DE1031118B - Filterpapier und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von harzgetränktem Filterpapier.

Die Verwendung von harzgetränktem Filterpapier ist allgemein bekannt, insbesondere in den Filtereinheiten, welche Brennkraftmaschinen zugeordnet sind.

Das Tränken bzw. Imprägnieren mit Harz dient dazu, die Arbeitseigenschaften dieser Papiere zu verbessern, insbesondere die Zerstörung oder Verformung des Papiers hintanzuhalten und außerdem seine Steifigkeit bzw. Festigkeit zu sichern, so daß die einmal übermittelte Formgebung des Papiers auch unter Betriebsbedingungen, bei welchen es in Kontaktberührung mit Schmieröl, Brennstoff oder Wasser kommt, nicht verlorengeht.

Für ein Filtrieren in Richtung quer durch das Papier hindurch muß insbesondere die Zerstörung oder Auflösung der Einlaß- und Auslaßoberflächen verhindert oder hintangehalten werden, um dadurch zu verhindern, daß sich die Fasern zusammenballen und Faserpartikel in dem sich hindurchbewegenden Strom sich lösen, abgetrieben und mitgenommen werden. Zusätzlich hierzu muß die mechanische Steifheit oder Festigkeit des Papiers genügend groß sein, um Deformierungskräften zu widerstehen, welche bei Anwendung von üblichen Konstruktionsmethoden unter den jeweils gegebenen Betriebsbedingungen in Erscheinung treten können.

Um bei einer Harztränkung diesen Erfordernissen zu genügen, muß sorgfältig vermieden werden, daß über ein merkliches Ausmaß hinaus die Durchlaß- oder Strömungscharakteristiken des Filterpapiers eine Verschlechterung erfahren, d. h. daß sein Widerstand gegen den Durchlaß des zu filternden Arbeitsmittels nicht in unzulässiger Weise eine Vergrößerung erfährt.

Bei der Analyse dieser Erfordernisse haben Versuche ergeben, daß die natürliche Bindung der CeUulosefasern eine beträchtliche A^erbesserung schon durch Hinzufügen von kleinen Mengen von Harzen erfährt. Aufgestellte Kurven, welche die Zug- und Reißfestigkeit von hancbehandeltem Papier unter verschiedenen Bedingungen wiederzugeben vermögen, zeigen, daß durch Zufügen von etwa 2 % der Trockenfaser eines Phenolaldehydharzes in vollausgehärtetem Zustand ein Wert erreicht wird, oberhalb dessen nur noch eine geringe Verbesserung eintritt, bis der Harzgehalt einen solch hohen Wert erreicht, daß dadurch die Eigenschaften bzw. Eigentümlichkeiten des Papiers als Filtermedium verlorengehen. Eine solch kleine Menge von zugefügtem Harz hat, wie weiterhin festgestellt worden ist, nur eine geringe Auswirkung auf die StrömungscharakteriS'tiken des Papiers. Andererseits sichert eine derart kleine Menge an Kunstharz nicht die erforderliche mechanische Steifheit, die zuFilterpapier und Verfahren
zu seiner Herstellung

Anmelder:

Wipac Development Limited,

Bletchley, Buckinghamshire

(Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen (Westf.), Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 1. März 1964

Bernhard Francis Fogarty,

Oxford, Oxfordshire (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

vor erwähnt worden ist. Der Harzgehalt muß, bezogen auf das Gewicht der Trockenfaser, auf 20 bis 25% erhöht werden, um die gewünschte mechanische Steifheit sicherzustellen.

Es ist offensichtlich, daß in dem Maße, wie der Harzgehalt des Papiers zunimmt, es um so undurchlässiger wird. Insbesondere hat sich herausgestellt, daß bei allen versuchten, praktisch brauchbaren Harzen das vorangegangene Zufügen von 20% oder mehr einen merklichen schädlichen Einfluß auf die Strömungscharakteristiken hatte. Aus diesem Grunde ist es anerkannte Praxis, das Gewicht von Harzbestandteilen auf einen Wert von etwa 12 bis 15% des Papiergewichts zu begrenzen.

Es hat sich außerdem herausgestellt, daß die Menge an Kunstharz, welche erforderlich ist, um die nötige mechanische Steifheit des Filterpapiers sicherzustellen, dadurch in einem beträchtlichen Ausmaß herabgesetzt werden kann, daß die Konzentration des Harzes in den Innenschichten des Papiers herabgesetzt wird, während man die Konzentration in den äußeren Oberflächenschichten beibehält oder sogar etwas ansteigen läßt.

Das Filterpapier gemäß der Erfindung zeichnet sich daher durch einen im wesentlichen schichtförmigen Aufbau aus, bei welchem die äußeren Schichten eine relativ hohe Konzentration an Harzbestandteilen auf-

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weisen, während die irinetie. Schicht eine relativ niedrige Konzentration an Harzbestandteilen hat.

Jede der äußeren Schichten des Papiers nimmt vorzugsweise 10 bis 25% der Dickenabmessung des Papiers ein und enthält etwa 12 bis 20% (bezogen auf das Trockengewicht der Fasern) an Harz. Die innere Schicht enthält vorzugsweise zwischen 2 bis 5% an Harz.

Es hat sich weiter herausgestellt, daß das erfindungsgemäße Filterpapier "in besonders brauchbarer Weise dadurch hergestellt werden kann, daß das Filterpapier in einer wäßrigen Lösung eines Phenolaldehydharzes, wie beispielsweise Phenolformaldehyd oder Resorcinol-Formaldehyd-Harz, getränkt wird, welches einen hohen Anteil an mit diesem kombiniertem Alkalimetall enthält — das Tränken von Papier mit einem Phenolformaldehydharz od. dgl., das einen Anteil an mit diesem kombiniertem Alkalimetall enthält, ist an sich bekannt —, wobei ein so schnelles Trocknen des Papiers nachfolgt, daß eine Wanderbewegung des ausgefallenen Kondensats von der Mitte des Papiers nach außen hin stattfindet. Die Erfindung betrifft somit' auch ein Verfahren für die Herstellung eines harzgetränkten Filterpapiers, welches darin besteht, daß als Tränkungsmittel wäßrige Lösungen eines Phenolaldehydharzes verwendet wer- ■ den, welches einen hohen Anteil an mit diesem kombiniertem Alkalimetall enthält, woraufhin das Papier schnell getrocknet wird, um dadurch eine Wanderbewegung des Harzes von der Mitte her nach auswärts herbeizuführen und danach das Harz im Papier zum Härten bzw. Ausfallen zu bringen.

Vorzugsweise wird Phenolformaldehydharz verwendet, wobei das Harz durch Kondensation von angenähert äquimolekularen Verhältnissen von Phenol und. Formaldehyd in Gegenwart von Natrium- oder Kaliumhydroxyd gebildet wird, um dadurch ein wasserlösliches Harz zu erhalten, welches in der kombinierten Form etwa V2 Mol Alkalimetall pro Mol vorhandenes Phenol enthält.

Ein solches Harz kann dadurch präpariert bzw. hergestellt werden, daß 200 Teile Phenol. 160 Teile von 40%igem wäßrigem Formaldehyd und 40 Teile Natriumhydroxyd in einem unter Rückfluß arbeitenden Autoklav bei einer Temperatur bis 118° C (245° F) etwa 15 Minuten lang erwärmt werden. Dadurch wird eine Harzlösung erzielt, welche etwa 50% an Festbestandteilen enthält, die mit etwa dem Zehnfachen ihres Volumens an Wasser verdünnt werden kann, um dann für das Tränken des Filterpapiers geeignet zu sein.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als möglich herausgestellt, ein Papier von der Größenordnung von 0,6 mm (0,025 Zoll) Schichtstärke herzustellen, welches zwei Oberflächenschichten aufweist, von denen jede etwa 12% der Schichtstärke einnimmt und etwa 20% an Harz enthält, während eine Innenschicht von etwa 2% an Harz und eine ziemlich scharf begrenzte Trennungslinie zwischen den Schichten vorhanden bzw. nach- zuweisen waren. Ein solches Papier hat, wenn es unter verschiedenen Bedingungen in bezug auf Temperatur und bei Vorhandensein von Schmieröl. Wasser usw. geprüft wurde, ergeben., daß es eine Zugfestigkeit oder eine mechanische Steifheit gleich derjenigen aufweist, die ein gleichartiges Papier hat, das gleichförmig über seine gesamte Schichtstärke hinweg mit 15% Harz getränkt ist. Die Strömungscharakteristiken bzw. Durchlaßeigenschaften des schichtförmigen Papiers sind denjenigen des Papiers überlegen, welches gleichförmig getränkt ist (z. B. wird das Strömungsvermögen bzw. Durchlaßvermögen um etwa 20% vergrößert). Es sei darauf hingewiesen, daß die Gesamtmenge an Harz, welches pro Gewichtseinheit des Papiers erforderlich ist, wesentlich kleiner für die schichtförmige Ausführungsform des Papiers gemäß der Erfindung ist als für das gleichförmig getränkte Papier.

Es wird angenommen, daß die Wanderbewegung des Harzes von der Mitte her nach außen hin, wie sie bei der Erfindung auftritt, eine Folge des Umstandes ist, daß das Harz eine chemische Verbindung mit seinem wäßrigen Lösungsmittel ist, derart, daß seine Dissoziation von bzw. seine Ausfällung aus dem Lösungsmittel in Form einer endothermischen Reaktion verläuft, d. h., die erforderliche Wärmeenergie ist größer, als den normalen Erfordernissen der spezifischen, und latenten Wärme des Lösungsmittels entspricht.

Das schnelle Trocknen bewirkt ein schnelles Entfernen bzw. Verdampfen von Wasser von den Oberflächen des Papiers, begleitet durch eine Wanderbewegung des Lösungsmittels samt des Harzes von der Mitte her nach den Oberflächen des Papiers. Die Harzmoleküle, welche an der Oberfläche ankommen, werden der Wärme ausgesetzt und lösen sich von ihrem Lösungsmittel. Das schnelle Verdampfen des Lösungsmittels verhindert, daß die Innentemperatur des feuchten Papiers einen Wert erreicht, bei welchem die Dissoziation des Harzes mit einiger Wahrscheinlichkeit vor sich gehen kann.

Es ist ersichtlich, daß durch das Ausmaß der Trocknung die Menge eingeregelt werden kann, um welche das Harz eine Wanderbewegung ausführt, und auf diese Weise kann eine Veränderung in der Konzentration des Harzes durch das Papier hindurch eingeregelt werden. Um einen ausreichenden und nützlichen Schichteffekt zu erhalten, ist es erwünscht, daß das Trocknungsausmaß ein solches ist, daß wenigstens 0,005 g Wasser pro Quadratzentimeter Papieroberfläche und Minute zum Verdampfen gebracht werden.

Das Papier kann mit der Harzlösung dadurch getränkt werden, daß das Papier in einem im wesentlichen trocknen Zustand durch ein Lösungsbad hindurch oder über eine Tränkrolle hinweg bewegt wird, welche sich in einem Lösungbad dreht.

Das Härten des Harzes kann sich abspielen, nachdem das Papier auf die gewünschte Abmessung hin zugeschnitten und gefaltet worden ist, und zwar durch Erwärmung auf 140° C für 5 bis 6 Minuten.

Die Erfindung soll nunmehr im einzelnen an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Anlage zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine solche Anlage in abgewandelter Ausführungsform und

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Stück Filterpapier gemäß der Erfindung.

Das Filterpapier 10 wird in der üblichen Weise in einer Papiermaschine hergestellt, die in Fig. 1 schaubildlich durch das Viereck 11 angedeutet ist, und über eine Dampftrommel 12 geleitet, durch welche; der Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 20% herabgesetzt wird. Von der Dampftrommel her gelangt es zwischen zwei Druckrollen 13, von denen jede mit einer Aufnahmerolle 14 in Verbindung steht, welche jeweils in einem Bad 15 einer Harzlösung rotiert, welche in der vorbeschriebenen Weise vorbereitet bzw. her-:

gestellt ist. Das Filterpapier kann zwischen Förderbändern od. dgl., z. B. Baumwollfilzen, in bekannter Weise gehalten werden; jedoch sind solche in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Menge von Harz, welche dem Filterpapier übermittelt wird, kann im Betrieb vermittels Schabern oder Streichmessern 16 eingeregelt werden, welche mit den Mantelflächen der zugehörigen Druckrollen 13 zusammenwirken. Eine gröbere Kontrolle der Harzmenge kann dadurch vorgenommen werden, daß glatte und gravierte bzw. mit Vertiefungen versehene Druckrollen 13 jeweils gegeneinander ausgetauscht werden.

Das Papier wird auf diese Weise mit etwa 250% der Lösung getränkt und dann einem Förderer, z. B. einem Sieb 17 übermittelt, woraufhin es durch einen Trockenkanal 18 hindurchgelangt, durch welchen ein heißer Luftstrom mit einer Temperatur von 90° C schnell hindurchgeblasen wird. Die Betriebsbedingungen sind solcherart, daß das Papier auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 7¹Ii⁰Zo in 6 Minuten gebracht bzw. getrocknet wird.

Nach dem Verlassen des Trockenkanals 18 wird das Papier 10 einer Schneid- und Faltvorrichtung, welche schaubildlich ebenfalls als Viereck 19 angedeutet ist, übermittelt, wo das Papier auf eine für Filter geeignete Abmessung zugeschnitten und gefaltet wird. Die zugeschnittenen und gefalteten Längen werden einem Förderer 20 übermittelt, über welchen sie einem Ofen 21 zwecks Härtung des Harzes zugeführt werden, wobei als geeignete Betriebsbedingung für das Härten eine Erwärmung auf 140° C für 5 bis 6 Minuten in Betracht kommt.

Bei einer Abänderung des Verfahrens wird gemäß Fig. 2 das den erforderlichen Feuchtigkeitsgehalt aufweisende Papier 10 von einer Vorratsrolle 22 her zugeleitet und mittels angetriebener Walzen 23 sowie über eine Schleife 24 einem Bad 25 aus Harzlösung zugeführt, die in der vorbeschriebenen Weise präpariert bzw. hergestellt ist. Das Papier gelangt dann zwischen Druckrollen 26, durch welche die überschüssige Flüssigkeit aus dem Papier herausgequetscht und in das Bad zurückgeleitet wird. Das Papier gelangt dann schließlich nach einer Trockenkammer 18, einer Schneid- und Faltvorrichtung 19 und einer Härtungskammer 21, wie dies bei dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren der Fall ist.

Das Filterpapier gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere für den Durchgang von Filterflüssigkeit in Querrichtung, jedoch nicht so sehr für Kantenfiltrierung.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Filterpapier, das zur Verbesserung seiner Arbeitseigenschaften mit Harz behandelt ist, gekennzeichnet durch eine äußere Schicht mit einer relativ hohen Konzentration und eine innere Schicht einer relativ niedrigen Konzentration an Harzbestandteilen.

2. Filterpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der äußeren Schichten eine relativ hohe Konzentration an Harzbestandteilen aufweist.

3. Filterpapier nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der äußeren Schichten 10 bis 25% der Dickenabmessung des Papiers ausmacht.

4. Filterpapier nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede äußere Schicht 12 bis 20% des Harzes, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern, aufweist.

5. Filterpapier nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht 2 bis 5% des Harzes, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern, aufweist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Filterpapiers nach Anspruch 1 bis 5, gemäß dem das Filterpapier mit der wäßrigen Lösung eines Phenolaldehydharzes getränkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung eines Harzes verwendet wird, das einen hohen Anteil an mit diesem kombiniertem Alkalimetall enthält, und daß dann das Papier so schnell getrocknet wird, daß dadurch ein Auswandern des Harzes aus der Mitte heraus nach außen bewirkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Harzlösung verwendet wird, die durch Kondensation von etwa äquimolekularen Verhältnissen von Phenol und Formaldehyd in Anwesenheit von Natrium- oder Kaliumhydroxyd hergestellt wurde und die etwa Vs Mol Alkalimetall für jedes Mol von vorhandenem Phenol enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Harzlösung verwendet wird, die durch Erhitzen von Phenol, Formaldehyd und Natriumhydroxyd in den Verhältnissen von 200 Teilen Phenol, 160 Teilen von 40%igem wäßrigem Formaldehyd und 40 Teilen Natriumhydroxyd hergestellt wurde.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Harzlösung verwendet wird, die etwa 5% an Festbestandteilen enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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