DE10044218A1 - Einsatz von Polyisocyanatharzen in Filterschichten - Google Patents

Abstract

Es wird ein nassfest ausgerüsteter Filter, insbesondere ein Tiefenfilter mit hoher Quellfähigkeit, beschrieben, der eine Cellulosefasern enthaltende, offenporige Hohlräume aufweisende Filtermatrix umfasst, wobei die Cellulosefasern an ihrer Oberfläche chemisch gebundenes Polyisocyanat aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Filtermatrix in ihren Hohlräumen fein verteilte Mikropartikel. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung solcher Filter sowie deren Verwendung in der Nahrungs-, Getränkemittel- und pharmazeutischen Industrie beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft Filter, insbesondere Tiefenfilter aus Cellulose, die trotz einer Nassfestausrüstung noch hervorragende Quelleigenschaften aufweisen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zu deren Herstellung sowie die Verwendung solcher Filter.

Für die Abtrennung von Fest- und/oder Schwebstoffen aus Flüssigkeiten werden in technischen, insbesondere groß­ technischen Verfahren neben Zentrifugen vor allem Filter eingesetzt. Hierzu werden häufig Filter verwendet, die aus einem Filz bzw. Gewirke aus Zellstofffasern aufgebaut sind. Bei solchen Filtern wird die Festigkeit dieser Fa­ sergewirke nicht nur durch die Verschlaufung der einzelnen Fasern, sondern vor allem auch durch Ladungswechselwirkun­ gen, insbesondere Wasserstoff-Brückenbindungen, erzeugt, welche die Fasern zusammenhalten. Bei der Verwendung sol­ cher Filter in wasserhaltigen Medien drängen sich Wasser­ moleküle zwischen die ionischen Gruppen, was sowohl zu ei­ ner Quellung des Zellstoffgewirkes als auch zu einer Ab­ nahme der Festigkeit führt. Dabei wird auch das Filterge­ füge verändert. Inhomogenitäten (z. B. durch Flockenbildung während der Filterschichtherstellung) im Blattgefüge der trockenen Filterschicht verstärken sich erfahrungsgemäß bei Wasseraufnahme (Quellung) und verschlechtern die Filtrationseigenschaften der Filterschichten, weil die durch Inhomogenitäten bedingte unterschiedliche Beweglichkeit der Fasern die Störungen im Blattgefüge verstärken. Zwar ist die Quellung der Filter in den technischen Verfahren besonders erwünscht, da sie wesentlich zur Abdichtung der Filteranlagen beiträgt, jedoch ist die Abnahme der Festig­ keit bzw. der mechanischen Beanspruchbarkeit äußerst uner­ wünscht, da sie die Standzeiten eines Filters verkürzt, d. h. diese müssen häufiger ausgetauscht werden, was zu ebenso häufigen Unterbrechungen des Produktionsprozesses führt. Obwohl sowohl die erwünschte Quellung als auch die unerwünschte Abnahme der Festigkeit durch die gleichen chemisch-physikalischen Vorgänge hervorgerufen werden, wird angestrebt, Filter mit einem guten Quellvermögen und gleichzeitig ausreichender Nassfestigkeit herzustellen. Weiterhin ist es besonders erwünscht, ein sehr homogenes Filtergefüge in den Filterschichtenaufzubauen, um deren Filtrationseigenschaften zu verbessern.

Es ist daher bereits versucht worden, derartige Zellstoff­ filter mittels Polyethyleniminen und/oder Polyvinylaminen nassfest auszurüsten, da diese Substanzen eine ausgeprägte Ladungswechselwirkung mit den Zellstofffasern aufweisen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass für hohe Nassfestig­ keiten hohe Ladungsdichten benötigt werden, welche wie­ derum die Filterleistung durch ungewollte Adsorption her­ absetzen. Außerdem führen die hohen Ladungswechselwirkun­ gen bei der Herstellung der Filter zu einer verstärkten Flockenbildung in der Zellstofffaserpulpe, was zu einer inhomogenen Filterschicht führt, wodurch die Filter­ leistung, insbesondere die Trennschärfe solcher Filter, verschlechtert wird. Darüber hinaus wird die nur auf La­ dungswechselwirkungen beruhende Faser-Faser-Bindung auch hier von Wasser teilweise wieder zerstört, weshalb die Nassfestigkeit beim Gebrauch rasch nachläßt. Darüber hin­ aus zeigen derart ausgerüstete Filter ein hohes Bluten, d. h. ein Auswaschen der Nassfestausrüstung, so dass sich deren Abbauprodukte im Filtrat wieder finden. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Nahrungsmitteln als auch von Arzneimitteln äußerst unerwünscht.

Es ist daher bereits versucht worden Zellstofffaser-hal­ tige Filter mittels Polyamin- und/oder Polyamidamin-Epi­ chlorhydrin-Harzen nassfest auszurüsten. Auch Melamin- Formaldehyd-Harze werden häufig verwendet um die Nass­ festigkeit derartiger Filtermaterialien zu erhöhen. Der­ artig ausgerüstete Harze setzen jedoch Chlorverbindungen frei (Polyamidamin-Epichlorhydrin-Harze) oder wie im Falle von Melamin-Formaldehyd Harzen wird unter Wärme und Feuch­ tigkeitseinwirkung vermehrt Formaldehyd frei, welches nicht nur zu einer Geruchsbelästigung sondern auch zu einer Kontamination des Filtrates führt. Darüber hinaus weisen die mit den vorgenannten Verfahren mittels einer durch chemische Vernetzung hervorgerufenen Brückenbil­ dungen kein zufriedenstellendes Quellverhalten auf. Außer­ dem wird die Nassfestausrüstung mit der Zeit chemisch ab­ gebaut, wodurch die Nassfestigkeit mit der Dauer des Ge­ brauchs abnimmt.

Aus der Papierindustrie ist es bekannt, Papier durch die Verwendung von Polyisocyanatharzen unter Druck in der Pa­ pierpresse zu verleimen, was ebenfalls zu einer erhöhten Nassfestigkeit des Papieres führt. Dabei wird nach dem Ab­ scheiden der Fasern auf einem Sieb (Blattbildung) die er­ haltene Papierbahn weiter entwässert und verdichtet, was in der Pressenpartie zwischen zwei Walzen geschieht, die einen Druck von bis zu 120 kPa auf die Papierbahn ausüben. Dadurch werden die Faser-Faser-Bindungen im Papier erhöht, was zu einem starken Anstieg der Festigkeit führt. Darüber hinaus wird dabei auch die Papieroberfläche geglättet, was zum besseren Beschriften notwendig ist. Zur Papierherstel­ lung werden ineinandergepresste kurze Cellulosefasern von üblicherweise 0,6-1,3 mm Länge im ungemahlenen Zustand und einem Faserdurchmesser von 15-20 µm verwendet, die durch eine faserverkürzende Mahlung bei einem niedrigen Mahlgrad verarbeitet werden und in der Papierpresse unter Wärme miteinander verklebt werden.

Derartige Verfahren sind beispielsweise in der DE-A-42 11 480, der WO 97/13033, der EP-A-0,582,166 sowie der WO 96/38629 beschrieben. Alle diese Verfahren haben zum Ziel den Eintrag von adsorbierbarem organischem Halogen (AOX) in das Produktionsabwasser sowie die Anreicherung dieser Substanzen im Papier sowie im Kreislauf des Pro­ duktionswassers zu vermeiden. Diese Art der Verleimung führt zu einem nassfesten Papier, wobei in der Papierin­ dustrie ein Produkt bereits als nassfest bezeichnet wird, wenn dessen Nassfestigkeit mindestens 15% der Trocken­ festigkeit beträgt. Die in der Papierindustrie üblicher­ weise angewendeten Maßnahmen zur Erhöhung der Festigkeit, wie Verpressen, Zugabe von verkleisternden Stärkederivaten oder Leimung der Oberfläche, sind jedoch für die Herstel­ lung von Filterschichten ausgeschlossen, da durch diese Methoden die notwendige Durchlässigkeit und Porosität der Filterschichten weitgehend zerstört wird.

Bei der Herstellung von Filtern liegen jedoch im Gegensatz zu Papier keine kurzen eng aneinanderliegenden, dicht ge­ packten, miteinander verklebten Zellstofffasern vor, son­ dern es werden wesentlich längere Fasern mit einem höheren Faserdurchmesser zu einem Netzwerk verbunden, das übli­ cherweise zu ca. 80% seines Volumens aus offenporigen Hohlräumen besteht. Nur auf diese Art und Weise kann die für die Filtration notwendige Durchlässigkeit der Filter­ schichten gewährleistet und gleichzeitig die filtrations­ aktiven Filterstoffe (z. B. Kieselguren) in großer Menge in der Filtermatrix gebunden werden. Zusätzlich wird die Festigkeit derartig offener Filterschichten erfahrungs­ gemäß durch die Verwendung von Langfasern verbessert.

Die Erfindung hat nun zum Ziel nassfest ausgerüstete Fil­ ter bereitzustellen, deren Standzeit wesentlich verlängert ist und die ein Quellverhalten aufweisen, welches gegen demjenigen des unbehandelten Produktes gleich oder nur ge­ ringfügig geringer ist.

Darüber hinaus hat die Erfindung zum Ziel, einen Filter bereitzustellen, der trotz eines verstärkten Quellverhal­ tens auch eine bessere Filterwirkung besitzt als Filter, die nach dem Stand der Technik mit anderen Nassfestharzen (z. B. Polyamidamin Epichlorhydrin Harze, Melamin-Formalde­ hydharze) hergestellt werden. Schließlich sollten Filter bereitgestellt werden, welche gegenüber den bislang bekannten nassfest ausgerüsteten Filtern eine deutlich er­ höhte Standzeit aufweisen.

Dieses Ziel wird nun erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass man die verbesserte Quellfähigkeit dadurch bewirkt, dass man die Zellstofffasern der Filtermatrix mit einem Polyisocyanat behandelt.

Filter, insbesondere Tiefenfilter weisen gegenüber Papie­ ren eine wesentlich höhere Flächenmasse von üblicherweise 200-3500 g/m² auf. Darüber hinaus enthalten sie häufig bis zu 70 Gew.-% an anorganischen filteraktiven Substan­ zen.

Die erfindungsgemäßen Filter enthalten üblicherweise 0,01-10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1-5 Gew.-% und ins­ besondere 0,5-3 Gew.-% Polyisocyanat.

Erfindungsgemäß werden hierzu vorzugsweise hydrophile Po­ lyisocyanate verwendet, wie sie beispielsweise in der WO 96/38629, der WO 97/13033 und der EP-A-564 912 be­ schrieben sind.

Die Polyisocyanate werden erfindungsgemäß üblicherweise in Form von Emulsionen eingesetzt, wie sie dem Fachmann gene­ rell bekannt sind und aus kommerziell erhältlichen Poly­ isocyanaten herstellbar sind. Üblicherweise werden dabei wasserdispergierbare Polyisocyanate oder Gemische davon eingesetzt, die in einer Konzentration von bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 10 Gew.-% in Wasser fein­ teilige Dispersionen mit Partikelgrößen ≦ 500 nm auf­ weisen.

Die erfindungsgemäßen Cellulosefilter werden zum großen Teil (30-100% des Zellstoffanteils, vorzugsweise < 50%) aus Langfasern mit einer Länge von < 2 mm, vor­ zugsweise 2-4 mm, insbesondere 2,5-4 mm und einem Faserdurchmesser von < 25 µm, vorzugsweise < 30 µm (im ungemahlenen Zustand) hergestellt. Sie zeigen eine lang­ anhaltende Stabilität und werden im Verarbeitungsprozess vorzugsweise fibrillierend gemahlen, wobei zum Teil hohe Mahlgrade von bis zu 80°SR verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen Filter enthalten vorzugsweise in ih­ rer Filtermatrix zusätzliche Filterkomponenten wie Poly­ saccharide, Cellulosederivate wie Celluloseacetat, Agarose und deren Derivate, Dextrane und Chitosane, sowie deren Derivate und insbesondere anorganische Partikel wie natür­ liche Silikatverbindungen z. B. Kieselgur, Schichtsilikate, Perlite, Xerogele, Feldspäte, Zeolite, Montmorillonite, Molekularsiebe und Ionenaustauscher, Aktivkohle, Titandi­ oxid, Zinksulfid, Calciumkarbonat, Talkum sowie syntheti­ sche organische polymere Partikel, die insbesondere auch aus den zuvor genannten reaktiven Nassfestharzen bestehen können, Polyvinylpyrrolidon (PVP bzw. PVPP) sowie Stärke und Stärkederivate wie oxidierte und alkylierte Stärken und synthetische Faserstoffe wie beispielsweise Polyethy­ lene, Polypropylene. Dabei können die Filter bis zu 70 Gew.-% bezogen auf den Gesamtgehalt des Filters dieser Filterkomponenten enthalten.

Es wurde überraschenderweise gefunden, dass die erfin­ dungsgemäßen Filterschichten eine bessere Filtrationsleis­ tung aufweisen als andere mit handelsüblichen Nassfesthar­ zen ausgerüstete Filterschichten. Die Filtrationsleistung wird maßgeblich durch die Permeabilität und den Kläreffekt der Filterschicht charakterisiert und kann unter definier­ ten Filtrationsbedingungen quantitativ beschrieben werden.

Wesentliche Voraussetzung für eine gute Filtrationsleis­ tung ist eine möglichst homogene Verteilung aller Filter­ komponenten in der Filterschicht. Inhomogenitäten wie Flockenbildungen in der Nasspartie der Filterschichther­ stellung sind durch den Einsatz kationischer Nassfestharze jedoch nicht vollständig zu vermeiden. Sie beeinträchtigen den homogenen Blattaufbau, sind aber für die erforderliche Nassfestigkeit unerläßlich. Die Flocken entstehen durch Destabilisierung von negativ geladenen Fasern und Fein­ stoffen in der Filterstoffpulpe infolge Abbau ihrer Ladung mittels kationischer Nassfestharze und anschließender Flockenbildung.

Eine weitere zusätzliche Erklärung der verbesserten Fil­ trationsleistung wird darin gesehen, dass das in Wasser in Form von kleinen Emulsionstropfen vorliegende reaktive Po­ lyisocyanat durch Selbstvernetzung (mögliche Nebenreaktion in der wässrigen Emulsion) sehr kleine ausgehärtete Poly­ merpartikel bilden kann, die von den filtrationsaktiven Filterkomponenten in der Filterschicht zurückgehalten wer­ den, so dass dadurch die insgesamt zur Verfügung stehende zugängliche filtrationsaktive Oberfläche erhöht und die Filtrationsleistung der erfindungsgemäßen Filterschichten positiv beeinflusst wird. Trotz der guten Quelleigenschaf­ ten zeichnen sich die erfindungsgemäßen Filterschichten durch ein verzögertes Benetzungsverhalten mit Wasser aus. Diese Hydrophobierung ist bereits für anionisch modifi­ zierte Polyisocyanate in Verbindung mit kationischen Re­ tentionsmitteln bei der Papierveredelung beschrieben wor­ den (EP 0 828 890 B1). Es wurde nun gefunden, dass dieser Effekt auch bei Verwendung kationisch modifizierter Poly­ isocyanate in der Filterschichtherstellung auftritt, be­ sonders bei zunehmender Polyisocyanatmenge und längerer Verweildauer (5-180 Minuten, vorzugsweise 30-90 Min.) des Harzes in einer temperierten Filterstoffpulpe (20-60°C, vorzugsweise 30-45°C). Es wird angenommen, dass die längere Verweilzeit des Polyisocyanatharzes und die Tempe­ ratur in der Filterstoffpulpe die Vorvernetzung und Reten­ tion des Polyisocyanates in der Weise beeinflussen, dass die erfindungsgemäßen Filterschichten ein herabgesetztes Benetzungsverhalten für Wasser zeigen.

Prinzipiell hat es sich gezeigt, dass ein erhöhter Zusatz von Polyisocyanat eine Zunahme der Hydrophobierung der Filterschichten ebenso begünstigt wie eine längere Ver­ weil- bzw. Reaktionsdauer der Polyisocyanate in der Fil­ terstoffpulpe. Auch eine Erhöhung der Temperatur begünstigt eine Hydrophobierung der Filterschicht.

Wenn auch die Lagerung von Filterschichten bisher zu kei­ nen Problemen führte, so wurde gefunden, dass diese Hydro­ phobierung zu einer erhöhten Lagerstabilität führt, weil dadurch die Wasseraufnahme der Filterschichten über die Luftfeuchtigkeit herabgesetzt ist.

Darüber hinaus wurde gefunden, dass eine geringere Wasser­ aufnahme der Filter zu einer wesentlich geringeren Anfäl­ ligkeit des Filtermaterials gegenüber mikrobieller Verseu­ chung führt und eine unerwünschte Welligkeit von Filter­ schichten vermindert wird. Darüber hinaus wird durch eine geringere Wasseraufnahme auch der chemische Abbauprozess gebremst.

Das Benetzungsverhalten läßt sich wie bei der Bestimmung des Leimungsgrades in der Papierindustrie durch den Wider­ stand der Filteroberfläche gegenüber dem Eindringen von wässrigen Lösungen charakterisieren wie dies in Beispiel 5 angegeben ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Tiefenfil­ terschichten mit einem Flächengewicht von 200-300 g/m², vorzugsweise 500-2000 g/m² und einer Nassfestigkeit von 20 N/5 cm-500 N/5 cm, vorzugsweise von 50-300 N/5 cm herstellen.

Die Nassfestigkeit wird, wie in DIN 53112 Teil 2 beschrie­ ben ist, bestimmt. Dabei wird bei einem Zugversuch an ei­ ner wässrigen Probe diejenige Kraft bestimmt, die benötigt wird, um diese Probe zu brechen bzw. zu zerreißen. Diese Kraft wird als Nassbruchkraft bezeichnet. Dabei werden Proben mit einer freien Einspannlänge von 100 ± 2 mm und einer Breite von 50 mm in eine Zugprüfmaschine einge­ spannt, welche die gemessene Kraft im Augenblick des Bruches der Probe anzeigt. Zur Bestimmung der initialen Nass­ festigkeit werden die Prüflinge 5 Minuten lang in ein Ge­ fäß gegeben, in dem sie vollständig untergetaucht sind. Die Bestimmung der Dauernassfestigkeit erfolgt dann auf die gleiche Art und Weise, wobei anstelle des Wässerns die Schichten unterschiedlich belastet und dann in der Zug­ prüfmaschine auf Nassfestigkeit getestet werden. Die er­ findungsgemäßen Filter bzw. die erfindungsgemäß herge­ stellten Filter sind vorzugsweise zur Herstellung von Nah­ rungsmitteln und Getränken, sowie insbesondere von Bier und Wein als auch von Arzneimitteln verwendbar.

Die Erfindung soll durch die folgenden Beispiele näher er­ läutert werden.

Es wurden Cellulosefasermassen mit handelsüblichen Nass­ festmitteln, nämlich Melamin-Formaldehyd-Harz [Madurit MW 167 (10%ige Lösung, Vianova Resins)], Polyamidoamin-Epi­ chlorhydrin-Harz [Luresin KNU (BASF)], Polyvinylamin [Baso-coll 8086 (BASF)], Polyethylenimin [Polymin P (BASF)], Polyisocyanat [ISOVIN VP SP 42004 (Bayer)], CMC [Tylose C30 (Clariant)], Kieselsol [Klar-Sol-Super (Erbslöh)], Polyacrylat [Acronal 27 D (BASF)] behandelt.

Zur Herstellung der Filter wird zu einer Zellstoffpulpe unter Rühren die Nassfestharze und/oder weitere Additive in Form wässriger Suspensionen bzw. Emulsionen, vorzugs­ weise in Form einer 1-10 Gew.-%igen Verdünnung zugege­ ben. Anschließend erfolgt die Filterschichtbildung auf einem Laborblattbildner, mit dem man die industrielle Filterschichtherstellung unter idealisierten Bedingungen simulieren kann. Wie auf der Langsiebmaschine erfolgt die Schichtbildung durch eine senkrechte Entwässerung der Fa­ sersuspension durch ein Sieb, unterstützt durch Unter­ druck. Zur Filterschichtbildung wird die Füllkammer des Blattbildners von unten mit Wasser befüllt und von oben mit 2000 ml einer 2%igen Zellstoffpulpe eingefüllt. Nach Erreichen der 4-Liter-Marke wird die Wasserzufuhr abge­ stellt und mit Druckluft die Stoffsuspension 5 s lang durchmischt. Anschließend kann sich die Suspension 5 s beruhigen, bevor der Entwässerungsvorgang durch Anlegen eines Unterdruckes eingeleitet wird. Nach dem der Flüssig­ keitsspiegel durch das Faservlies gesunken ist, wird noch 10 s lang Luft durch das Blatt gesaugt. Abschließend wird die gebildete Schicht bei 130-150°C getrocknet. Die Nassfestigkeit der hierbei erhaltenen Tiefenfilter wird nach einem 5-minütigem Einlegen in Wasser bestimmt.

Die hierbei erhaltenen Werte sind in der folgenden Tabelle unter [1] angegeben.

Danach wurden die Filter gemäß den im folgenden als Test A bis Test C beschriebenen Verfahren behandelt um die Dauer­ nassfestigkeit zu bestimmen.

Test A

Hierbei wurden die Filterschichten in einem Schichten­ filter im Wechsel je zehn mal bei jeweils 1 bar Druck (10⁵ Pa) für 30 Minuten mit Wasserdampf beaufschlagt und danach 30 Minuten mit 10%igem Ethanol-Wassergemisch bei pH 3 gespült. Danach wurde mit einer 2,5%igen Natronlauge gespült (10 Min., 500 l/m² h) und anschließend die Nassfes­ tigkeit an 5 cm breiten und 15 cm langen Prüflingen be­ stimmt.

Test B

Die jeweiligen Filter wurden acht mal bei 121°C autokla­ viert (0,1 MPa (1 bar) Überdruck).

Test C

Hier wurden die Filter jeweils hundert mal mit heißem Was­ ser von 90°C (500 l/m² h, 20 Min.) und hundert mal mit kaltem Wasser von 20°C gespült.

Beispiel 1 direkter Vergleich mit anderen Nassfestharzen, ohne Zusatz von Retentionshilfsmitteln Test A

Kieselgurfreie Cellulosefiltermasse (Kiefersulfat, Stoff­ dichte: 3%, Mahlgrad: 25°SR); Flächenmasse: 640 g/m² Initiale Nassfestigkeit [1] und Dauernassfestigkeit [2] in N/5 cm.

Test B

55% Kiefersulfat/Linters, Stoffdichte: 3%, Mahlgrad 30°SR; 45% Kieselguren initiale Nassfestigkeit [1] und Dauernassfestigkeit [2] in N/5 cm, Flächenmasse: 1280 g/m²

Test C

55% Kiefersulfat/Linters, Stoffdichte: 3%, Mahlgrad 30°SR; 45% Kieselguren initiale Nassfestigkeit [1] und Dauernassfestigkeit [2] in N/5 cm; Flächenmasse 1280 g/m²

Beispiel 2 Wirkungssteigerung durch Zusatz von Reten­ tionsmittel Test A Filterschichtzusammensetzung

55% Kiefersulfat/Linters, Stoffdichte: 3%, Mahlgrad 30°SR; 45% Kieselguren; Flächenmasse: 1280 g/m² Zusatz von Retentionsmittel Carboxymethylcellulose (CMC)

Beispiel 3 Kombination mit anderen Nassfestharzen Test A Filterschichtzusammensetzung

55% Kiefersulfat/Linters, Stoffdichte: 3%, Mahlgrad 30°SR; 45% Kieselguren; Flächenmasse: 1280 g/m²

Beispiel 4 Filtrationsleistung an Hand einer Modellstoff­ suspension a) Filterschichtzusammensetzung

55% Kiefersulfat/Linters, Stoffdichte: 3%, Mahlgrad 30°SR; 45% Kieselguren, Flächenmasse: 1280 g/m² Filtrationsbedingungen: Prüfdruck: 1000 mbar; Prüf­ zeit: 1800 s;

Ermittlung des Rückhaltevermögens der Filterschicht gegenüber Trubpartikeln einer Modellstoffsuspension

Die Filterschicht wird unter def. Bedingungen (Prüfdruck: 1000 mbar, Prüfzeit 30 Min.) mit einer Modellstoffsuspension (z. B. 0,7%ige Roh-Rohrzucker-Lösung, Ovomaltine/­ Kaffee-Surrogat-Suspension = Modellsuspension 1) beauf­ schlagt und das Filtrationsverhalten (Durchsatz und Klär­ effekt) ermittelt. Aus dem ermittelten Volumenstrom [l/h] und der Trübung [TE/F] des Filtrates lassen sich Durch­ lässigkeit (Permeabilität) und Kläreffekt der Filter­ schicht quantitativ beschreiben. Nur beide Schichtparame­ ter zusammen charakterisieren die wesentlichen Leistungs­ merkmale einer Filterschicht.

Mit der Formel für den Wert A (s. u.) können beide Filtra­ tionsparameter im direkten Schichtenvergleich durch den Wert A quantitativ [%] beschrieben werden. Der Wert A drückt die verbesserte Leistung der neuen mit einem Poly­ isocyanat gefertigten Filterschichten gegenüber einer mit einem Polyamidamin-Epichlorhydrin-Harz gefertigten Schicht aus. Im Beispiel 4a ergibt sich nach Formel A eine 45%ige Leistungssteigerung der mit Polyisocyanat hergestellten Filterschicht. Diese resultiert in diesem Beispiel aus ei­ ner besseren Klärleistung der neuen Polyisocyanat-Filter­ schicht bei gleichzeitig erhöhter Permeabilität gegenüber der Vergleichsschicht.

• a) Auch an einer gegenüber Beispiel 4a) veränderten Mo­ dellstoffsuspension zeigen die erfindungsgemäßen Fil­ ter eine überlegene Filterleistung. Die Modellstoff­ suspension Eura/Ovomaltine wurde wie folgt herge­ stellt. 2,0 g Ovomaltine, WASA GmbH, Celle und 7,0 g Kaffee-Surrogat-Extract, Fa. Günzburger Nahrungsmit­ telwerke, Günzburg werden in 1 l Wasser eingerührt und dann unter starkem Rühren auf 100 l aufgefüllt (Modellstoffsuspension 2) und in wässriger Suspension entsprechend den 'Untersuchungsmethoden Tiefenfilter­ medien Filterschichten' des Arbeitskreises Tech­ nik/Analytik der Europäischen Fachvereinigung Tiefen­ filtration e. V. (EFT) für Filtrationstests verwendet.

Filterschichtzusammensetzung

55% Kiefersulfat, Stoffdichte: 3,0%, Mahlgrad 43°SR; 45% Kieselguren, Flächenmasse: 1280 g/m² Filtrationsbedingungen: Prüfdruck: 1000 mbar; Prüfzeit: 1800 s;

Modellstoffsuspension 2

Erklärung

In folgender Formel werden beide Filtrationsparameter (Vo­ lumenstrom und Trübung) im direkten Schichtenvergleich (PIC-EPI-Schicht) durch den Wert A quantitativ beschrie­ ben. Die Unterschiede gegenüber den Polyamidamin-Epichlor­ hydrin-Schichten sind offensichtlich.

Bewertung

Die prozentualen Unterschiede (A-Werte) dokumentieren die verbesserte Leistung der neuen mit einem Polyisocyanat ge­ fertigten Filterschichten gegenüber einer mit einem Poly­ amidamin-Epichlorhydrin-Harz gefertigten Schicht.

Beispiel 5 Leimungseffekt Testbedingungen

Filterschichtzusammensetzung: Auf einer getrockneten Fil­ terschicht, bestehend aus kieselgurfreier Cellulosefilter­ masse (Kiefersulfat, Stoffdichte: 3%, Mahlgrad: 25°SR, Flächenmasse: 640 g/m², Laborblatt), mit ca. 3% Rest­ feuchte, werden 6 Wassertropfen mit einer Pipette vorsich­ tig aufgetragen und die benötigte Zeit für das Eindringen des Wassertropfens in die Filterschicht (Mittelwert aus 6 Messungen) gemessen (Tropfentest).

Ähnlich wie bei der Bestimmung des Leimungsgrades in der Papierindustrie, charakterisiert der Test den Widerstand der Filteroberfläche gegenüber dem Eindringen von wässrigen Lösungen. Die Filterschichten lassen sich so hinsicht­ lich Benetzbarkeit der Filterschicht differenzieren.

Auf die getrockneten Filterschichten (Feuchtegehalt: 3%) wird ein Wassertropfen aufgetragen und die Eindringzeit gemessen (Tropfentest).

Beispiel 6

Um das Quellvermögen der Fasern zu überprüfen, wurden reine Zellstoffschichten (wie in Test A) untersucht. Das Wasserrückhaltevermögen (WRV) wurde folgendermaßen be­ stimmt. 20 g der getrockneten Schicht werden 20 Minuten in Wasser aufgeschlagen, anschließend wird eine Probe bei 3000 U/min. abzentrifugiert. Der abgeschleuderte Nassku­ chen wird gewogen (m_feucht), dann im Trockenschrank getrock­ net und das Trockengewicht erneut bestimmt (m_trocken).

WRV (%) = (m_feucht - m_trocken) × 100/m_trocken

Während die herkömmlichen Harze zu einer Abnahme des WRV- Wertes (Quellung) führen, bleibt die Quellbarkeit der Zellstoffblätter, die erfindungsgemäß mit Polyisocyanat gefertigt wurden, fast konstant. Die Harzmenge wirkte sich bisher immer besonders negativ auf die Quellungseigen­ schaften der Filterschichten aus. Unter Berücksichtigung der Messgenauigkeit läßt sich feststellen, dass Polyisocy­ anat-Harz die Quellungseigenschaften der Zellstoffe nicht so stark verringert wie andere Harze (s. u.).

Claims (10)

1. Nassfest ausgerüsteter Filter, insbesondere Tiefen­ filter, mit hoher Quellfähigkeit, umfassend eine Cellulo­ sefasern-enthaltende, offenporige Hohlräume aufweisende Filtermatrix, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulose­ fasern an ihrer Oberfläche chemisch gebundenes Polyisocya­ nat aufweisen.

2. Hydrophiler Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Cellulosefasern mittels Polyisocyanat untereinander verbunden sind.

3. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Filtermatrix in ihren Hohl­ räumen fein verteilte Mikropartikel enthält.

4. Filter nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Mikropartikel Polyacrylate, Carboxymethylcellulose, Kieselguren, Silikagele, Polyisocyanate, Polysaccharide, Acrylacrylate, Stärke, Carboxymethylstärke, oxidierte Stärke und/oder Ionenaustauscher enthalten.

5. Filter nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzliche Filterkomponente in einer Menge von 5-- 70%, vorzugsweise 20-60% in der Filterschicht enthält.

6. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass diese bezogen auf den Gesamt­ gehalt der Filterschicht 0,01-10 Gew.-% Polyisocyanate enthalten.

7. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Polyisocyanat ein hydro­ philes Polyisocyanat ist.

8. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Polyisocyanat ein kat­ ionisches Polyisocyanat ist.

9. Verfahren zur Herstellung von dauernassfesten Cellu­ losefasern-enthaltenden Filtern mit verbesserten Filtra­ tions- und Quelleigenschaften insbesondere nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulo­ sefasern und/oder der Filter mit Polyisocyanaten behandelt werden.

10. Verwendung von Filtern nach einem der Ansprüche 1-8 zur Herstellung von Nahrungsmitteln, Getränkemitteln, chemischen und pharmazeutischen Präparaten.