DE102014003885A1 - Magnetisches Filtermedium und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Anton Kreiner
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Abstract

Es wird ein Filtermedium zum Entfernen von metallischen Partikeln, insbesondere für die Flüssigfiltration, bereitgestellt. Das Filtermedium besteht aus einem Substrat, einer auf dem Substrat aufgebrachten, magnetische Partikel enthaltenden Klebstoffschicht und mindestens einer auf der Klebstoffschicht angeordneten Faserschicht.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Filtermedien. Insbesondere betrifft die Erfindung solche Filtermedien, die magnetische Partikel enthalten. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solcher Filtermedien, die Fasern enthalten.
  • Stand der Technik
  • In der Industrie ist es oftmals notwendig, magnetische Partikel aus Flüssigkeiten wie bspw. Motorölen, Kühlflüssigkeiten, Wasser/Trinkwasser, Kraftstoffen, Pumpflüssigkeiten, hydraulischen Flüssigkeiten, elektrolytischen Abwässern und dgl. zu entfernen. So ist bspw. aus der US2010012567A1 , der CN2758494Y und der US2005205481A1 der Einsatz von Magneten in kompakter Form zur Separation von Eisenpartikeln aus Motorölen bekannt. Magnetanordnungen werden außerdem sehr häufig verwendet, um Rostpartikel zu entfernen, wie es bspw. in der US2010065504A1 beschrieben wird.
  • Viele der häufig mehrstufig ausgebildeten Industriefilteranlagen verfügen zusätzlich noch über einen magnetischen bzw. elektromagnetischen Abscheider, um magnetische Partikel aus dem Abgas zu entfernen, wie beispielsweise in der US2005241484A1 offenbart.
  • Über die Entfernung von metallischen oder ferritischen Partikeln aus Abwässern verschiedenen Ursprungs wurde ebenfalls mehrfach berichtet, wie beispielsweise in der WO2008101352A1 .
  • Aus der CN201362630Y ist ein Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen aus Abwässern bekannt, bei dem ebenfalls magnetische Effekte zum Einsatz kommen.
  • In weiteren Schriften wird von den typischen Magnetanordnungen als kompakter Stab oder Platte abgegangen. So werden bspw. in der CN101733065A mit Silikon umhüllte Ferrite als ”Core-Shell”-Systeme beschrieben und aus der US2010155335A1 sind mit Ferriten beaufschlagte Aktivkohlen bekannt.
  • Auch im Umweltbereich/Gewässerschutz werden auf magnetischen Effekten beruhende Separationsverfahren bereits eingesetzt. So beschreibt die CN101708881A ein Verfahren zur Entfernung von Blaualgen aus Gewässern, in dem zunächst ein magnetisches Flockungsmittel zugesetzt wird, welches sich an die Blaualgen haftet. Dadurch gelingt es, die ”magnetisierten” Blaualgen mit einem Magneten aus dem Wasser zu entfernen.
  • Es ist bekannt, ultradünne Fasern (sog. Nanofasern, d. h., Fasern mit einem Faserdurchmesser überwiegend (99,9%) im Bereich < 500 nm) durch das sog. Elektrospinn-Verfahren herzustellen. Das Elektrospinnen (auch als elektrostatisches Spinnen bezeichnet) ist eine vielseitige Methode, um aus Lösungen und Schmelzen, vorwiegend von Polymeren, kontinuierliche Fasern mit Durchmessern von wenigen Millimetern bis zu wenigen Nanometern herzustellen. Die Methode ist vielseitig anwendbar, da sich nahezu alle löslichen und schmelzbaren Polymere einsetzen lassen, die Polymere außerdem mit unterschiedlichen Additiven – von einfachen Rußpartikeln bis zu komplexen Spezies wie Enzymen, Viren und Bakterien – ausgerüstet werden können und natürlich auch chemische Modifikationen möglich sind.
  • Im eigentlichen Sinne handelt es sich beim Elektrospinnen nicht um ein Faserspinnverfahren, sondern vielmehr um ein Beschichtungsverfahren mit Mikro- oder Nanofaservliesen. Durch Elektrospinnen lassen sich so nahezu beliebige feste und flüssige Substrate mit einer dünnen Schicht von Polymerfaservliesen beschichten, die typischerweise Flächengewichte < 1 g/cm2 aufweisen. Derartige elektrogesponnene Polymerfaservliese sind ausgesprochen filigran und eigentlich nur auf Substraten zu verwenden. Durch eine signifikante Erhöhung der Produktivität des Elektrospinnverfahrens sind nun auch selbsttragende elektrogesponnene Gewebe zugänglich, die deutlich höhere Flächengewichte (bis zu 200 g/cm2) aufweisen und damit nicht mehr als Beschichtungen angesehen werden können. Die auf diese Weise hergestellten Nanofaserfilter zeigen eine hohe Filtrationsleistung.
  • In seiner Dissertation (Herstellung wasserfester funktionaler Nanofasern durch Elektrospinnen wässriger Formulierungen; Philipps-Universität Marburg, 2009) beschreibt Röcker die Herstellung von Nanofasern mit ferritischen Magnetpartikeln. Allerdings ist die Herstellung von mit Magnetit-Partikeln additivierten Nanofasern sehr aufwändig. Zum einen können hierfür nur sehr kleine Ferrit-Partikel zum Einsatz kommen, zum anderen verteilen sich diese Partikel nicht gleichmäßig in den Nanofasern. Darüber hinaus stellt sich bei einer großtechnischen Produktion das Problem der Ablagerung der Ferritpartikel an Eisenteilen, wie z. B. den Drahtelektroden zum Absprühen der Nanofasern, was eine effektive Beschichtung verhindert.
  • Es wurden daher Versuche unternommen (Max von Bistram; Strukturierte funktionelle Nanofasern durch Elektrospinnen; Dissertation Philipps-Universität Marburg, 2007), die magnetischen Partikel in situ herzustellen. Dazu wurden bspw. Polyacrylnitril(PAN)-Lösungen versponnen, die Eisen-III- und ggf. Eisen-II-Ionen enthalten, z. B. in Form von Eisen-III-nitrat, Mohr'schem Salz oder komplexen Verbindungen wie Eisen-III-acetylacetonaten. Der Nachteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass für die Spinnlösungen nur relativ giftige Lösungsmittel verwendet werden können. Außerdem müssen die Eisen-III-Verbindungen anschließend thermisch zu den entsprechenden magnetischen Verbindungen wie Fe3O4 oder γ-Fe2O3 abgebaut werden. Wie aus Bistram hervorgeht, werden dabei auch die PAN-Fasern zu reinen Kohlenstofffasern abgebaut, d. h., carbonisiert. Bei der Carbonisierung entsteht jedoch giftige Blausäure. Außerdem besteht beim Einbringen von Ferriten in feinfasern/Nanofasern die Gefahr des Ausspülens der Ferrite, da die Durchmesser der Ferritpartikel häufig größer sind als die Durchmesser der Fasern.
  • Es besteht daher ein Bedarf für ein magnetisches Filtermedium bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung, mit dem die geschilderten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filtermedium zur Entfernung von Metallpartikeln aus Fluiden zur Verfügung zu stellen, das die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filtermediums bereit zu stellen.
  • Diese und weitere Aufgaben werden durch das Filtermedium nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 13 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
  • In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Faserschicht ein Polymerfaservlies, ein Naturfaservlies oder eine Cellulosefaserschicht. Beispielweise handelt es sich bei der Faserschicht um ein Meltblown- oder Spundbondvlies.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Faserschicht eine Nanofaserschicht.
  • In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat ein Polymerfaservlies.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die magnetischen Partikel im Temperaturanwendungsbereich des Filtermediums ferromagnetische Eigenschaften auf.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung liegen die magnetischen Partikel in Pulverform vor, wobei die Partikel eine Partikelgrößenverteilung im Bereich von 0,1 bis 700 μm aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die magnetischen Partikel aus Ferrit.
  • In bevorzugter Weise besteht die Klebstoffschicht aus einem Schmelzkleber oder aus einem reaktiven Kleber.
  • Ebenfalls erfindungsgemäß besteht der reaktive Kleber aus einer wässrigen Dispersion, bevorzugt aus Polyurethan und Polyacrylsäureestern.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Filtermedium mindestens zwei auf der Klebstoffschicht angeordnete Faserschichten, insbesondere Nanofaserschichten, mit unterschiedlichen Faserdurchmessern auf.
  • In bevorzugter Weise bestehen die Fasern der Faserschicht aus Polyamid und enthalten zusätzlich geeignete Additive.
  • In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Klebstoffschicht beidseitig auf das Substrat aufgebracht.
  • Ebenfalls erfindungsgemäß wird das Substrat beidseitig mit mindestens einer Faserschicht, insbesondere einer Nanofaserschicht, beschichtet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet beim Einbringen der magnetischen Partikel in den Klebstoff eine Vermischung statt.
  • Das erfindungsgemäße Filterelement kann insbesondere zur Aufbereitung elektrolytischer Abwässer oder Schlämme, bei der Wasser-/Trinkwasseraufbereitung und in EDM(Electrical Discharge Machining)-Anwendungen zum Einsatz kommen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
  • 1 schematisch den Aufbau eines mit Nanofasern beschichtetes Filtermediums nach dem Stand der Technik;
  • 2 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Filtermediums; und
  • 3 eine Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Filtermediums.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die bekannt gute Filtrationsleistung einer Faserschicht mit magnetischen Separationseffekten zu verbinden, um magnetische Metallpartikel, die sich beispielsweise bei Erodierprozessen bilden, besonders effektiv abscheiden zu können.
  • Dazu wird ein Filtermedium verwendet, bei dem auf einem Substrat eine magnetische Partikel enthaltende Klebstoffschicht aufgebracht und diese Klebstoffschicht mit mindestens einer Faserschicht beschichtet ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Faserschicht um ein Polymerfaservlies, ein Naturfaservlies oder ein Cellulosesubstrat. Insbeonsdere handelt es sich aber um eine Nanofaserschicht. Das Substrat kann beispielsweise ein Polymerfaservlies, ein Naturfaservlies oder ein Cellulosesubstrat sein. Bei dem verwendeten Klebstoff kann es sich um einen Schmelzkleber (Hotmelt), 2- oder Mehrkomponentenkleber oder aber um einen reaktiven Kleber handeln, wobei der reaktive Kleber z. B. aus einer wässrigen Dispersion bestehen kann. Reaktive Kleber sind Klebstoffe, welche mit der Zeit vernetzen und ein chemisches Netzwerk aufbauen, hauptsächlich durch die Anwesenheit von Luftfeuchtigkeit (reaktive Polyurethane oder Polyolefine), sowie Klebstoffe, die trocknen und daher eher ein physikalisches Netzwerk aufbauen (z. B. Acrylatdispersionen). Ein Beispiel für eine wässrige Dispersion ist der Akrylep-Kleber 417E der Fa. Lear, der aus Polyurethan und Polyacrylsäureestern besteht.
  • Für den magnetischen Separationseffekt werden magnetische Partikel verwendet, die insbesondere in Pulverform vorliegen können, z. B. Strontiumferrit. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Ferritpulvers, wobei die Partikelgrößeverteilung im Bereich von 0,1 bis 700 μm liegt. Die magnetischen Partikel werden entweder auf die Klebstoffschicht aufgestreut oder mit dem Klebstoff vermengt, was den Vorteil hat, dass keine Sedimentation beim Aufstreuen sattfindet. Anschließend wird die mit den magnetischen Partikeln versehene Klebstoffschicht auf das Substrat aufgebracht. Möglich ist auch eine beidseitige Beschichtung des Substrates mit dem Gemisch aus Klebstoff und magnetischen Partikeln, wodurch ein höherer Auftrag möglich ist.
  • Anschließend wird das Substrat mit mindestens einer Schicht z. B. Nanofasern beschichtet. Die Nanofasern bestehen bevorzugt aus Polyamid, können aber auch aus anderen Materialien hergestellt werden. Die Erzeugung der Nanofasern erfolgt bevorzugt durch Elektrospinnen, bei dem aus Lösungen und Schmelzen, vorwiegend von Polymeren, kontinuierliche Fasern mit Durchmessern von wenigen Millimetern bis zu wenigen Nanometern hergestellt werden können. Die Fasern können dabei aus allen geeigneten Polymeren einschließlich thermoplastischen und duroplastischen Polymeren gebildet werden. Geeignete Polymere zur Herstellung von Nanofasern umfassen beispielsweise, sind aber nicht beschränkt auf, Polyimid, aliphatisches Polyamid, aromatisches Polyamid, Polysulfon, Celluloseacetat, Polyethersulfon, Polyurethan, Polyharnstoffurethan, Polybenzimidazol, Polyetherimid, Polyacrylnitril, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyanilin, Polyethylenoxid, Polyethylennaphthalat, Polybutylenterephthalat, Styrenbutadien-Kautschuk, Polystyren, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylbutylen, Copolymeren oder abgeleitete Verbindungen und Kombinationen davon.
  • Das auf diese Weise hergestellte Filtermedium besteht somit aus einem Substrat, einer auf das Substrat aufgebrachten Klebstoffschicht mit magnetischen Partikeln und mindestens einer Schicht aus Nanofasern.
  • In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermediums wird das Substrat mit der aufgebrachten Klebstoffschicht mit zwei oder mehr Nanofaserschichten beschichtet, die unterschiedliche Faserdurchmesser bzw. -feinheiten aufweisen. Vorteile einer unterschiedlichen Schichtung können optimierte Druckverluste und/oder optimierte Staubkapazitäten sein. So kann bspw. eine Schicht dicker Nanofasern (Faserdurchmesser ca. 240 nm), gefolgt von einer Schicht dünner Nanofasern (Faserdurchmesser ca. 90 nm) auf die Kleberschicht aufgebracht werden. Allgemein können Faserdurchmesser im Bereich zwischen 50 nm und 800 nm in Kombination verwendet werden. Auch eine umgekehrte Schichtung ist möglich.
  • Das erfindungsgemäße Filtermedium weist neben der guten Filtrationsleistung der Nanofasern auch gute magnetische Abscheidungseffekte durch die Verwendung von magnetischen Partikeln auf. Das aus dem Stand der Technik bekannte Problem des Ausspülens der magnetischen Partikel beim Einbringen in Nanofasern bzw. Feinfasern aufgrund der Tatsache, dass die Durchmesser der magnetischen Partikel häufig größer sind als die Durchmesser der Fasern (vgl. Dissertation Röcker und Dissertation von Bistram) wird durch das erfindungsgemäße Einbringen der magnetischen Partikel in die Klebstoffschicht umgangen. Die magnetischen Partikel sind nach dem Abbinden des Klebstoffs fest in der Klebermatrix eingebunden und können daher nicht ausgespült werden.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren gegeben. Dabei wurden sog. EDM(Electrical Discharge Machining)-Medien verwendet, die wasserbeständig sind.
  • Als Magnetpartikel wurde das Strontiumferrit-Pulver Sorte Nr. 15 der Firma Tridelta verwendet. Es handelt sich dabei um ein hartferritisches Material, welches permanent magnetisch ist. Als Schmelzkleber wurde das Produkt 614.18 der Firma Jowat AG verwendet. 25 g des Ferritpulvers wurden mit 75 g des Hotmelts vorgemischt. Die Mischung wurde auf 200°C aufgeschmolzen, gründlich miteinander vermischt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Hotmelt-Ferrit-Gemisch wurde dann bei einer Schmelztemperatur von 145°C über ein Düsensystem aufgetragen. Die Düsendurchmesser betrugen 1 mm. Das Substrat wurde auf diese Weise mit dem modifizierten Hotmelt gleichmäßig beschichtet, so dass sich eine Hotmeltauflage von ca. 25 g/m2 ergab. Der Faserdurchmesser der Hotmeltfäden betrug durchschnittlich ca. 0,3 mm. Als Beschichtungssubstrat wurde ein Polypropylen-Meltblown gewählt.
  • Das Polypropylenvlies, welches mit der Hotmelt-Ferrit-Mischung versehen wurde, wurde anschließend mit einer ersten Nanofaser-Auflage von 0,5 g/m2 versehen. Der durchschnittliche Faserdurchmesser betrug 240 nm. Anschließend wurde das Medium mit einer zweiten Schicht Nanofasern versehen. Die Auflage dieser Schicht betrug 0,1 g/m2, der durchschnittliche Faserdurchmesser 90 nm.
  • Für Referenzzwecke wurde ebenfalls ein Polypropylen-Meltblown-Medium bereitgestellt. Dieses wurde jedoch nicht mit einer ferrithaltigen Hotmeltschicht, sondern lediglich mit einer ersten Nanofaserschicht (0,5 g/m2), deren durchschnittlicher Faserdurchmesser 240 nm betrug, und einer zweiten Nanofaserschicht (0,1 g/m2), deren durchschnittlicher Faserdurchmesser 90 nm betrug, belegt.
  • Für die Spinnversuche wurde eine Labor-Spinnanlage der Firma Elmarco verwendet (NS Lab 500). Der Abstand zwischen Draht- und Gegenelektrode betrug 170 mm. Die Beschichtungsgeschwindigkeit betrug generell 10 Hz (0,26 m/min) bei einer Potentialdifferenz von 80 KV, die Stromstärke ca. 0,016 mA und die Elektrodengeschwindigkeit 38 Hz (6,1 U/min). Die Luftfeuchte betrug 58% r. H. bei 22°C.
  • Die Herstellung der Nanofasern mit dem Durchmesser von 240 nm erfolgte mit nachstehender Rezeptur:
    16% Polyamid (BASF Ultramid B24)
    28% Ameisensäure (99%ig)
    56% Essigsäure (96%ig)
  • Die Herstellung der Nanofasern mit dem Durchmesser von 90 nm erfolgte mit nachstehender Rezeptur:
    14% Polyamid (BASF Ultramid B24)
    29%g Ameisensäure (99,9%ig)
    57% Essigsäure (96%ig)
  • Messung und Vergleich der Filtrationsleistung
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau des Referenzmusters 2 aus einem Polypropylen-Meltblown-Substrat 4 mit einer darauf abgeschiedenen ersten Schicht 6 von Nanofasern mit einem Faserdurchmesser von 240 nm und einer zweiten Nanofaserschicht 8 mit einem Faserdurchmesser von 90 nm.
  • 2 zeigt schematisch den Aufbau des erfindungsgemäßen Musters 10 aus einem Polypropylen-Meltblown-Substrat 4 mit einer darauf angeordneten Hotmelt-Ferrit-Schicht 12, einer darauf abgeschiedenen ersten Schicht 6 von Nanofasern mit einem Faserdurchmesser von 240 nm und einer zweiten Nanofaserschicht 8 mit einem Faserdurchmesser von 90 nm.
  • An einem EDM-Prüfstand wurde ein genormter Stahlwerkstoff vom Typ X210CrW12 mit den Abmessungen von Breite × Länge × Dicke = 100 × 400 × 66 mm erodiert. Die Erodierabtragsgeschwindigkeit betrug 120 mm2/min. Die gebildeten Partikel wurden mit Wasser aufgenommen und mit einer Geschwindigkeit von 17,5 l/h durch eine Fläche von 528 cm2 des zu untersuchenden Filtermediums geleitet. Die Trübung (NTU, nephelometrische Trübungseinheit) wurde gemäß ISO 7027 (Streulichtmessung 90° Winkel, Wellenlänge 860 nm) gemessen.
  • Da die Trübung durch die EDM-Partikel verursacht wird, ist die Abnahme der Trübung ein Maß für den Erfolg der Filtration.
  • Aufgezeichnet wurde der Druckanstieg in bar über die Laufzeit in Stunden sowie die Abnahme der Trübung, ebenfalls über die Laufzeit in Stunden. Die folgende Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der Druckanstiege bei Referenzmuster und erfindungsgemäßem Muster. Tabelle 1
    Zeit [Stunden] Druckanstieg Referenz [bar] Druckanstieg Erfindung [bar]
    9 0,98 0,42
    12 1,29 0,76
    14 1,49 0,98
    16,5 1,74 1,26
    18 1,89 1,42
    19 2,00 1,53
    22 2,30 1,87
    23 2,40 1,98
  • Die Graphik in 4 veranschaulicht die Ergebnisse aus der Tabelle 1 (Ref = Referenzmaterial; HM = Hotmelt; F = Fasern).
  • Die folgende Tabelle 2 zeigt einen Vergleich der Trübungsverläufe bei Referenzmuster und erfindungsgemäßem Muster. Tabelle 2
    Zeit [Stunden] Trübung Referenz [NTU] Trübung Erfindung [NTU]
    0 0,98 0,42
    0,25 1,29 0,76
    1 1,49 0,98
    1,5 1,74 1,26
    3 1,89 1,42
    22 2,00 1,53
  • Die Graphik in 5 veranschaulicht die Ergebnisse aus der Tabelle 2 (HM = Hotmelt; F = Fasern).
  • Aus dem Ausführungsbeispiel ist erkennbar, dass das Einbringen des Klebstoffes (Hotmelt) mit magnetischen Partikeln zu einem deutlich schnelleren Absinken der Trübung führt, auch ist der Druckanstieg geringer. Die Klebstoffschicht wird zum Einbringen von magnetischen Partikeln genutzt, um metallische Partikel effektiver abscheiden zu können, ohne dass diese durch das zu filternde Fluid ausgetragen werden können.
  • Es ist für den Fachmann klar, dass durch die Verwendung bekannter Additive die Nanofasern für die jeweilige Anwendung optimiert werden können, bspw. bzgl. der Wasserempfindlichkeit etc.
  • Das erfindungsgemäße Filtermedium kann insbesondere für die Flüssigkeitsfiltration, beispielsweise bei der Entfernung von Eisen- und anderen metallischen Partikeln aus Motorölen verwendet werden. 3 zeigt eine solche Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Filtermediums 10 als Rundfilter 20, bei welchem das Filtermedium 10 beispielsweise sterngefaltet ist. An den Stirnseiten ist das gefaltete Filtermedium 10 z. B. durch Endscheiben 21 abgedichtet.
  • Eine weitere Anwendungsmöglichkeit liegt im Bereich des Electrical Discharge Machining (EDM). Bei Erodierprozessen werden Metallpartikel mit hohem Eisenanteil freigesetzt, die sich schnell zu Eisenoxidhydroxid oxidieren. Diese magnetischen Eisenoxidhydroxid-Partikel lassen sich unter Verwendung der Erfindung gut entfernen. Es ergibt sich eine zusätzliche Kostenersparnis, da die bisher verwendeten Medien durch kostengünstigere Medien ersetzt werden können.
  • Noch eine weitere Anwendungsmöglichkeit eröffnet sich bei der Aufbereitung elektrolytischer Abwässer und Schlämme, z. B. bei der Aufbereitung des Anodenschlamms bei der Kupferraffination zur Abtrennung der magnetischen Partikel und Hindurchlassen der Edelmetalle. Bei der Aufbereitung von rotschlammkontaminierten Abwässern können die magnetischen Eisenhydroxide und -oxide, die auch Schwermetalle wie bspw. Hg, Cr und Pb beinhalten, abgetrennt werden.
  • Schließlich kann die Erfindung auch bei der Wasser- bzw. Trinkwasseraufbereitung zur Abtrennung von Rostpartikeln verwendet werden, die ansonsten das Wasser rotbraun färben und sich im Leitungsnetz ablagern würden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2010012567 A1 [0002]
    • CN 2758494 Y [0002]
    • US 2005205481 A1 [0002]
    • US 2010065504 A1 [0002]
    • US 2005241484 A1 [0003]
    • WO 2008101352 A1 [0004]
    • CN 201362630 Y [0005]
    • CN 101733065 A [0006]
    • US 2010155335 A1 [0006]
    • CN 101708881 A [0007]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Herstellung wasserfester funktionaler Nanofasern durch Elektrospinnen wässriger Formulierungen; Philipps-Universität Marburg, 2009 [0010]
    • Max von Bistram; Strukturierte funktionelle Nanofasern durch Elektrospinnen; Dissertation Philipps-Universität Marburg, 2007 [0011]
    • ISO 7027 [0050]

Claims (17)

  1. Filtermedium zum Entfernen von metallischen Partikeln, insbesondere für die Flüssigfiltration, bestehend aus einem Substrat, einer auf dem Substrat aufgebrachten, magnetische Partikel enthaltenden Klebstoffschicht und mindestens einer auf der Klebstoffschicht angeordneten Faserschicht.
  2. Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht ein Polymerfaservlies, ein Naturfaservlies oder eine Cellulosefaserschicht ist.
  3. Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht eine Nanofaserschicht ist.
  4. Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Polymerfaservlies, ein Naturfaservlies oder ein Cellulosesubstrat ist.
  5. Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel im Temperaturanwendungsbereich des Filtermediums ferromagnetische Eigenschaften aufweisen.
  6. Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel in Pulverform vorliegen, und wobei die magnetischen Partikel vorzugsweise eine Partikelgrößenverteilung im Bereich von 0,1 bis 700 μm aufweisen.
  7. Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel aus Ferrit bestehen.
  8. Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht aus einem Schmelzkleber besteht.
  9. Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht aus einem reaktiven Kleber besteht, wobei der reaktive Kleber vorzugsweise aus einer wässrigen Dispersion besteht, insbesondere aus einer wässrigen Dispersion aus Polyurethan und Polyacrylsäureestern besteht.
  10. Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei auf der Klebstoffschicht angeordnete Faserschichten mit unterschiedlichen Faserdurchmessern aufweist.
  11. Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Faserschicht Polyamidfasern sind.
  12. Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Faserschicht zusätzlich geeignete Additive enthalten.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Schritte – Einbringen der magnetischen Partikel in den Klebstoff zur Ausbildung der magnetische Partikel enthaltenden Klebstoffschicht; – Aufbringen der Klebstoffschicht auf das Substrat; – Beschichten des Substrats mit mindestens einer Faserschicht.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht beidseitig auf das Substrat aufgebracht wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat beidseitig mit mindestens einer Faserschicht beschichtet wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einbringens eine Vermischung des Klebstoffes mit den magnetischen Partikeln beinhaltet.
  17. Filterelement mit einem Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere zur Anwendung in Erodierprozessen bei der Aufbereitung elektrolytischer Abwässer und Schlämme und/oder bei der Wasser-/Trinkwasseraufbereitung.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106540490A (zh) * 2015-09-16 2017-03-29 中国科学院过程工程研究所 一种复合型纳米滤料、其制备方法及应用
EP3819016A1 (de) * 2019-11-05 2021-05-12 Mann+Hummel GmbH Filtermedium, verfahren zu dessen herstellung und verwendung des filtermediums in einem filterelement

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106861289B (zh) * 2013-12-09 2019-02-01 纳米及先进材料研发院有限公司 交织的过滤屏障
US9777934B2 (en) * 2014-02-19 2017-10-03 Fiber Bond Corporation Panel filter and method for manufacturing the same
JP6322745B1 (ja) * 2017-03-24 2018-05-09 アルファミック株式会社 貼れるフィルターおよびその製造方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050205481A1 (en) 2004-03-18 2005-09-22 O'neel Dennis Oil filter using rare earth magnets for increased filtration
US20050241484A1 (en) 2002-06-26 2005-11-03 Hinds Glenn W Ii Air filtration system
CN2758494Y (zh) 2004-12-24 2006-02-15 李铁 润滑油磁性微粒净化机
WO2008101352A1 (en) 2007-02-22 2008-08-28 Simonson Roger M Magnetic filter and magnetic filtering assembly
CN201362630Y (zh) 2008-12-15 2009-12-16 武汉嘉鹏电子有限公司 一种废水处理机组
US20100012567A1 (en) 2008-07-18 2010-01-21 Irving Bornstein Magnetic iron particle filter
US20100065504A1 (en) 2008-04-30 2010-03-18 Ping-Wen Yen Novel filtration method for refining and chemical industries
CN101708881A (zh) 2009-11-13 2010-05-19 安徽雷克环保科技有限公司 一种湖泊富营养化藻水永磁分离净化装置
CN101733065A (zh) 2008-11-21 2010-06-16 华东理工大学 可磁分离的核壳结构介孔重金属离子吸附剂及其制备方法
US20100155335A1 (en) 2008-12-18 2010-06-24 Ut-Battelle, Llc Magnetic filtration process, magnetic filtering material, and methods of forming magnetic filtering material

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2893561A (en) * 1958-03-07 1959-07-07 Fram Corp Magnetic filter elements
US4309290A (en) 1976-11-25 1982-01-05 Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Magnetically supported particle matrix for accumulating or affecting substances dissolved or finally dispersed in liquids or gas
KR890000460B1 (ko) * 1984-06-07 1989-03-18 가부시끼가이샤 오리진 여과매체 및 그의 제작법
US4650506A (en) * 1986-02-25 1987-03-17 Donaldson Company, Inc. Multi-layered microfiltration medium
DE9304018U1 (de) * 1993-03-18 1994-07-21 Fuller H B Licensing Financ Kaschierdispersion
US5536784A (en) * 1994-10-06 1996-07-16 Air Products And Chemicals, Inc. Water borne crosslinkable compositions
EP0728499A3 (de) * 1995-02-23 1996-10-09 Shinfuji Kogyo Kk
US6461504B1 (en) * 2000-05-09 2002-10-08 Honeywell International Inc. Contaminant filter with magnetic filtration capabilities
JP4980154B2 (ja) * 2007-06-28 2012-07-18 株式会社クラレ 濾材およびその製造方法
US20100319113A1 (en) * 2008-11-24 2010-12-23 Mmi-Ipco, Llc Chemical Protective Fabric
US8172092B2 (en) * 2009-01-22 2012-05-08 Clarcor Inc. Filter having melt-blown and electrospun fibers
JP5876871B2 (ja) * 2011-03-30 2016-03-02 株式会社クラレ フィルター用濾材および該濾材を備える水濾過装置
DE102011109767A1 (de) 2011-08-09 2013-02-14 Mann + Hummel Gmbh Verfahren zur Herstellung von Polyamid-Nanofasern mittels Elektrospinnen, Polyamid-Nanofasern, ein Filtermedium mit Polyamid-Nanofasern sowie ein Filterelement mit ei-nem solchen Filtermedium

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050241484A1 (en) 2002-06-26 2005-11-03 Hinds Glenn W Ii Air filtration system
US20050205481A1 (en) 2004-03-18 2005-09-22 O'neel Dennis Oil filter using rare earth magnets for increased filtration
CN2758494Y (zh) 2004-12-24 2006-02-15 李铁 润滑油磁性微粒净化机
WO2008101352A1 (en) 2007-02-22 2008-08-28 Simonson Roger M Magnetic filter and magnetic filtering assembly
US20100065504A1 (en) 2008-04-30 2010-03-18 Ping-Wen Yen Novel filtration method for refining and chemical industries
US20100012567A1 (en) 2008-07-18 2010-01-21 Irving Bornstein Magnetic iron particle filter
CN101733065A (zh) 2008-11-21 2010-06-16 华东理工大学 可磁分离的核壳结构介孔重金属离子吸附剂及其制备方法
CN201362630Y (zh) 2008-12-15 2009-12-16 武汉嘉鹏电子有限公司 一种废水处理机组
US20100155335A1 (en) 2008-12-18 2010-06-24 Ut-Battelle, Llc Magnetic filtration process, magnetic filtering material, and methods of forming magnetic filtering material
CN101708881A (zh) 2009-11-13 2010-05-19 安徽雷克环保科技有限公司 一种湖泊富营养化藻水永磁分离净化装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Herstellung wasserfester funktionaler Nanofasern durch Elektrospinnen wässriger Formulierungen; Philipps-Universität Marburg, 2009
ISO 7027
Max von Bistram; Strukturierte funktionelle Nanofasern durch Elektrospinnen; Dissertation Philipps-Universität Marburg, 2007

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106540490A (zh) * 2015-09-16 2017-03-29 中国科学院过程工程研究所 一种复合型纳米滤料、其制备方法及应用
CN106540490B (zh) * 2015-09-16 2020-08-07 中国科学院过程工程研究所 一种复合型纳米滤料、其制备方法及应用
EP3819016A1 (de) * 2019-11-05 2021-05-12 Mann+Hummel GmbH Filtermedium, verfahren zu dessen herstellung und verwendung des filtermediums in einem filterelement

Also Published As

Publication number Publication date
US20140291222A1 (en) 2014-10-02
US9687763B2 (en) 2017-06-27

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