も好ましくは多くて50Pa/cmの0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有する。
【0107】
主に、本願発明のフィルタは、5〜150Pa/cmの範囲内、特に5〜100Pa/cmの範囲内、好ましくは7.5〜90Pa/cmの範囲内、より好ましくは10〜80Pa/cmの範囲内の0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有する。
【0108】
本願発明のフィルタに関する詳細について、本願発明のこの態様に関してそのまま適用することができるので、本願発明の他の様相に関する上記見解を参照することができる。
【0109】
本願発明の利益的な特性、様相及び特質は、図面に示される典型的な例の下記する記載から明らかにである。
【図面の簡単な説明】
【0110】
【図1】図1は、吸着剤粒子の凝集体に基づき、本願発明によって使用される吸着性構造体の拡大写真である。
【図2】図2は、吸着剤粒子の凝集体に基づき、本願発明よって使用される吸着性構造体の200倍の顕微鏡拡大写真である。
【図3】図3は、吸着剤粒子の凝集体に基づき、本願発明よって使用される吸着性構造体の500倍の顕微鏡拡大写真である。
【図4】図4は、本願発明によって使用される1つの吸着性構造体の[mm]単位の凝集体サイズにおける0.2m/sの流速での[Pa/cm]単位における長さに基づく圧力降下の関係を示した特性線図である。
【図5】図5は、本願発明によって使用される1つの吸着性構造体の[g/l]単位のベッド嵩密度における0.2m/sの流速での[Pa/cm]単位における長さに基づく圧力降下の関係を示した特性線図である。
【図6】凝集体サイズの比率として、本願発明によって使用される1つの吸着性構造体のベッドの時間依存漏出曲線を示す特性線図である。
【図7】図7は、本願発明によって使用される別の吸着性構造体の[mm]単位の凝集体サイズにおける0.2m/sの流速での[Pa/cm]単位における長さに基づく圧力降下の関係を示した特性線図である。
【図8】図8は、本願発明によって使用される別の吸着性構造体の[g/l]単位のベッド嵩密度における0.2m/sの流速での[Pa/cm]単位における長さに基づく圧力降下の関係を示した特性線図である。
【図9】凝集体サイズの比率として、本願発明によって使用される別の吸着性構造体のベッドの時間依存漏出曲線を示す特性線図である。
【図10】本願発明によって使用される吸着性構造体から圧縮成形によって得られる本願発明の吸着性成形品の1つの幾何学的形状を示した説明図である。
【図11】本願発明によって使用される吸着性構造体から圧縮成形によって得られる本願発明の吸着性成形品の別の幾何学的形状を示した説明図である。
【図12】本願発明によって使用される吸着性構造体から圧縮成形によって得られる本願発明の吸着性成形品のさらに別の幾何学的形状を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0111】
本願発明の精巧品、改良品及び変形品は、本願発明の範囲をそれること無しに、下記する記載を読み込むことによって当業者であれば容易に明確化し、理解することができる。
【0112】
本願発明は、下記する具体例によって説明されるが、これは本願発明を限定するものではない。
【実施例】
【0113】
吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体の製造及びこれから得られる本願発明に係る吸着性成形品の製造が記載される。
【0114】
吸着性構造体又は凝集体の製造は、活性炭に基づく球状吸着剤粒子(ドイツ、エルクラス、ブリュッヒャーゲーエムベーハー又はドイツ、プレムニッツ、アドソーテックゲーエムベーハーから入手可能)がお互いに接触され、200〜1000μmの粒子径を有する熱可塑性熱溶融性接着剤粒子(例えば、スイス、EMSグリルテック、EMS−ケミエAGから入手可能なコポリエステル熱溶融性接着剤)がお互いに接触され、前記球状吸着剤粒子及び熱可塑性熱溶融性接着剤粒子が回転チューブ炉内で混合され、該当する熱可塑性熱溶融性接着剤粒子の溶融又は軟化温度以上に炉内で加熱され、所定時間この温度が維持された後、結果として生じる生成品が、該当する接着剤粒子の溶融又は軟化温度以下に冷却されるという工程で実行される。本願発明の目的に適合する熱溶融性接着剤は、例えば下記する特性を有する:溶融範囲:118〜123℃、溶融粘度:350mPa、積層温度:120〜150℃、耐熱性:100℃まで、洗浄抵抗:75℃まで。
【0115】
前記工程は、エネルギー入力を制御することによって加熱回転チューブ炉において実行され、これによって回転チューブ炉の回転速度を介して凝集体のサイズを結果として変化させる。
【0116】
結果として生じる凝集体は、その後分析され、評価される。吸着性構造体の関連した例は、図1乃至3において示されている。この方法において得られた吸着性構造体又は凝集体は、それに続いて、関連した熱溶融性接着剤の溶融又は軟化温度以下に加熱すると共に同時に成形する圧縮成形によって、本願発明に係る吸着性成形品に加工される。これによって、本願発明の吸着性成形品が生じる。関連した例は、図10〜12に示される。
【0117】
凝集体1の最適な製造例
【0118】
開始材料:
・基礎吸着剤粒子;球状活性炭、多分散系、微粒子、粒径<0.315mm
・熱可塑性熱溶融性接着剤、粒径200〜1000μm
・接着剤の使用重量比:1:4(接着剤:基礎粒子)
・目標温度:T=175℃
・目標温度維持時間:t=30分
・回転チューブ反応炉回転速度:n=1rpm
【0119】
下記する表は、形成された凝集体に関する例による下記に重量比接着剤含有量及び重量比ブタン吸着を報告するものである。サンプルテストは、重複して実施される。
【0120】
【表1】
【0121】
形成された凝集体は、下記する篩割合に分割される:
・0.6〜1.0mm(凝集体I)
・0.8〜1.25mm(凝集体II)
・1.25〜2.5mm(凝集体III)
【0122】
下記する表2は、ふるい落とされた凝集体で測定された値によって報告される。
【0123】
【表2】
【0124】
図4及び図5のグラフは、凝集体サイズに対する圧力降下の変化(図4)及び接着成分を有する嵩密度に対する圧力降下の変化(図5)を示すものである。
【0125】
図6のグラフは、サイズの異なるいろいろな凝集体の漏出曲線(トルエン)の変化を示すものである(流量v=0.1m/s;初期濃度c=トルエンの80ppm;相対湿度50%;温度T=23℃;ベッド高h=20mm)。
【0126】
下記する表3は、例として通常の活性炭フィルタと比較した漏出曲線の測定結果及びパラメータを示すものである。凝縮体サイズの異なる凝縮体のベッド(0.315mmより小さい凝集された基礎吸着剤粒子)は、通常の活性炭粒子のベッドと比較される(比較例;粒子径:0.8〜1.7mm)。
【0127】
【表3】
【0128】
凝集体2の典型的製造
【0129】
開始材料:
・基礎吸着剤粒子;球状活性炭、多分散系、コース、粒径0.56〜0.71mm
・熱可塑性熱溶融性接着剤、粒径500〜1000μm
・使用接着剤重量比1:10(接着剤:基礎粒子)
・目標温度T=175℃
・目標温度の達成の維持時間t=30分
・回転チューブ反応炉の回転速度n=1rpm
【0130】
下記する表4は、形成された凝集体に関する例として重量ベースの吸着剤含有量及び重量ベースのブタン吸着量を示すものである。サンプルテストが、重複して実行される。
【0131】
【表4】
【0132】
形成される凝集体は、下記する篩割合に分割される。
・0.8〜1.25mm(凝集体I’)
・1.25〜2.5mm(凝集体II’)
・2.5〜5.0mm(凝集体III’)
【0133】
以下の表5は、篩い落とされた凝集体において測定されたサンプル値によって示すものである。
【0134】
【表5】
【0135】
図6及び図7のグラフは、凝集体サイズに対する圧力降下の変化(図6)及び接着剤成分を有する嵩密度に対する圧力降下の変化(図7)を示すものである。
【0136】
図8のグラフは、サイズの異なるいろいろな凝集体の漏出曲線(トルエン)を示すものである(流量v=0.1m/s;初期濃度c=トルエンの800ppm;相対湿度50%;温度T=23℃;ベッド高h=20mm)。
【0137】
下記する表6は、例として通常の活性炭フィルタと比較した漏出曲線の測定結果及びパラメータを示したものである。凝集体サイズの異なる凝集体ベッド(0.56〜0.71mmの凝集された基礎吸着剤粒子)が、通常の活性炭粒子のベッドと比較される(比較サンプル;粒子径0.8〜1.7mm)。
【0138】
【表6】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸着剤粒子の凝集体に基づく種々の吸着性構造体から構成されることを特徴とする吸着性成形品。
【請求項2】
前記吸着性成形品が、種々の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備することを特徴とする請求項1記載の吸着性成形品。
【請求項3】
前記吸着剤粒子が、少なくとも部分的に、熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介して相互に結合されること、且つ/又は、前記吸着剤粒子は、少なくとも部分的に、熱可塑性有機重合体、特にバインダーに結合及び/若しくは接着されることを特徴とする請求項2記載の吸着性成形品。
【請求項4】
前記吸着性成形品が、一体成形品、且つ/又は、モノリシック形であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項5】
前記吸着性成形品が、円筒状、ロッド形状、プレート形状、立方体形状、多面体形状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項6】
前記吸着性成形品が、0.2m/sの流速で、多くて200Pa/cm、特に多くて150Pa/cm、好ましくは多くて100Pa/cm、より好ましくは多くて90Pa/cm、更に好ましくは多くて70Pa/cm、最も好ましくは多くて50Pa/cmの長さベースの圧力降下を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項7】
前記吸着性成形品が、0.2m/sの流速で、5〜200Pa/cmの範囲内、特に5〜150Pa/cmの範囲内、好ましくは5〜100Pa/cmの範囲内、より好ましくは7.5〜90Pa/cmの範囲内、更に好ましくは10〜80Pa/cmの範囲内の長さベースの圧力降下を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項8】
前記吸着性成形品が、吸着剤粒子の凝集体に基づいた吸着性構造体を圧縮成形することによって得られることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項9】
前記吸着剤構造の吸着剤粒子のそれぞれの凝集体が、種々の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項10】
それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに結合されること、且つ/又は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性重合体、特にバインダーに、結合及び/若しくは接着されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項11】
有機重合体が、前記特定の凝集体の少なくとも1つのコアを形成すること、且つ/又は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、有機重合体、特にバインダーの1つ以上のコアに配置及び/若しくは埋め込まれ、それぞれの凝集体が、有機重合体、特にバインダーの1つ以上のコアを具備することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項12】
有機重合体、特にバインダーのコアが、100〜2000μmの範囲内、特に150〜1500μmの範囲内、好ましくは200〜1000μmの範囲内の大きさを有すること、且つ/又は、それぞれの吸着剤粒子に対する有機重合体、特にバインダーの大きさの比率が、少なくとも1:1,特に少なくとも1.25:1、好ましくは少なくとも1.5:1、より好ましくは少なくとも2:1、最も好ましくは少なくとも3:1であることを特徴とする請求項11記載の吸着性成形品。
【請求項13】
それぞれの凝集体が、それぞれ少なくとも5個の吸着剤粒子、特に少なくとも10個の吸着剤粒子、好ましくは少なくとも15個の吸着剤粒子、より好ましくは20個の吸着剤粒子を具備すること、且つ/又は、それぞれの凝集体が、それぞれ50個までの吸着剤粒子、特に75個までの吸着剤粒子、好ましくは100個までの吸着剤粒子、又はそれ以上の吸着剤粒子を具備することを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項14】
それぞれの凝集体が、少なくとも2:1、特に少なくとも3:1、好ましくは少なくとも5:1、より好ましくは7:1、最も好ましくは8:1の凝集体毎の有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比を有すること、且つ/又は、それぞれの凝集体が、それぞれ2:1〜30:1の範囲内、特に3:1〜20:1の範囲内、好ましくは4:1〜15:1の範囲内、より好ましくは5:1〜10:1の範囲内の凝集体毎の有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比を有することを特徴とする請求項1〜13のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項15】
それぞれの凝集体が、自己支持形状であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項16】
それぞれの凝集体が、粒子状形態をしており、それぞれの凝集体が、0.01〜20mmの範囲内、特に0.05〜15mmの範囲内、好ましくは0.1〜10mmの範囲内、より好ましくは0.2〜7.5mmの範囲内、最も好ましくは0.5〜5mmの範囲内の粒子径を有することを特徴とする請求項1〜15のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項17】
それぞれの凝集体が、それぞれラズベリー様構造又はブラックベリー様構造を有することを特徴とする請求項1〜16のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項18】
前記有機重合体が、熱可塑性の形であること、且つ/又は、前記有機重合体が、熱粘着性の形であること、且つ/又は、前記有機重合体が、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタンからなる群から選択されるポリマー及びそれらの混合物及び共重合体から選択されることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項19】
前記有機重合体が、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタンの群から選択される重合体及びそれらの混合物及び共重合体に基づく熱可塑性バインダー、特に熱可塑性接着剤を具備することを特徴とする請求項1〜18のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項20】
前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、25℃、大気圧で固体であること、且つ/又は、前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、約100℃好ましくは110℃、より好ましくは120℃以上の溶融若しくは軟化範囲を有すること、且つ/又は、前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、少なくとも100℃、好ましくは少なくとも125℃、より好ましくは少なくとも150℃の熱安定性温度を有することを特徴とする請求項1〜19のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項21】
それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、それらの表面の多くて50%まで、特に多くて40%まで、好ましくは多くて30%まで、より好ましくは多くて20%まで覆われること及び/若しくはコートされることを特徴とする請求項1〜20のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項22】
前記吸着剤粒子が、多孔構造を有すること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、粒状、特に球状の形であることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項23】
前記吸着剤粒子が、0.001〜3mmの範囲内、特に0.005〜2.5mmの範囲内、好ましくは0.01〜2mmの範囲内、より好ましくは0.02〜1.5mmの範囲内、最も好ましくは0.05〜1mmの範囲内の粒子径、特に粒子直径を有することを特徴とする請求項1〜22のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項24】
前記吸着剤粒子が、0.01〜2mmの範囲内、特に0.05〜1.5mmの範囲内、好ましくは0.1〜1mmの範囲内の平均粒子径、特に平均粒子直径(D50)を有することを特徴とする請求項1〜23のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項25】
前記吸着剤粒子が、活性炭;ゼオライト:無機酸化物、特に二酸化珪素、シリカゲル及びアルミニウム酸化物;分子篩;ミネラル粒子;クラスレート;金属有機構造材料(MOFs)及びそれらの混合物;の群から選択される材料からなること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、粒状、特に球状活性炭であることを特徴とすることを特徴とする請求項1〜24のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項26】
前記吸着剤粒子が、少なくとも500m2/g、特に少なくとも750m2/g、好ましくは少なくとも1000m2/g、より好ましくは少なくとも1200m2/gの所定の表面積(BET表面積)を有すること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、500〜4000m2/gの範囲内、特に750〜3000m2/gの範囲内、好ましくは900〜2500m2/gの範囲内、より好ましくは950〜2000m2/gの範囲内の所定の表面積(BET表面積)を有することを特徴とする請求項1〜25のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項27】
前記吸着剤粒子、特に活性炭粒子、好ましくは活性炭顆粒又は活性炭球が、1粒子当たり少なくとも5Nの破裂圧力、特に5N〜50Nの範囲内の破裂圧力を有することを特徴とする請求項1〜26のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項28】
前記吸着剤粒子が、少なくとも250cm3/g、特に少なくとも300cm3/g、好ましくは350cm3/g、より好ましくは少なくとも400cm3/gの吸着量Vadsを有すること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、250〜3000cm3/gの範囲内、特に300〜2000cm3/gの範囲内、好ましくは350〜2500cm3/gの範囲内の吸着量Vadsを有することを特徴とする請求項1〜27のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項29】
前記吸着剤粒子が、少なくとも0.50cm3/g、特に少なくとも0.55cm3/g、好ましくは少なくとも0.60cm3/g、より好ましくは0.65cm3/g、最も好ましくは0.70cm3/gのグールヴィッチ合計細孔量を有すること、且つ/又は、前記吸着剤粒子は、0.50〜2.0cm3/gの範囲内、特に0.55〜1.5cm3/gの範囲内、好ましくは0.60〜1.2cm3/gの範囲内、より好ましくは0.65〜1.0cm3/gの範囲内のグールヴィッチ合計細孔量を有することを特徴とする請求項1〜28のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項30】
前記吸着剤粒子が、10%〜80%の範囲内、特に20%〜75%の範囲内、好ましくは25%〜70%の範囲内の高い孔隙率を有することを特徴とする請求項1〜29のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項31】
前記吸着剤粒子が、0.01〜4.0cm3/gの範囲内、特に0.1〜3.0cm3/gの範囲内、好ましくは0.2〜2.0cm3/gの範囲内の所定の合計細孔量を有すること、且つ/又は、75オングストローム以下の細孔直径を有する細孔の割合が、少なくとも65%、特に少なくとも70%、好ましくは少なくとも75%であることを特徴とする請求項1〜30のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項32】
請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体が、圧縮成形されることを特徴とする請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品を製造する方法。
【請求項33】
前記吸着性構造体の吸着剤粒子のそれぞれの凝縮体が、種々の粒状、特に球状吸着剤粒子を具備し、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに結合されること、且つ/又は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が熱可塑性有機重合体、特にバインダーに結合及び/若しくは接着されること、且つ/又は、圧縮成形が、有機重合体の溶融若しくは軟化温度以下の温度まで加熱することによって達成されること、且つ/又は、圧縮成形が同時成形によって達成されることを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項34】
吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体が、
(a)第1に、粒状、特に球状吸着剤粒子と、熱可塑性有機重合体、特にバインダーの粒子とを接触させて混合すること、
(b)次に、結果として生じる混合物を有機重合体の溶融若しくは軟化温度以上の温度まで加熱すること、及び
(c)最後に、結果として生じる生成物を有機重合体の溶融若しくは軟化温度以下の温度に冷却すること
からなる複数段階の工程によって製造されることを特徴とする請求項32又は33に記載の方法。
【請求項35】
前記(b)段階は、所定の期間、特に少なくとも1分間、好ましくは少なくとも5分間、最も好ましくは少なくとも10分間、且つ/又は、1〜600分の範囲内の期間、5〜300分の範囲内の期間、好ましくは10〜150分の範囲内の期間、達成された温度を維持することを具備することを特徴とする請求項34記載の方法。
【請求項36】
前記(b)段階の実行の間、加熱及び/若しくは維持操作の過程において、混合を介してエネルギー入力が実行され、該エネルギー入力が結果として生じる凝集体サイズを制御するために使用されることを特徴とする請求項34又は35記載の方法。
【請求項37】
前記工程は、加熱可能な回転チューブ、特に回転チューブ炉において実行され、該回転チューブの回転速度が、前記エネルギー入力を制御するために使用され、これによって結果として生じる凝集体の大きさを制御することを特徴とする請求項34〜36のいずれか1つに記載の方法。
【請求項38】
前記(c)段階において生じる凝集体は、1つの段階において、請求項1〜31記載の吸着性成形品に、圧縮成形によって加工され、該吸着性成形品への加工は、有機重合体の溶融若しくは軟化温度以下の温度に加熱されることによって達成されることを特徴とする請求項34〜37のいずれか1つに記載の方法。
【請求項39】
前記熱可塑性有機重合体、特にバインダーが、粒子、特に粒状若しくは球状粒子の形で、特に室温及び大気圧で固体粒子の形で使用され、該有機重合体が、100〜2000μmの範囲内、特に150〜1500μmの範囲内、好ましくは200〜1000μmの範囲内の粒子サイズを有すること、且つ/又は、吸着剤粒子に対する有機重合体のサイズ比が、1:1以上、特に1.25:1以上、好ましくは1.5:1以上、より好ましくは2:1以上、最も好ましくは3:1以上で選択されることを特徴とする請求項34〜37のいずれか1つに記載の方法。
【請求項40】
有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比が、少なくとも2:1、特に少なくとも3:1、好ましくは5:1、より好ましくは7:1、最も好ましくは少なくとも8:1であること、且つ/又は、有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比は、2:1〜30:1の範囲内、特に3:1〜20:1の範囲内、好ましくは4:1〜15:1の範囲内、より好ましくは5:1〜10:1の範囲内で変化可能であることを特徴とする請求項34〜39のいずれか1つに記載の方法。
【請求項41】
使用される有機重合体は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタン且つそれらの混合物及び共重合体の群から選択される重合体に基づく熱可塑性バインダー、特に熱可塑性熱溶融性接着剤であることを特徴とする請求項34〜40のいずれか1つに記載の方法。
【請求項42】
請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の1つ以上の特色によって特徴づけられる請求項32〜41のいずれか1つに記載の方法。
【請求項43】
特にガス又は空気流から、又は、液体、特に水から、毒物、有害物及び臭気を吸着するための請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項44】
ガス、ガス流若しくはガス混合物、特に空気、又は、液体、特に水を清浄化又は浄化するための請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項45】
吸着性フィルタにおける使用のための請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項46】
フィルタ、特に吸着性フィルタの製造における請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項47】
ガス、特に水素の収着貯蔵として使用される請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項48】
請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品を具備するフィルタ。
【請求項49】
多くて200Pa/cm、特に5〜200Pa/cmの範囲内の0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有することを特徴とする請求項48記載のフィルタ。
【請求項50】
多くて150Pa/cm、特に多くて100Pa/cm、好ましくは多くて90Pa/cm、より好ましくは多くて70Pa/cm、最も好ましくは多くて50Pa/cmの0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有することを特徴とする請求項48又は49記載のフィルタ。
【請求項51】
5〜150Pa/cmの範囲内、特に5〜100Pa/cmの範囲内、好ましくは7.5〜90Pa/cmの範囲内、より好ましくは10〜80Pa/cmの範囲内の0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有することを特徴とする請求項48〜50のいずれか1つに記載のフィルタ。
【請求項1】
吸着剤粒子の凝集体に基づく種々の吸着性構造体から構成されることを特徴とする吸着性成形品。
【請求項2】
前記吸着性成形品が、種々の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備することを特徴とする請求項1記載の吸着性成形品。
【請求項3】
前記吸着剤粒子が、少なくとも部分的に、熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介して相互に結合されること、且つ/又は、前記吸着剤粒子は、少なくとも部分的に、熱可塑性有機重合体、特にバインダーに結合及び/若しくは接着されることを特徴とする請求項2記載の吸着性成形品。
【請求項4】
前記吸着性成形品が、一体成形品、且つ/又は、モノリシック形であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項5】
前記吸着性成形品が、円筒状、ロッド形状、プレート形状、立方体形状、多面体形状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項6】
前記吸着性成形品が、0.2m/sの流速で、多くて200Pa/cm、特に多くて150Pa/cm、好ましくは多くて100Pa/cm、より好ましくは多くて90Pa/cm、更に好ましくは多くて70Pa/cm、最も好ましくは多くて50Pa/cmの長さベースの圧力降下を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項7】
前記吸着性成形品が、0.2m/sの流速で、5〜200Pa/cmの範囲内、特に5〜150Pa/cmの範囲内、好ましくは5〜100Pa/cmの範囲内、より好ましくは7.5〜90Pa/cmの範囲内、更に好ましくは10〜80Pa/cmの範囲内の長さベースの圧力降下を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項8】
前記吸着性成形品が、吸着剤粒子の凝集体に基づいた吸着性構造体を圧縮成形することによって得られることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項9】
前記吸着剤構造の吸着剤粒子のそれぞれの凝集体が、種々の粒状、好ましくは球状吸着剤粒子を具備することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項10】
それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに結合されること、且つ/又は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性重合体、特にバインダーに、結合及び/若しくは接着されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項11】
有機重合体が、前記特定の凝集体の少なくとも1つのコアを形成すること、且つ/又は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、有機重合体、特にバインダーの1つ以上のコアに配置及び/若しくは埋め込まれ、それぞれの凝集体が、有機重合体、特にバインダーの1つ以上のコアを具備することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項12】
有機重合体、特にバインダーのコアが、100〜2000μmの範囲内、特に150〜1500μmの範囲内、好ましくは200〜1000μmの範囲内の大きさを有すること、且つ/又は、それぞれの吸着剤粒子に対する有機重合体、特にバインダーの大きさの比率が、少なくとも1:1,特に少なくとも1.25:1、好ましくは少なくとも1.5:1、より好ましくは少なくとも2:1、最も好ましくは少なくとも3:1であることを特徴とする請求項11記載の吸着性成形品。
【請求項13】
それぞれの凝集体が、それぞれ少なくとも5個の吸着剤粒子、特に少なくとも10個の吸着剤粒子、好ましくは少なくとも15個の吸着剤粒子、より好ましくは20個の吸着剤粒子を具備すること、且つ/又は、それぞれの凝集体が、それぞれ50個までの吸着剤粒子、特に75個までの吸着剤粒子、好ましくは100個までの吸着剤粒子、又はそれ以上の吸着剤粒子を具備することを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項14】
それぞれの凝集体が、少なくとも2:1、特に少なくとも3:1、好ましくは少なくとも5:1、より好ましくは7:1、最も好ましくは8:1の凝集体毎の有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比を有すること、且つ/又は、それぞれの凝集体が、それぞれ2:1〜30:1の範囲内、特に3:1〜20:1の範囲内、好ましくは4:1〜15:1の範囲内、より好ましくは5:1〜10:1の範囲内の凝集体毎の有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比を有することを特徴とする請求項1〜13のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項15】
それぞれの凝集体が、自己支持形状であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項16】
それぞれの凝集体が、粒子状形態をしており、それぞれの凝集体が、0.01〜20mmの範囲内、特に0.05〜15mmの範囲内、好ましくは0.1〜10mmの範囲内、より好ましくは0.2〜7.5mmの範囲内、最も好ましくは0.5〜5mmの範囲内の粒子径を有することを特徴とする請求項1〜15のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項17】
それぞれの凝集体が、それぞれラズベリー様構造又はブラックベリー様構造を有することを特徴とする請求項1〜16のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項18】
前記有機重合体が、熱可塑性の形であること、且つ/又は、前記有機重合体が、熱粘着性の形であること、且つ/又は、前記有機重合体が、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタンからなる群から選択されるポリマー及びそれらの混合物及び共重合体から選択されることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項19】
前記有機重合体が、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタンの群から選択される重合体及びそれらの混合物及び共重合体に基づく熱可塑性バインダー、特に熱可塑性接着剤を具備することを特徴とする請求項1〜18のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項20】
前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、25℃、大気圧で固体であること、且つ/又は、前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、約100℃好ましくは110℃、より好ましくは120℃以上の溶融若しくは軟化範囲を有すること、且つ/又は、前記有機重合体、特にバインダー、好ましくは熱溶融性接着剤が、少なくとも100℃、好ましくは少なくとも125℃、より好ましくは少なくとも150℃の熱安定性温度を有することを特徴とする請求項1〜19のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項21】
それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、それらの表面の多くて50%まで、特に多くて40%まで、好ましくは多くて30%まで、より好ましくは多くて20%まで覆われること及び/若しくはコートされることを特徴とする請求項1〜20のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項22】
前記吸着剤粒子が、多孔構造を有すること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、粒状、特に球状の形であることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項23】
前記吸着剤粒子が、0.001〜3mmの範囲内、特に0.005〜2.5mmの範囲内、好ましくは0.01〜2mmの範囲内、より好ましくは0.02〜1.5mmの範囲内、最も好ましくは0.05〜1mmの範囲内の粒子径、特に粒子直径を有することを特徴とする請求項1〜22のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項24】
前記吸着剤粒子が、0.01〜2mmの範囲内、特に0.05〜1.5mmの範囲内、好ましくは0.1〜1mmの範囲内の平均粒子径、特に平均粒子直径(D50)を有することを特徴とする請求項1〜23のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項25】
前記吸着剤粒子が、活性炭;ゼオライト:無機酸化物、特に二酸化珪素、シリカゲル及びアルミニウム酸化物;分子篩;ミネラル粒子;クラスレート;金属有機構造材料(MOFs)及びそれらの混合物;の群から選択される材料からなること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、粒状、特に球状活性炭であることを特徴とすることを特徴とする請求項1〜24のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項26】
前記吸着剤粒子が、少なくとも500m2/g、特に少なくとも750m2/g、好ましくは少なくとも1000m2/g、より好ましくは少なくとも1200m2/gの所定の表面積(BET表面積)を有すること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、500〜4000m2/gの範囲内、特に750〜3000m2/gの範囲内、好ましくは900〜2500m2/gの範囲内、より好ましくは950〜2000m2/gの範囲内の所定の表面積(BET表面積)を有することを特徴とする請求項1〜25のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項27】
前記吸着剤粒子、特に活性炭粒子、好ましくは活性炭顆粒又は活性炭球が、1粒子当たり少なくとも5Nの破裂圧力、特に5N〜50Nの範囲内の破裂圧力を有することを特徴とする請求項1〜26のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項28】
前記吸着剤粒子が、少なくとも250cm3/g、特に少なくとも300cm3/g、好ましくは350cm3/g、より好ましくは少なくとも400cm3/gの吸着量Vadsを有すること、且つ/又は、前記吸着剤粒子が、250〜3000cm3/gの範囲内、特に300〜2000cm3/gの範囲内、好ましくは350〜2500cm3/gの範囲内の吸着量Vadsを有することを特徴とする請求項1〜27のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項29】
前記吸着剤粒子が、少なくとも0.50cm3/g、特に少なくとも0.55cm3/g、好ましくは少なくとも0.60cm3/g、より好ましくは0.65cm3/g、最も好ましくは0.70cm3/gのグールヴィッチ合計細孔量を有すること、且つ/又は、前記吸着剤粒子は、0.50〜2.0cm3/gの範囲内、特に0.55〜1.5cm3/gの範囲内、好ましくは0.60〜1.2cm3/gの範囲内、より好ましくは0.65〜1.0cm3/gの範囲内のグールヴィッチ合計細孔量を有することを特徴とする請求項1〜28のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項30】
前記吸着剤粒子が、10%〜80%の範囲内、特に20%〜75%の範囲内、好ましくは25%〜70%の範囲内の高い孔隙率を有することを特徴とする請求項1〜29のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項31】
前記吸着剤粒子が、0.01〜4.0cm3/gの範囲内、特に0.1〜3.0cm3/gの範囲内、好ましくは0.2〜2.0cm3/gの範囲内の所定の合計細孔量を有すること、且つ/又は、75オングストローム以下の細孔直径を有する細孔の割合が、少なくとも65%、特に少なくとも70%、好ましくは少なくとも75%であることを特徴とする請求項1〜30のいずれか1つに記載の吸着性成形品。
【請求項32】
請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体が、圧縮成形されることを特徴とする請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品を製造する方法。
【請求項33】
前記吸着性構造体の吸着剤粒子のそれぞれの凝縮体が、種々の粒状、特に球状吸着剤粒子を具備し、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が、熱可塑性有機重合体、特にバインダーを介してお互いに結合されること、且つ/又は、それぞれの凝集体の吸着剤粒子が熱可塑性有機重合体、特にバインダーに結合及び/若しくは接着されること、且つ/又は、圧縮成形が、有機重合体の溶融若しくは軟化温度以下の温度まで加熱することによって達成されること、且つ/又は、圧縮成形が同時成形によって達成されることを特徴とする請求項32に記載の方法。
【請求項34】
吸着剤粒子の凝集体に基づく吸着性構造体が、
(a)第1に、粒状、特に球状吸着剤粒子と、熱可塑性有機重合体、特にバインダーの粒子とを接触させて混合すること、
(b)次に、結果として生じる混合物を有機重合体の溶融若しくは軟化温度以上の温度まで加熱すること、及び
(c)最後に、結果として生じる生成物を有機重合体の溶融若しくは軟化温度以下の温度に冷却すること
からなる複数段階の工程によって製造されることを特徴とする請求項32又は33に記載の方法。
【請求項35】
前記(b)段階は、所定の期間、特に少なくとも1分間、好ましくは少なくとも5分間、最も好ましくは少なくとも10分間、且つ/又は、1〜600分の範囲内の期間、5〜300分の範囲内の期間、好ましくは10〜150分の範囲内の期間、達成された温度を維持することを具備することを特徴とする請求項34記載の方法。
【請求項36】
前記(b)段階の実行の間、加熱及び/若しくは維持操作の過程において、混合を介してエネルギー入力が実行され、該エネルギー入力が結果として生じる凝集体サイズを制御するために使用されることを特徴とする請求項34又は35記載の方法。
【請求項37】
前記工程は、加熱可能な回転チューブ、特に回転チューブ炉において実行され、該回転チューブの回転速度が、前記エネルギー入力を制御するために使用され、これによって結果として生じる凝集体の大きさを制御することを特徴とする請求項34〜36のいずれか1つに記載の方法。
【請求項38】
前記(c)段階において生じる凝集体は、1つの段階において、請求項1〜31記載の吸着性成形品に、圧縮成形によって加工され、該吸着性成形品への加工は、有機重合体の溶融若しくは軟化温度以下の温度に加熱されることによって達成されることを特徴とする請求項34〜37のいずれか1つに記載の方法。
【請求項39】
前記熱可塑性有機重合体、特にバインダーが、粒子、特に粒状若しくは球状粒子の形で、特に室温及び大気圧で固体粒子の形で使用され、該有機重合体が、100〜2000μmの範囲内、特に150〜1500μmの範囲内、好ましくは200〜1000μmの範囲内の粒子サイズを有すること、且つ/又は、吸着剤粒子に対する有機重合体のサイズ比が、1:1以上、特に1.25:1以上、好ましくは1.5:1以上、より好ましくは2:1以上、最も好ましくは3:1以上で選択されることを特徴とする請求項34〜37のいずれか1つに記載の方法。
【請求項40】
有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比が、少なくとも2:1、特に少なくとも3:1、好ましくは5:1、より好ましくは7:1、最も好ましくは少なくとも8:1であること、且つ/又は、有機重合体に対する吸着剤粒子の重量比は、2:1〜30:1の範囲内、特に3:1〜20:1の範囲内、好ましくは4:1〜15:1の範囲内、より好ましくは5:1〜10:1の範囲内で変化可能であることを特徴とする請求項34〜39のいずれか1つに記載の方法。
【請求項41】
使用される有機重合体は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルエステル及び/若しくはポリウレタン且つそれらの混合物及び共重合体の群から選択される重合体に基づく熱可塑性バインダー、特に熱可塑性熱溶融性接着剤であることを特徴とする請求項34〜40のいずれか1つに記載の方法。
【請求項42】
請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の1つ以上の特色によって特徴づけられる請求項32〜41のいずれか1つに記載の方法。
【請求項43】
特にガス又は空気流から、又は、液体、特に水から、毒物、有害物及び臭気を吸着するための請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項44】
ガス、ガス流若しくはガス混合物、特に空気、又は、液体、特に水を清浄化又は浄化するための請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項45】
吸着性フィルタにおける使用のための請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項46】
フィルタ、特に吸着性フィルタの製造における請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項47】
ガス、特に水素の収着貯蔵として使用される請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品の使用。
【請求項48】
請求項1〜31のいずれか1つに記載の吸着性成形品を具備するフィルタ。
【請求項49】
多くて200Pa/cm、特に5〜200Pa/cmの範囲内の0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有することを特徴とする請求項48記載のフィルタ。
【請求項50】
多くて150Pa/cm、特に多くて100Pa/cm、好ましくは多くて90Pa/cm、より好ましくは多くて70Pa/cm、最も好ましくは多くて50Pa/cmの0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有することを特徴とする請求項48又は49記載のフィルタ。
【請求項51】
5〜150Pa/cmの範囲内、特に5〜100Pa/cmの範囲内、好ましくは7.5〜90Pa/cmの範囲内、より好ましくは10〜80Pa/cmの範囲内の0.2m/sの流速での長さに基づく圧力降下を有することを特徴とする請求項48〜50のいずれか1つに記載のフィルタ。
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図1】
【図2】
【図3】
【図10】
【図11】
【図12】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図1】
【図2】
【図3】
【図10】
【図11】
【図12】
【公表番号】特表2012−508645(P2012−508645A)
【公表日】平成24年4月12日(2012.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−535888(P2011−535888)
【出願日】平成21年9月14日(2009.9.14)
【国際出願番号】PCT/EP2009/006635
【国際公開番号】WO2010/054714
【国際公開日】平成22年5月20日(2010.5.20)
【出願人】(505065467)ブリュッヒャー ゲーエムベーハー (27)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成24年4月12日(2012.4.12)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年9月14日(2009.9.14)
【国際出願番号】PCT/EP2009/006635
【国際公開番号】WO2010/054714
【国際公開日】平成22年5月20日(2010.5.20)
【出願人】(505065467)ブリュッヒャー ゲーエムベーハー (27)
【Fターム(参考)】
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