DE3719233A1 - SELF-SUPPORTING FILTER BODY - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen selbsttragenden mechanisch bearbeitbaren Filterkörper zum Reinigen von Trinkwasser oder vergleichbaren Flüssigkeiten im Durchfluß, insbesondere für Filter, die zum Anschluß an eine Leitungswasser-Zapfstelle im Haushalt ausgelegt sind, mit Teilchen aus pulverförmiger Aktivkohle oder einem vergleichbaren Adsorptionsmittel mit großer spezifischer Oberfläche und Teilchen eines thermo plastischen Bindemittels, die mit den Teilchen des Absorp tionsmittels durch Anwendung von Wärme und Druck verbunden worden sind.The invention relates to a self-supporting mechanical editable filter body for cleaning drinking water or comparable liquids in the flow, especially for Filters used to connect to a tap water tap are designed in the household, with particles of powdered Activated carbon or a comparable adsorbent with large specific surface area and particles of a thermo plastic binder, which with the particles of the Absorp tion means connected by application of heat and pressure have been.
Bei Filterkörpern der angegebenen Art, z. B. DE-OS 15 17 298, DE-OS 31 05 887, ist es schwierig, ein sicheres Abfangen auch sehr kleiner Teilchen bei ausreichend niedri gem Strömungswiderstand und ausreichender mechanischer Festigkeit zu erzielen. Diese Schwierigkeit zeigt sich besonders bei der Verwendung in Filtern, die für den Anschluß an Leitungswasser-Zapfstellen in Haushalten be stimmt sind. Bei derartigen Filtern ist nur ein begrenzter Aufwand bezüglich der Abmessungen sowie Anschaffungs- und Betriebskosten annehmbar, und der Filterkörper muß eine so große Festigkeit haben, daß er beim Ein- und Ausbau ohne besondere Sorgfalt gehandhabt werden kann, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß Teile abbröckeln und zu Verstop fungen Anlaß geben können. Außerdem ist es erwünscht, daß der Filterkörper mechanisch bearbeitbar ist, damit er erforderlichenfalls bequem zurechtgeschnitten werden kann.For filter bodies of the specified type, e.g. B. DE-OS 15 17 298, DE-OS 31 05 887, it is difficult to find a safe one Catch even very small particles with sufficiently low according to flow resistance and sufficient mechanical To achieve strength. This difficulty is evident especially when used in filters designed for the Connection to tap water taps in households are true. Such filters are limited Effort in terms of dimensions as well as purchase and Operating costs acceptable, and the filter body must be so have great strength that it can be installed and removed without special care can be taken without doing so there is a risk that parts will crumble and become blocked can give cause. It is also desirable that the filter body is mechanically editable so that it can be easily cut to size if necessary.
Eine ausreichend hohe Festigkeit bedingt die Verwendung eines entsprechend hohen Anteils an Bindemittel; dadurch vermindert sich jedoch die Adsorptionskapazität in uner wünschter Weise. Hinzu kommt, daß der Filterkörper im Gebrauch eine genügend hohe Standzeit haben muß, damit er nur in großen Zeitabständen ausgewechselt zu werden braucht. Da von dem Bindemittel ein Teil der wirksamen Oberfläche der Aktivkohle-Teilchen besetzt wird, sind hohe Anteile an Bindemittel auch in bezug auf die Standzeit nachteilig.The use requires sufficient strength a correspondingly high proportion of binder; thereby however, the adsorption capacity decreases in un desirable way. In addition, the filter body in use must have a sufficiently long service life so that it only large intervals need to be replaced. From that part of the effective surface of the binder Activated carbon particles are occupied, are high proportions Binder also disadvantageous in terms of service life.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen mechanisch festen und bearbeitbaren Aktivkohle-Filterkörper zu schaf fen, der auch sehr kleine Teilchen abfängt und dennoch einen so niedrigen Strömungswiderstand für Wasser und vergleich bare Flüssigkeiten aufweist, daß er mit annehmbar kleinen Abmessungen in Filtern für den Anschluß an Wasser-Zapfstel len im Haushalt gut geeignet ist.The invention is based on the task, a mechanical solid and editable activated carbon filter body fen, which also catches very small particles and still one so low flow resistance for water and comparison bare liquids that it with acceptably small Dimensions in filters for connection to water taps len in the household is well suited.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einem Filterkörper der eingangs angegebenen Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Bindemittelteilchen im wesent lichen eine von der Kugelform abweichende knollige Gestalt haben und aus einem Bindemittel bestehen, das bei Erwärmung in einem Übergangs-Temperaturbereich noch ein viskoelasti sches Verhalten zeigt, aber oberflächlich genügend klebrig wird, um eine Bindung mit den Aktivkohleteilchen einzugehen.According to the invention, this object is achieved with a Filter body of the type specified, which thereby is characterized in that the binder particles essentially a bulbous shape deviating from the spherical shape have and consist of a binder that when heated still a viscoelastic in a transition temperature range behavior, but superficially sticky on the surface to bond with the activated carbon particles.
Überraschenderweise haben erfindungsgemäße Filterkörper eine besonders günstige Kombination von niedrigem Strömungs widerstand und Filterfeinheit, und zwar bei guter mechani scher Festigkeit und leichter Bearbeitbarkeit. Nach derzei tiger Erkenntnis können die günstigen Eigenschaften erfin dungsgemäßer Filterkörper darauf zurückzuführen sein, daß die knolligen Teilchen des Bindemittels den Raum zwischen den Aktivkohle-Teilchen weniger vollständig erfüllen als kugelförmige Bindemittelteilchen, und daß durch die visko elastischen Eigenschaften des Bindemittels ein Zerfließen des Bindemittels auf den Aktivkohle-Teilchen während des unter Temperaturerhöhung vor sich gehenden Herstellvorganges vermieden werden kann. Es ist deshalb von Bedeutung, daß bei dem erfindungs gemäßen Filterkörper die Teilchen des Bindemittels noch weitgehend in ihrer ursprünglichen knolligen Gestalt vorlie gen, also nicht durch zu hohe Erwärmung beim Herstel lungsvorgang zerflossen sind. Durch die viskoelastischen Eigenschaften des Bindemittels gibt es einen für praktische Erfordernisse bei der Herstellung genügend breiten Bereich von Temperaturen und Drucken, bei denen vorspringende Bereiche der Bindemittelteilchen sich genügend fest mit Aktivkohleteilchen verbinden, ohne daß das Bindemittel über größere Bereiche der Aktivkohleteilchen fließt und diese für den Filtrationsvorgang unwirksam macht. Es werden also von den Bindemittelteilchen unter weitgehender Erhaltung ihrer Gestalt Verbindungsbrücken gebildet, die nur in verhältnis mäßig kleinen Bereichen der Aktivkohleteilchen angefügt sind.Surprisingly, filter bodies according to the invention have a particularly favorable combination of low flow resistance and filter fineness, with good mechani shear strength and easy workability. Currently knowledge, the favorable properties can be invented filter body according to the invention can be attributed to the fact that the bulbous particles of the binder fill the space between the activated carbon particles less fully than spherical binder particles, and that through the visco elastic properties of the binder a deliquescence of the binder on the activated carbon particles during the with increasing temperature manufacturing process going on can be avoided. It is therefore important that at the invention according to the filter body, the particles of the binder largely in their original bulbous form conditions, i.e. not due to excessive heating during manufacture process have melted away. Due to the viscoelastic Properties of the binder are there for practical ones Manufacturing requirements enough wide range of temperatures and pressures at which protruding Areas of the binder particles are sufficiently firm Connect activated carbon particles without the binder over larger areas of the activated carbon particles flow and these for makes the filtration process ineffective. So it will be from the binder particles while largely maintaining their Shape bridges formed that are only in proportion moderately small areas of the activated carbon particles added are.
Für die Zwecke der Erfindung geeignete Bindemittel lassen sich insbesondere unter Polyethylenen finden. Polyethylen ist wegen seines niedrigen Preises, seiner leichten Verar beitbarkeit, seiner chemischen Reaktionsträgheit und seiner günstigen mechanischen und thermischen Eigenschaften auch in anderer Hinsicht von Vorteil.Leave suitable binders for the purposes of the invention can be found especially among polyethylenes. Polyethylene is because of its low price, its light processing processability, its chemical inertness and its favorable mechanical and thermal properties also in another advantage.
Besonders günstige Ergebnisse lassen sich mit Niederdruck- Polyethylen mit einem Molekulargewicht im Bereich 3 . . . 7×106 erzielen. In diesem Bereich von Molekulargewichten sind insbesondere die viskoelastischen Eigenschaften gut ausge prägt.Particularly favorable results can be obtained with low-pressure polyethylene with a molecular weight in the range of 3. . . Get 7 × 10 6 . In this range of molecular weights, the viscoelastic properties are particularly pronounced.
Das Volumenverhältnis Bindemittel:Aktivkohle beträgt vorzugsweise etwa 3:7 bis 7:3. In diesem Bereich lassen sich ausreichende Festigkeit und gute Filtrationsleistungen leicht miteinander vereinigen. In der Praxis ist meist ein Volumenverhältnis von etwa 1 brauchbar. The volume ratio of binder: activated carbon is preferably about 3: 7 to 7: 3. In this area you can sufficient strength and good filtration performance unite easily. In practice there is usually a Volume ratio of about 1 usable.
Vorzugsweise enthält der erfindungsgemäße Filterkörper ein stationäres Entkeimungsmittel wie Silber. Dadurch wird in bekannter Weise verhindert, daß sich im Inneren des Filterkörpers ein Keimbewuchs ausbildet. Besonders vorteil haft ist es, wenn als Entkeimungsmittel Silberpulver in den Filterkörper eingearbeitet ist. Fein verteiltes metallisches Silber zeigt in Leitungswasser eine erwünschte antibakte rielle Wirkung und wird nur sehr langsam von dem durchlau fenden Wasser aufgezehrt, so daß nur wenig Silber erforder lich ist. Statt metallischem Silber kann auch als Entkei mungsmittel eine schwer lösliche Silberverbindung wie Silbersulfid oder Silberchlorid in dem Filterkörper fein verteilt vorgesehen sein. Je nach der Zusammensetzung der zu filtrierenden Flüssigkeit können derartige Silberverbindun gen eine längere Standzeit als metallisches Silber haben.The filter body according to the invention preferably contains a stationary disinfectant such as silver. This will in known way prevents the inside of the Filter body forms a germ growth. Particularly advantageous It is sticky if silver powder is used in the Filter body is incorporated. Finely divided metallic Silver shows a desired antibacterial effect in tap water rial effect and becomes very slow from the blue found water, so that little silver is required is. Instead of metallic silver, it can also be used as Entkei a poorly soluble silver compound such as Silver sulfide or silver chloride in the filter body fine be provided distributed. Depending on the composition of the filtering liquid, such silver compounds have a longer service life than metallic silver.
Damit Bakterien abfiltriert werden, hat der erfindungsgemäße Filterkörper vorzugsweise eine solche Porosität, daß Parti kel mit einem Durchmesser bis hinunter zu 1 bis 0,2 µm abfiltrierbar sind. Dies läßt sich durch entsprechende Wahl der Teilchengrößen einstellen. Es zeigt sich dabei als besonderer Vorteil, daß auch bei dieser sehr kleinen Porengröße der Filterkörper noch einen genügend niedrigen Strömungswiderstand aufweist, um bei im Haushalt vertretba ren Abmessungen und mit den in Haushalt-Wasserleitungen üblichen Betriebsdrücken von z.B. 4 bar einen für die meisten Anwendungen ausreichenden Durchfluß von einigen Litern pro Minute zu ermöglichen.So that bacteria are filtered off, the invention has Filter body preferably such a porosity that Parti kel with a diameter down to 1 to 0.2 microns are filterable. This can be done by appropriate choice adjust the particle sizes. It shows up as special advantage that even with this very small Pore size of the filter body is still sufficiently low Flow resistance has to represent at household dimensions and with those in household water pipes usual operating pressures of e.g. 4 bar one for the sufficient flow of some in most applications Allow liters per minute.
Der erfindungsgemäße Filterkörper läßt sich mit geringem Aufwand in ähnlicher Weise herstellen wie vorbekannte Filterkörper ähnlicher Zusammensetzung. Es wird in bekannter Weise ein Gemisch aus pulverförmiger Aktivkohle und pulver förmigem thermoplastischem Bindemittel gepreßt und eine Zeitlang erhitzt, derart, daß sich die Teilchen des Bindemittels mit den Teilchen der Aktivkohle verbinden, und danach wieder abgekühlt; erfindungsgemäß lassen sich nach diesem Verfahren erfindungsgemäße Filterkörper herstellen, wenn als Bindemit tel ein pulverförmiges ultrahochmolekulares thermoplasti sches Material verwendet wird, das in einem Übergangs-Tempe raturbereich noch ein viskoelastisches Verhalten zeigt, aber oberflächlich genügend klebrig wird, um eine Bindung mit den Kohleteilchen einzugehen, und dessen Teilchen eine von der Kugelform abweichende knollige Gestalt haben, daß das Gemisch gepreßt und auf eine in dem Übergangs temperaturbereich liegende Temperatur erwärmt wird, und daß der Preßdruck, die Temperatur und die Dauer der Erwärmung so gewählt werden, daß nach dem Abkühlen die Bindemittelteil chen unter weitgehender Beibehaltung ihrer Gestalt an den Aktivkohleteilchen haften.The filter body according to the invention can be small Produce effort in a similar manner as previously known Filter body of similar composition. It is known in Wise a mixture of powdered activated carbon and powder molded thermoplastic binder and a Heated for a time so that the particles of the Connect binder with the particles of activated carbon, and then cooled again; can be according to the invention this procedure Produce filter body according to the invention when as a binding agent a powdery ultra high molecular weight thermoplastic material used in a transition tempe still shows a viscoelastic behavior, but superficially sticky enough to bind with the Carbon particles, and its particles one of the Spherical tuberous shape have that the Mixture pressed and onto one in the transition temperature range lying temperature is heated, and that the pressure, the temperature and the duration of the heating so be chosen so that after cooling the binder part Chen largely maintaining their shape on the Activated carbon particles stick.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine gute Haftung zwischen Aktivkohleteilchen und Bindemittelteilchen erzielt, ohne daß die Bindemittelteilchen zerfließen und größere Oberflächenbereiche der Aktivkohleteilchen versiegeln. Da die Bindemittelteilchen im wesentlichen ihre knollige Gestalt behalten und nicht zerfließen, bleiben die Durchgän ge zwischen den Teilchen erhalten, und es ergibt sich ein verhältnismäßig großes Porenvolumen auch in dem fertigen Filterkörper.In the method according to the invention there is good adhesion achieved between activated carbon particles and binder particles, without the binder particles flowing away and larger Seal surface areas of the activated carbon particles. There the binder particles are essentially their bulbous Keeping shape and not flowing away, the passages remain obtained between the particles, and there is a relatively large pore volume also in the finished Filter body.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ebenso einfach durchführ bar wie bekannte ähnliche Verfahren, und es genügen im Einzelfall einige wenige orientierende Versuche, um mit vorliegenden Bindemittel- und Aktivkohlematerialien ein optimales Ergebnis zu erzielen. Dabei ist hilfreich, daß bei den in Frage kommenden Bindemitteln der Temperaturbereich, in dem ein viskoelastisches Verhalten vorliegt, im allgemei nen bekannt ist. Dies gilt insbesondere auch für besonders geeignete Bindemittel aus der Gruppe Niederdruckpolyethylen eines Molekulargewichts im Bereich 3 . . . 7×106. Pulverisiertes Material dieser Art, bei dem die Teilchen die gewünschte knollenförmige Gestalt haben, ist im Handel erhältlich, so z.B. ein besonders gut geeignetes pulverförmiges Nieder druck-Polyethylen eines Molekulargewichts von etwa 4×106, bei welchem der Übergangs-Temperaturbereich zwischen etwa 220 und 300°C liegen kann. Dabei ist es allgemein günstig, wenn verhältnismäßig dicke Formkörper bei höheren Temperaturen hergestellt werden als verhältnismäßig dünne Formkörper.The process according to the invention can be carried out just as easily as known similar processes, and in individual cases it is sufficient to carry out a few orientation tests in order to achieve an optimal result with the binder and activated carbon materials present. It is helpful that the temperature range in which the viscoelastic behavior is present is generally known for the binders in question. This also applies in particular to particularly suitable binders from the group of low-pressure polyethylene with a molecular weight in the region of 3. . . 7 × 10 6 . Powdered material of this type, in which the particles have the desired bulbous shape, is commercially available, for example a particularly suitable powdered low-pressure polyethylene having a molecular weight of approximately 4 × 10 6 and in which the transition temperature range between approximately 220 and Can be 300 ° C. It is generally favorable if relatively thick moldings are produced at higher temperatures than relatively thin moldings.
Es hat sich gezeigt, daß die Haftung zwischen den Bindemit telteilchen und den Aktivkohleteilchen weiter verbessert werden kann, wenn die Erwärmung bei der Herstellung über eine Zeitdauer von etwa 30 bis 120 Minuten aufrechterhalten wird. Innerhalb dieses Bereichs ist eine Optimierung noch dadurch möglich, daß verhältnismäßig dicke Formkörper über eine längere Zeitdauer erwärmt gehalten werden als verhält nismäßig dünne Formkörper.It has been shown that the adhesion between the binders tel particles and the activated carbon particles further improved can be if the warming in the manufacture over maintained for a period of about 30 to 120 minutes becomes. Optimization is still within this range thereby possible that relatively thick molded body over kept warm for a longer period of time than behaves thin shaped body.
Im allgemeinen werden mit Preßdrucken im Bereich von 7 bis 30 bar die besten Ergebnisse erzielt.Generally, with pressures in the range of 7 to 30 bar achieved the best results.
Die gewünschte Filterfeinheit wird durch entsprechende Wahl der Teilchengröße der Aktivkohle eingestellt. Dabei kann die Teilchengröße des Bindemittels in einem breiten Bereich liegen. Grundsätzlich können Aktivkohlesorten mit mittleren Teilchengrößen im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 3 mm verwendet werden. Für den schon beschriebenen Fall, daß der herzustellende Filterkörper auch sehr kleine Teilchen im Größenbereich 0,2 bis 1 µm zurückhalten soll, wird zweck mäßigerweise eine Aktivkohle verwendet, bei der etwa 20 Vol-% eine Teilchengröße von etwa 1 µm aufweisen.The desired filter fineness is selected accordingly the particle size of the activated carbon. The Particle size of the binder in a wide range lie. Basically, activated carbon types with medium Particle sizes in the range of about 1 µm to about 3 mm be used. In the case already described that the filter body to be produced also very small particles in the Size range 0.2 to 1 µm should be used moderately used an activated carbon in which about 20 Vol% have a particle size of about 1 micron.
Bei dem Bindemittel wird oft statt der Teilchengröße die Schüttdichte angegeben. Bei im Handel erhältlichen Sorten Niederdruck-Polyethylen mit knollenförmiger Teilchengestalt sind Sorten mit einer Schüttdichte von etwa 0,2 bis 0,25 g/cm3 besonders geeignet. The bulk density of the binder is often given instead of the particle size. In the case of commercially available types of low-pressure polyethylene with a bulbous particle shape, types with a bulk density of approximately 0.2 to 0.25 g / cm 3 are particularly suitable.
Wenn der Filterkörper eine verhältnismäßig geringe Dicke hat, z.B. 0,5 bis 2 cm bei einem Durchmesser von z.B. 15 cm, und/oder ein verhältnismäßig hoher Gehalt an Aktivkohle, z.B. 50 Vol.-%, vorliegt, kann es zweckmäßig sein, bei der Herstellung eine geringe Menge eines Verfestigungsmittels, z.B. Polyethylen niederen Molekulargewichts, zuzugeben.If the filter body has a relatively small thickness has, e.g. 0.5 to 2 cm with a diameter of e.g. 15 cm, and / or a relatively high content of activated carbon, e.g. 50 vol .-%, is present, it can be useful at Producing a small amount of a solidifying agent, e.g. Low molecular weight polyethylene.
Die Figur erläutert in einer schematischen Schnittbild-Dar stellung die Struktur des erfindungsgemäßen Filtereinsatzes.The figure explains in a schematic sectional diagram position the structure of the filter insert according to the invention.
Teilchen 1 eines pulverförmigen Adsorptionsmittels wie Aktivkohle sind durch knollenförmige Teilchen 2 eines thermoplastischen Bindemittels untereinander zu einem selbsttragenden mechanisch bearbeitbaren Filterkörper ver bunden. Die Bindemittelteilchen 2 sind durch die beim Herstellen angewandten Druck- und Temperaturverhältnisse ohne wesentliche Veränderung ihrer ursprünglichen Gestalt nur in verhältnismäßig begrenzten Verbindungsbereichen 3 an die Aktivkohleteilchen 1 geheftet. Wegen der knolligen Gestalt der Bindemittelteilchen 2 ergibt sich ein verhält nismäßig großes Porenvolumen 4. Die Bindemittelteilchen 2 sind nicht aufgeschmolzen und zerflossen, so daß ein Versiegeln größerer Bereiche der Aktivkohleteilchen 1 durch Bindemittel vermieden ist.Particles 1 of a powdery adsorbent such as activated carbon are interconnected by bulbous particles 2 of a thermoplastic binder to form a self-supporting mechanically editable filter body. Due to the pressure and temperature conditions used in the manufacture, the binder particles 2 are only attached to the activated carbon particles 1 in relatively limited connection areas 3 without a substantial change in their original shape. Because of the bulbous shape of the binder particles 2 , a relatively large pore volume 4 results. The binder particles 2 are not melted and melted, so that sealing of larger areas of the activated carbon particles 1 by binders is avoided.
Bei der Herstellung des dargestellten Filterkörpers ist Silberpulver als Entkeimungsmittel eingearbeitet worden. Die Silberpulver-Teilchen 5 werden beim Herstellungsvorgang zum größten Teil an die Bindemittelteilchen 2 gebunden.Silver powder has been incorporated as a disinfectant in the manufacture of the filter body shown. The silver powder particles 5 are bonded during the production process for the most part of the binder. 2
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