Safemeltfiltration Meltblown

Meltblown vs Electrospinning

Welche Technologie eignet sich für Filtermedien?

Meltblown und Electrospinning ermöglichen beide die Herstellung sehr feiner Faserstrukturen für leistungsfähige Filtermedien. Die Technologien unterscheiden sich jedoch deutlich hinsichtlich Faserstruktur, Produktionsverfahren, Skalierbarkeit und Weiterverarbeitung.

Mit Nanomelt® entwickelt und produziert die P. Glatzeder GmbH in Detmold ein besonders fein strukturiertes Meltblown-Filtermedium auf Basis von 100 % Polypropylen (PP).

Faseranalysen unserer Nanomelt® Technologie zeigen einen mittleren Faserdurchmesser von ca. 0,60 µm. Der 50-%-Wert der untersuchten Faserverteilung liegt bei ca. 0,34 µm, während die feinsten gemessenen Fasern Durchmesser von nur 0,15 µm bzw. 150 nm erreichen.

Damit reicht die mit unserem Meltblown-Verfahren erzeugte Faserstruktur bis in den Nanofaserbereich hinein.

Unser Entwicklungsansatz verfolgt dabei nicht das Ziel, ausschließlich möglichst kleine Fasern herzustellen. Entscheidend ist vielmehr das optimale Zusammenspiel aus:

Faserdurchmesser · Faserverteilung · Porenstruktur · Filterleistung · Druckverlust · Materialeinsatz · Verarbeitbarkeit · industrielle Serienproduktion

Wie fein sind Nanomelt® Fasern?

Die Faserstruktur ist ein wesentlicher Parameter für die Leistungsfähigkeit eines Filtermediums.

Bei einer Analyse unserer Nanomelt® Faserstruktur wurden folgende Faserdurchmesser ermittelt:

KennwertFaserdurchmesser
Mittelwert0,60 µm
50-%-Wert0,34 µm
feinste gemessene Faser0,15 µm / 150 nm
größte gemessene Faser4,50 µm

Die Ergebnisse zeigen eine breite und heterogene Fasergrößenverteilung.

Während ein Teil der Fasern im Mikrometerbereich liegt, befindet sich ein erheblicher Anteil im Submikronbereich. Die feinsten gemessenen Fasern erreichen mit etwa 150 nm eindeutig Nanofaserdimensionen.

Gerade diese Kombination unterschiedlicher Faserdurchmesser ist für unsere Entwicklung interessant: Statt einer homogenen, extrem dünnen Nanofaserschicht entsteht ein dreidimensionales Meltblown-Netzwerk aus unterschiedlich feinen Fasern.

Nanomelt® und Electrospinning im Vergleich

KriteriumNanomelt® MeltblownElectrospinning
Herstellungsverfahrenthermische Extrusion mit Hochgeschwindigkeitsluftelektrohydrodynamische Faserbildung
Ausgangsmaterial100% polypropyleneunterschiedliche Polymere
mittlerer Faserdurchmesser Nanomelt®ca. 0,60 µmtechnologieabhängig
feinste gemessene Nanomelt® Faserca. 0,15 µm / 150 nmhäufig Nanometer- bis Submikronbereich
Faserverteilungbreite, heterogene Faserstrukturhäufig enger bzw. gezielt steuerbar
Materialstrukturdreidimensionales Vlieshäufig eindimensionale Nanofaser-Funktionsschicht
eigenständiges FiltervliesJahäufig Trägermaterial erforderlich
Tiefenstrukturausgeprägthäufig stärker oberflächenorientiert
Produktionsdurchsatzhochtechnologieabhängig
thermoplastische und mechanische Weiterverarbeitungsehr gutabhängig von Polymer und Aufbau
Großserienproduktionbesondere Stärke des Meltblown-Prozessestechnisch möglich
extrem kleine Faserdurchmesserbis 150 nm gemessenbesondere Stärke von Electrospinning

Nanofasern ohne klassischen Electrospinning-Prozess

Die Faseranalyse zeigt einen interessanten Unterschied zwischen Nanomelt® und konventionellem Meltblown.

Mit Nanomelt® können wir innerhalb eines kontinuierlichen Meltblown-Prozesses Fasern bis in den Nanometerbereich erzeugen. Die feinsten bislang gemessenen Fasern besitzen einen Durchmesser von etwa 150 nm.

Gleichzeitig bleibt die für Meltblown typische dreidimensionale Vliesstruktur erhalten.

Dadurch verbindet Nanomelt® zwei Eigenschaften:

sehr feine Submikron- und Nanofasern

mit

der dreidimensionalen Struktur und industriellen Skalierbarkeit eines Meltblown-Vlieses.

Dies unterscheidet den Ansatz von vielen Electrospinning-Konzepten, bei denen eine sehr dünne Schicht extrem feiner Fasern auf ein separates Trägermaterial aufgebracht wird.

Nicht nur die kleinste Faser ist entscheidend

Electrospinning kann Fasern erzeugen, die noch deutlich kleiner sind als die mit Nanomelt® bislang gemessenen 150 nm.

Für die Leistungsfähigkeit eines Filtermediums ist jedoch nicht allein die kleinste Faser entscheidend.

Relevant ist das Zusammenspiel aus:

  • mittlerem Faserdurchmesser
  • Fasergrößenverteilung
  • Anteil der Submikronfasern
  • Porengröße und Porenverteilung
  • räumlicher Faserstruktur
  • Flächengewicht
  • Materialdicke
  • Air permeability
  • Druckverlust
  • Mediengeschwindigkeit
  • elektrostatischen Eigenschaften
  • verbleibender Filterleistung nach Entladung

Die Nanomelt® Entwicklung konzentriert sich deshalb auf die Performance der gesamten Faserstruktur und nicht ausschließlich auf einen möglichst kleinen nominellen Faserdurchmesser.

Warum kann eine breite Faserverteilung interessant sein?

Die Nanomelt® Faseranalyse zeigt keine einheitliche Fasergröße, sondern eine ausgeprägte Verteilung von sehr feinen Fasern bis hin zu gröberen Strukturfaseranteilen.

Diese Struktur eröffnet interessante Entwicklungsmöglichkeiten.

Sehr feine Fasern erhöhen die verfügbare Faseroberfläche und können zur Partikelabscheidung beitragen. Gröbere Faseranteile können gleichzeitig zum Aufbau einer offenen dreidimensionalen Vliesstruktur beitragen.

Unser Entwicklungsziel besteht deshalb darin, Faserfeinheit und Struktur gezielt miteinander zu kombinieren, anstatt ausschließlich die feinste technisch mögliche Faser zu erzeugen.

Entscheidend bleibt dabei die messbare Performance des fertigen Filtermediums hinsichtlich Abscheidung und Druckverlust.

Wann hat Electrospinning weiterhin Vorteile?

Electrospinning besitzt insbesondere dann Vorteile, wenn eine sehr dünne Funktionsschicht aus extrem feinen und möglichst gleichmäßigen Nanofasern benötigt wird.

Je nach Verfahren können elektrogesponnene Fasern deutlich unterhalb der mit Nanomelt® bislang gemessenen 150 nm liegen.

Für bestimmte Hochleistungs-, Membran- und Spezialfiltrationsanwendungen kann dies einen entscheidenden technologischen Vorteil darstellen.

Nanomelt® versteht sich deshalb nicht als pauschaler Ersatz für Electrospinning.

Die interessante Frage ist vielmehr:

Benötigt die jeweilige Filteranwendung tatsächlich eine separate elektrogesponnene Nanofaserschicht – oder lässt sich die erforderliche Filterleistung mit einem dreidimensionalen, industriell skalierbaren Nanofaser-Meltblown erreichen?

Genau hier sehen wir das besondere Potenzial von Nanomelt®.

Nanomelt® – Nanofaserstruktur im industriellen Meltblown-Prozess

Nanomelt® verbindet Fasern bis in den Nanometerbereich mit der dreidimensionalen Struktur eines Meltblown-Vlieses.

Mit einem mittleren Faserdurchmesser von ca. 0,60 µm, einem 50-%-Wert von ca. 0,34 µm und feinsten gemessenen Fasern von ca. 150 nm entsteht eine heterogene Faserstruktur für anspruchsvolle Filtrationsaufgaben.

Damit verfolgen wir einen anderen Ansatz als klassisches Electrospinning:

Nicht die kleinstmögliche Faser allein entscheidet – sondern das optimale Verhältnis aus Faserstruktur, Filterleistung, Druckverlust, Materialeinsatz, Verarbeitbarkeit und industrieller Skalierbarkeit.

Nein. Beide Verfahren erzeugen feine Fasern, arbeiten jedoch nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien.

Meltblown verstreckt geschmolzenes Polymer mithilfe eines Hochgeschwindigkeits-Luftstroms. Beim Electrospinning werden Fasern mithilfe eines elektrischen Feldes erzeugt.

Dadurch unterscheiden sich die Technologien insbesondere hinsichtlich Faserdurchmesser, Materialstruktur, Produktionsleistung und typischem Filteraufbau.

In der Regel kann Electrospinning kleinere Faserdurchmesser erzeugen.

Für die Leistungsfähigkeit eines Filters ist jedoch nicht allein die kleinste Faser entscheidend. Partikelabscheidung, Druckverlust, Porenstruktur, Mediengeschwindigkeit und der gesamte Filteraufbau müssen gemeinsam betrachtet werden.

Deshalb kann ein optimiertes Meltblown-Medium für zahlreiche Anwendungen die wirtschaftlich und technisch geeignetere Lösung darstellen.

In bestimmten Anwendungen ja, jedoch nicht generell.

Wenn die geforderte Filterleistung mit einer optimierten Meltblown-Struktur erreicht werden kann, bietet Nanomelt® interessante Vorteile hinsichtlich Produktionsleistung, eigenständiger Vliesstruktur und industrieller Weiterverarbeitung.

Bei Anwendungen, die extrem feine Nanofaserschichten oder besonders hohe Abscheidegrade erfordern, kann Electrospinning weiterhin die geeignetere Technologie sein.

Neben bestehenden Nanomelt® Qualitäten entwickeln wir gemeinsam mit unseren Kunden neue Filtermedien und Materialkombinationen nach individuellen Anforderungen.

Unsere Möglichkeiten umfassen unter anderem:

  • Entwicklung neuer Meltblown-Qualitäten
  • Kombination unterschiedlicher Filterlagen
  • Ultraschall-Laminierung von bis zu vier Materialien
  • Hot and Cold Calendering
  • Laborprüfung und Materialcharakterisierung
  • Optimierung von Filterleistung und Druckverlust

So können unterschiedliche technologische Ansätze anhand konkreter Messwerte miteinander verglichen und für die jeweilige Anwendung optimiert werden.

P. Glatzeder GmbH – The nonwoven specialist with quality since 1972