DE10357197A1

DE10357197A1 - Filterelement mit Wärmebeständigkeit und/oder chemischer Beständigkeit

Info

Publication number: DE10357197A1
Application number: DE10357197A
Authority: DE
Inventors: Walter Herding; Jürgen BETHKE; Stefan Hajek; Wolfgang Raabe
Original assignee: HERDING GmbH; Herding GmbH Filtertechnik
Current assignee: HERDING GmbH; Herding GmbH Filtertechnik
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2005-07-07
Also published as: EP1699542A1; CN1921921A; CN100496669C; WO2005053818A1; JP2007512957A

Abstract

Durchströmungsporöses, eigenstabiles Filterelement, DOLLAR A (a) das für eine Dauereinsatztemperatur, die eine Temperatur im Bereich von 50 bis 200 DEG C ist, geeignet ist, DOLLAR A (b) und/oder das gute Säurebeständigkeit besitzt, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, DOLLAR A dass es einen Grundbestandteil hat, der Teilchen eines ersten Materials aufweist; DOLLAR A und dass die Teilchen des ersten Materials durch einen Klebstoff zusammengehalten sind, der DOLLAR A - vor der Verarbeitung mit dem Grundbestandteil, die ein Erwärmen auf eine Verklebungstemperatur aufweist, ein körniges Kunststoff-Ausgangsmaterial für den Klebstoff war, DOLLAR A - und bei der Verklebungstemperatur in einen fließenden Zustand kommt, DOLLAR A - und entweder als Duroplast aushärtet oder als Thermoplast fest wird.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein durchströmungsporöses, eigenstabiles Filterelement,

(a) das für eine Dauereinsatztemperatur, die eine Temperatur im Bereich von 50 bis 200°C ist, geeignet ist,
(b) und/oder das gute Säurebeständigkeit besitzt,

– vor der Verarbeitung mit dem Grundbestandteil, die ein Erwärmen auf eine Verklebungstemperatur aufweist, ein körniges, zweites Kunststoff-Ausgangsmaterial für den Klebstoff war,
– und bei der Verarbeitungstemperatur in einen fließenden Zustand kommt,
– und entweder als Duroplast aushärtet oder als Thermoplast fest wird.

Es ist ein durchströmungsporöses, eigenstabiles Filterelement bekannt, welches aus zusammengesinterten Polyethylen-Teilchen besteht. Polyethylen-Teilchen werden bei Temperaturen von 160 bis 180°C an ihrer Oberfläche klebrig, so dass die Dauereinsatztemperatur des bekannten Filterelements niedrig ist; schon unter 80°C beginnt ein Temperaturbereich, in dem ein Dauereinsatz wegen bleibender plastischer Verformungen nicht mehr opportun ist. Das bekannte Filterelement ist nicht gut säurebeständig, insbesondere wenn es um aggressive Säuren und/oder Säuren mit erhöhter Temperatur geht.

Das erfindungsgemäße Filterelement lässt sich rationell und kostengünstig produzieren und wird aus Materialien hergestellt, welche zu der angegebenen Temperaturbeständigkeit und/oder Säurebeständigkeit führen.

Die ersten Materialteilchen und das körnige Kunststoff-Ausgangsmaterial können bequem durch Vermischen in denjenigen Zustand gebracht werden, in dem die Verklebung – typischerweise in einer Form mit darin eingebrachten ersten Materialteilchen und körnigem Kunststoff-Ausgangsmaterial – durch Erwärmen auf die Verklebungstemperatur durchgeführt werden kann. Spätestens bei Erreichen einer Temperatur nahe der Verklebungstemperatur geht das körnige Kunststoff-Ausgangsmaterial in einen fließenden Zustand über und bildet an den Berührungsstellen der ersten Materialteilchen Verklebungsknoten, wohingegen die sonstigen Räume zwischen den ersten Materialteilchen – ggf. mit Ausnahme eines dünnen Klebstofffilms auf den Oberflächen der ersten Materialteilchen – im Wesentlichen frei von Klebstoff sind. Der Klebstoff kann entweder vom duroplastischen Typ sein oder vom thermoplastischen Typ sein. Wenn der Klebstoff als Duroplast aushärtet, war das körnige Kunststoff-Ausgangsmaterial zweikomponentig oder mehrkomponentig. Das Aushärten erfolgt in den meisten Fällen primär durch chemische Reaktion, wobei diese Reaktion katalytisch begünstigt sein kann. Wenn der duroplastische Klebstoff mit einem Aktivator arbeitet, ist dieser im festen Zustand im Kunststoff-Ausgangsmaterial für den Klebstoff enthalten. Beim thermoplastischen Typ handelt es sich um ein Festwerden bei Abkühlung im Produktionsprozess des Filterelements.

Wenn man ein temperaturbeständiges Filterelement betrachtet, muss nicht jede Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelements für den gesamten Temperaturbereich von 50 bis 200°C geeignet sein. Jede temperaturbeständige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelements soll jedoch eine (maximale) Dauereinsatztemperatur haben, die bei irgendeiner konkreten Temperatur im Bereich von 50 bis 200°C liegt. Wenn z.B. ein Kunde Filterelemente bestellen möchte, die für eine maximale Dauereinsatztemperatur von 150°C bei einer bestimmten Einsatzumgebung geeignet sein sollen, wird man diesen Kunden normalerweise mit einem Typ von Filterelement bedienen, das weniger anspruchsvoll aufgebaut ist als ein Filterelement für einen anderen Kunden, der z.B. eine Einsatzumgebung für maximale Dauereinsatztemperatur von 190°C hat. Ein Filterelement für die letztgenannte Einsatzumgebung ist normalerweise in der Herstellung teurer als ein Filterelement für die erstgenannte Einsatzumgebung. Auf der anderen Seite wird man bestrebt sein, nicht zu zahlreiche Ty pen von Filterelementen, die sich hinsichtlich der maximalen Dauereinsatztemperatur unterscheiden, anzubieten.

Durch die Erfindung wird mit entsprechender Materialwahl auch ein Filterelement mit guter Säurebeständigkeit geschaffen. Erste Materialteilchen und körniges Kunststoff-Ausgangsmaterial, die zu guter Säurebeständigkeit führen, müssen nicht zwingend auch zu Temperaturbeständigkeit führen und umgekehrt. Besonders bevorzugt ist Kombination von Temperaturbeständigkeit und Säurebeständigkeit.

Das Arbeiten mit einem körnigen Kunststoff-Ausgangsmaterial für den Klebstoff macht den Produktionsprozess für das erfindungsgemäße Filterelement sehr unkompliziert. Das Erwärmen auf die Verklebungstemperatur erfolgt in der Regel in einem Ofen, wobei jedoch auch andere Aufheizmethoden möglich sind, insbesondere Erwärmung durch Mikrowellen oder Infrarotstrahlung.

Es wird betont, dass der Grundbestandteil des Filterelements nicht zwingend ausschließlich aus Teilchen eines einzigen Materials bestehen muss. Das "erste Material" kann für sich schon eine Mischung mehrerer Materialien sein. Außerdem wird bereits hier auf die weiter unten noch genauer anzusprechenden Füllstoffe und Zusatzstoffe hingewiesen. Es versteht sich, dass der Klebstoff mit seiner Verklebungswirkung dafür sorgt, dass alle Komponenten des Grundbestandteils zusammengehalten sind.

Es ist in Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, als Teilchen des ersten Materials Kunststoffteilchen einzusetzen. Die Erfinder haben überraschend herausgefunden, dass Kunststoffteilchen verfügbar sind, die miteinander verklebbar sind und zu einem Filterelement mit der erfindungsgemäßen Temperaturbeständigkeit führen.

Im Rahmen der Erfindung ist besonders bevorzugt, für die Kunststoffteilchen des ersten Materials mindestens einen der folgenden Kunststoffe vorzusehen:

– Polyamide, insbesondere Aramide,
– Polysulfone,
– Polysulfide, insbesondere Polyphenylensulfide,
– Polyimide,
– Polymethacrylate, insbesondere Polymethylmethacrylate.

Man sieht, dass diese Kunststoffe teils Thermoplaste und teils Duroplaste sind.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Verklebungstemperatur nicht zwangsläufig unterhalb der Dauereinsatztemperatur des konkreten Filterelements sein muss. So kann man durchaus z.B. mit 170°C Verklebungstemperatur ein Filterelement herstellen, das eine Dauereinsatztemperatur von 140°C hat (weil z.B. die ersten Materialteilchen aus Kunststoff die 170°C kurzzeitig verkraften). Die Situation, dass die Verklebungstemperatur hinreichend weit über der konkreten Dauereinsatztemperatur liegt, ist bei thermoplastischem Klebstoff die Regel. Bei duroplastischem Klebstoff hat man jedoch häufig die umgekehrte Situation, dass die Verklebungstemperatur niedriger als die konkrete Dauereinsatztemperatur ist; man strebt ja aus produktionstechnischen Gründen durchaus möglichst niedrige Verklebungstemperaturen an. Selbstverständlich muss die Verklebungstemperatur unterhalb derjenigen Temperatur sein, bei welcher der Grundbestandteil mindestens für die für die Verklebung benötigte Zeit wärmebeständig ist.

Alternativ zu Kunststoffteilchen ist es in Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, dass die Teilchen des ersten Materials anorganische Teilchen sind. Innerhalb der Gruppe der anorganischen Teilchen sind Glasteilchen (insbesondere nicht-hohle Glaskügelchen und/oder hohle Glaskügelchen) und Keramikteilchen (insbesondere nicht-hohle Keramikkügelchen und/oder hohle Keramikkügelchen) besonders bevorzugt.

Besonders bevorzugte Klebstoffe sind:

– Epoxidharze,
– Phenolharze,
– Polyesterharze,
– Melaminharze,
– Siliconharze,
– Urethanharze.

Hier stehen duroplastische Kunststoffe im Vordergrund, wiewohl auch einige Thermoplaste geeignet sind.

Unter den genannten, besonders bevorzugten Klebstoffen bieten Epoxidharze die beste Temperaturbeständigkeit und sind – bei entsprechenden Anwendungen – am stärksten bevorzugt. Besonders günstig ist die Klasse der sogenannten Epoxid-Formmassen.

Beim Auffinden besonders bevorzugter Kunststoffe für die ersten Materialteilchen und besonders bevorzugter Klebstoffe waren zum einen die bereits angesprochenen Temperatursituationen bei Dauereinsatztemperatur und bei Verklebungstemperatur von Bedeutung. Zum anderen war auf Verfügbarkeit im körnigen Ausgangszustand, Übergang in den fließenden Zustand bei Verklebungstemperatur und Zeitdauer bis zum Erreichen mindestens einer ausreichenden Anfangsfestigkeit der Verklebung zu achten. Schließlich war die gute Säurebeständigkeit zu beachten.

Es wird betont, dass das Filterelement – selbst abgesehen von der möglichen, später noch zu beschreibenden Beschichtung auf seiner Zuströmoberfläche – nicht zwangsläufig nur aus dem ersten Material und dem Klebstoff bestehen muss. Es können insbesondere Füllstoffe und andere Zusatzstoffe vorhanden sein. Zum Beispiel können Füllstoff-Teilchen zwischen den ersten Materialteilchen vorhanden sein oder die "Teilchen eine ersten Materials" Teilchen sein, in denen jeweils das eigentliche erste Material (vorzugsweise Kunststoff oder anorganische Teilchen) und Füllstoff in Mischung vorliegen. Die Füllstoffe können übliche Füllstoffe sein. Die Füllstoffe können körnige Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, und/oder faserige Füllstoffe sein. Als Beispiel für Zusatzstoffe sei Ruß als Zusatzstoff gegen statische Aufladung genannt.

In Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, den duroplastischen Kunststoff nach der Verarbeitung nachzuaktivieren, um höhere Festigkeit zu erreichen. Dies geschieht insbesondere chemisch oder durch UV-Bestrahlung.

Normalerweise sind die Teilchen des ersten Materials größer als die Körner des Kunststoff-Ausgangsmaterials für den Klebstoff. Bei der Teilchengröße des ersten Materials sucht man einen günstigen Kompromiss zwischen geringem Durchströmungswiderstand des Filterelements einerseits und ausreichender Festigkeit des Filterelements andererseits. Ein bevorzugter Bereich der durchschnittlichen Größe. der Teilchen des ersten Materials liegt bei 50 bis 500 μm, besonders bevorzugt 100 bis 350 μm. Bei den Körnern des Kunststoff-Ausgangsmaterials für den Klebstoff ist kleine durchschnittliche Größe wegen feiner Verteilung zwischen den Teilchen des ersten Materials von Vorteil; andererseits sind übermäßig kleine Körner schwerer zu erzeugen und zu handhaben. Ein bevorzugter Bereich für die durchschnittliche Größe der Körner des Kunststoff-Ausgangsmaterials ist 5 bis 50 μm, besonders bevorzugt 10 bis 30 μm.

Vorzugsweise liegen bei der Verarbeitung das erste Material, wenn es mit Kunststoffteilchen aufgebaut ist oder aus diesen besteht, und das Kunststoff-Ausgangsmaterial für den Klebstoff in einem Gewichtsverhältnis von 2,3 : 1 bis 9,0 : 1 vor, besonders bevorzugt von 4 : 1 bis 5,6 : 1. Wenn das erste Material primär mit anorganischen Teilchen aufgebaut ist oder aus diesen besteht, liegt das Gewichtsverhältnis vorzugsweise bei 25 : 1 bis 34 : 1 (nicht-hohle Teilchen) oder deutlich niedriger, insbesondere 3 : 1 bis 10 : 1 (hohle Teilchen). Das Kunststoff-Ausgangsmaterial ist in der Regel vergleichsweise teuer, so dass man ein Kleinhalten der Menge anstrebt. Andererseits muss eine sichere Verklebung der ersten Materialteilchen erreicht werden. Wenn bei den ersten Materialteilchen Füllstoff vorhanden ist, wird dieser bei den genannten Gewichtsverhältnis-Bereichen bei den eigentlichen ersten Materialteilchen mitgezählt.

Als Füllstoff kommen vorzugsweise Fasern und/oder körniger Füllstoff in Betracht. Als besonders bevorzugtes Beispiel werden Glasfasern im Sinne eines Füllstoffs des Grundbestandteils genannt. Diese Füllstoffe dienen zur Steige rung der thermischen Beständigkeit des Grundbestandteils. Alternativ seien mineralische Füllstoffe als besonders bevorzugt genannt, z. B. Siliziumoxide, Calziumverbindungen, Aluminiumoxide.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Filterelement auf seiner Zuströmoberfläche eine Beschichtung mit kleinerer Porengröße als der (sonstige) Tragebestandteil des Filterelements auf. Mit dieser Beschichtung soll Oberflächenfiltration erreicht werden, so dass die mittels des Filterelements auszufilternden Feststoff-Teilchen nicht in das Innere des Filterelements gelangen. Ein derart beschichtetes Filterelement lässt sich durch Gegenstrom-Druckstoßabreinigung sehr viel leichter abreinigen als ein unbeschichtetes Filterelement. Vorzugsweise ist die Beschichtung aus Fasern und/oder Partikeln aufgebaut.

Normalerweise sind mehrere erfindungsgemäße Filterelemente in einer Filteranlage eingebaut, normalerweise sitzt auf der Reingasseite stromabwärts von den Filterelementen ein Sauggebläse. Normalerweise ist eine Einrichtung für die Gegenstrom-Druckstoßabreinigung der Filterelemente vorhanden.

Das erfindungsgemäße Filterelement ist für praktisch alle Filteraufgaben, bei denen irgendeine konkrete Dauereinsatztemperatur in dem genannten Temperaturbereich von 50 bis 200°C gefordert ist, und/oder gute Säurebeständigkeit erfordert ist, geeignet. Als engere Bereiche der Dauereinsatztemperatur seien 80 bis 200°C, 100 bis 200°C und 120 bis 200°C genannt. Als engeres Gebiet der guten Säurebeständigkeit sei die gute Beständigkeit gegen die in Verbrennungsabgasen üblicherweise vorkommenden Säuren genannt. Als besonders bevorzugte Einsatzfelder und damit Verwendungen des erfindungsgemäßen Filterelements seien genannt:

1. Filtern von Verbrennungsabgasen,
2. Abscheidung von hergestellten Produktteilchen, vorzugsweise bei – Sprühtrocknern in der Waschmittelindustrie, – Wirbelbetttrocknern, – Trocknern, insbesondere Mischer-Trocknern in der Lebensmittelindustrie, – Kalzinieröfen, – pyrogener Partikelproduktion;
3. Wertstoffrückgewinnung, vorzugsweise zur Rückgewinnung von Katalysator bei katalytischen Wirbelbettreaktoren;
4. Abgasreinigung, vorzugsweise – bei Metallbädern, – bei Metallschmelzöfen, – bei Bädern mit flüssigem Glas, – bei Klinkerkühlern, – bei Öfen in der Lichtwellenleiter-Herstellung, – bei Röstanlagen in der Lebensmittelindustrie, insbesondere Kaffeeröstanlagen;
5. Filtern von Flüssigkeitsströmen.

Man sieht, dass bei derartigen Anwendungen Dauereinsatztemperaturen und/oder Säurebelastungen herrschen, die deutlich oberhalb der Dauereinsatztemperatur und/oder deutlich oberhalb der Säurebelastung bei bisherigen Filterelementen aus zusammengesinterten Polyethylen-Teilchen liegen. Insofern erschließt die Erfindung ein ganz neues Einsatzspektrum für Filterelemente, die zwar unter Einsatz von Kunststoff-Teilchen oder anorganischen Teilchen, aber ansonsten mit einem höheren Grad an Raffinesse hergestellt worden sind.

Bei der optimalen Auswahl der ersten Material-Teilchen und des Kunststoff-Ausgangsmaterials für den Klebstoff kann man die chemischen Belastungen berücksichtigen, die in vielen Einsatzgebieten auf das Filterelement zukommen. Ganz besonders wird im Zusammenhang mit der Erfindung auf Beständigkeit gegen HCl, SO₂, HF, H₂S geachtet; derartige Verbindungen treten insbesondere dort auf, wo Verbrennungsprozesse stattgefunden haben, aber auch bei anderen industriellen Umgebungen. Außerdem wird darauf geachtet, dass – häufig nicht besonders reines – bei der Dauereinsatztemperatur eventuell dampfför miges Wasser dem Filterelement auf Dauer nicht negativ zusetzt; außerdem soll Hydrolysebeständigkeit gegeben sein.

Selbstverständlich wird bei der Auswahl von Füllstoffen und Zusatzstoffen auch auf Temperaturbeständigkeit und/oder Beständigkeit gegen chemischen Angriff geachtet.

Die Erfindung und besondere Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Ausschnitt einer gefüllten Form, im Schnitt, zur Herstellung eines Filterelements, und zwar im Zustand vor dem Verklebungsvorgang;
2 einen Ausschnitt eines Filterelements, im Schnitt;
3 einen Ausschnitt eines Filterelements, im Schnitt, nachdem eine Oberflächenbeschichtung aufgebracht worden ist;
4 einen Ausschnitt eines anderen Filterelements, im Schnitt.
1 zeigt einen Ausschnitt einer Form 2, die einen Formhohlraum 4 umschließt. In den Formhohlraum 4 eingefüllt worden sind erste Kunststoff-Teilchen 6 (als erste Materialteilchen) und zweite Kunststoff-Teilchen 8, die eine sehr viel kleinere durchschnittliche Größe als die ersten Kunststoff-Teilchen 6 haben. Die zweiten Kunststoff-Teilchen 8 stellen das Ausgangsmaterial für einen Klebstoff dar. Außerdem erkennt man Fasern 20 in den Räumen zwischen den ersten Kunststoff-Teilchen 6 (typischerweise Glasfasern mit einer Länge unter 200 μm).
2 zeigt den Zustand, nachdem die Form 2 für eine geeignete Zeitdauer auf eine Verklebungstemperatur erwärmt worden ist und nachdem danach ein rohes Filterelement 10 aus der geöffneten Form 2 entnommen worden ist. Bei der Verklebungstemperatur waren die zweiten Kunststoff-Teilchen 8 in einen fließenden Zustand übergegangen, und das Kunststoff-Ausgangsmaterial hatte sich an denjenigen Stellen 12 angesammelt, wo sich die ersten Kunststoff-Teilchen 6 berührten oder nahezu berührten. Wenn das zweite Kunststoff-Ausgangsmaterial ein Thermoplast ist, hat ein Schmelzen des Kunststoff-Ausgangsmaterials und ein anschließenden Festwerden (bei Abkühlen des Forminhalts) zu dem Klebstoff an den Stellen 12 stattgefunden. Wenn das Kunststoff-Ausgangsmaterial ein Ausgangsmaterial für einen Duroplast war, hat im Bereich nahe der Verklebungstemperatur außerdem eine chemische Reaktion und eine Vernetzung stattgefunden. Der duroplastische Klebstoff ist an den Stellen 12 ausgehärtet.
In 3 wird der Zustand gezeigt, dass anschließend an die in 3 rechte Seite des Filterelements 10, das ist beim Betrieb die Zuströmseite, eine Beschichtung 14 aufgebracht worden ist. Die Beschichtung 14 besteht teils aus Fasern 16 (typischerweise Glasfasern mit einer Länge unter 250 μm) und teils aus feinkörnigen Kunststoff-Teilchen 18 (typischerweise Polytetrafluorethylen-Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe 0,3 bis 30 μm (Agglomerate)). Die Fasern 16 und die Teilchen 18 können insbesondere dadurch aufgebracht werden, dass man zunächst auf die betreffende Oberfläche des rohen Filterelements 10 einen Klebstoff aufsprüht und dann die Fasern 16 und die Teilchen 18 aufbläst. Alternativ kann man erst die Fasern 16 und die Teilchen 18 aufblasen und dann einen flüssigen Klebstoff aufsprühen. Die Beschichtung kann auch als Flüssigkeit aufgetragen werden, z.B. bestehend aus einer wässrigen Emulsion von Partikeln und Klebstoff. Der Klebstoff kann ein Duroplast sein, der anschließend bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur aushärtet.
Wenn man mit einem Grundbestandteil ohne Fasern, also z. B. mit einem aus Kunststoff-Teilchen und körnigen, mineralischen Füllstoff-Teilchen bestehendem Grundbestandteil, arbeitet, sehen die 1 bis 3 etwas anders aus. Es sind keine Fasern 20 vorhanden. Zwischen den ersten Kunststoff-Teilchen 6 liegen die Füllstoff-Teilchen, wobei sowohl die ersten Kunststoff-Teilchen 6 als auch die Füllstoff-Teilchen mit den wesentlich kleineren Kunststoff-Teilchen 8 umgeben sind. Die Füllstoff-Teilchen sind typischerweise im Durchschnitt ein Stück kleiner als die Kunststoff-Teilchen 6 und ein Stück weniger zahlreich als die Kunststoff-Teilchen 6.
4 ist eine Darstellung analog 2, also Zustand eines Filterelements nach dem Verklebungsvorgang, aber vor dem etwaigen Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung. Das in 4 ausschnittsweise gezeigte Filterelement 10 hat einen Grundbestandteil aus Glaskügelchen 6 (statt aus ersten Kunststoff-Teilchen 6 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3). Die Glaskügelchen 6 sind der Geometrie einer Kugel näher als erste Kunststoff-Teilchen 6.
Fasern 20 in den Räumen zwischen den Glaskügelchen sind nicht vorhanden. Ansonsten sind die Verhältnisse analog wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3; es sind die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Wenn statt der Glaskügelchen 6 Keramikkügelchen verwendet werden, ist 4 unverändert. 4 bleibt auch unverändert, ob hohle Kügelchen oder nicht-hohle Kügelchen verwendet werden.
Es wird darauf aufmerksam gemacht, dass die 1 bis 4 hinsichtlich der gegenseitigen Berührung bzw. Verklebungsstellen 12 der ersten Kunststoff-Teilchen 6 bzw. der Glaskügelchen 6 täuschen. Die ersten Kunststoff-Teilchen 6 bzw. die Glaskügelchen 6 liegen nahezu im Zustand "dichtester Kugelpackung" vor. Da jedoch die 1 bis 4 gleichsam ein Schnitt durch das Haufwerk der ersten Kunststoff-Teilchen 6 bzw. der Glaskügelchen 6 sind, befinden sich viele der Verklebungsstellen 12 oberhalb oder unterhalb der Zeichnungsebene.
Nachfolgend werden noch Beispiele der Materialspezifikation für erfindungsgemäße Filterelemente aufgeführt:
Beispiel 1
Mit 40% Glasfasern gefüllte Kunststoff-Teilchen aus Polyphenylensulfid (PPS) (Herstellerbezeichnung RYTON GF40) mit einer mittleren Größe von 300 μm werden mit einem feinkörnigen Kunststoff-Ausgangsmaterial für ein Epoxidharz (Hauptkomponente mit der Herstellerbezeichnung ARDALIT) vermischt. Das Epoxidharz-Ausgangsmaterial hat eine durchschnittliche Teilchengröße von 15 μm. Das Gemisch setzt sich aus 80% gefülltes PPS und 20% Epoxidharz zusammen, alles in Gew.-%.
Das Gemisch wird in eine Form eingefüllt. Die Form wird stufenweise auf eine Temperatur von 100°C für 30 min zum Verlaufen des Klebstoffs in einem Ofen aufgeheizt. Das Kunststoff-Ausgangsmaterial für ein Epoxidharz schmilzt bei ca. 100°C. Auf diese Weise wird ein Kontaktverbund hergestellt. Eine anschließende Erwärmung auf 160°C für mindestens 30 min hat die Vernetzung des Klebstoffs zur Folge. Das rohe Filterelement hat seine endgültige mechanische und thermische Stabilität erreicht. Dann wird das rohe Filterelement der geöffneten Form entnommen. Wenn man das rohe Filterelement in die Hand nimmt, stellt man fest, dass die PPS-Teilchen durch Epoxidharz an ihren Kontaktstellen verklebt sind.
Das PPS hat eine maximale Dauereinsatztemperatur von 180°C, das Epoxidharz hat eine maximale Dauereinsatztemperatur von 180°C. Das Filterelement ist beständig gegen SO₂, H₂O, H₂S und von gewisser Beständigkeit gegen HCl. Außerdem ist es gegen Hydrolyse beständig.
Messungen zeigen, dass das rohe Filterelement eine gute Durchströmungsporosität bzw. einen ausreichend geringen Durchströmungswiderstand hat und eine hinreichende mechanische Festigkeit, gemessen im 4-Punkt-Biegeversuch, hat. Die Dichte beträgt 640 kg/m³.
Alternativ kann das Beispiel mit mit 30% mineralischem Füllstoff gefüllten Kunststoff-Teilchen aus Polyphenylensulfid (PPS) (Herstellerbezeichnung RYTON MV30) ausgeführt werden. Die Ergebnisse sind ganz ähnlich.
An dieser Stelle sei noch nachgetragen, dass das PPS als Granulat angeliefert worden ist (wobei die Granulatteilchen die Füllstoff-Fasern bzw. die körnigen Füllstoff-Teilchen in sich enthielten) und im Herstellerwerk des Filterelements mit einer Prallmühle auf die genannte durchschnittliche Teilchengröße vermahlen worden ist. Die Teilchen waren stabförmig. Das Gleiche gilt auch für das Kunststoff-Ausgangsmaterial für den Klebstoff, welches durch einen geeigneten Zerkleinerungs- und Mischprozess mit dem Material des Grundbestandteils homogenisiert wird (siehe 1).
Das Filterelement kann z.B. die Gestalt eines flachen Kastens haben, der einen inneren Hohlraum besitzt und an einer der vier kleineren Begrenzungsflächen offen ist. Die zwei großen Seiten des Kastens können wellenförmig oder zick zack-förmig verlaufen. Das kastenförmige Filterelement ist typischerweise für Durchströmung von außen nach innen ausgelegt, so dass eine etwaige Beschichtung auf der Außenseite des Kastens aufgebracht ist. In einer Filtervorrichtung sind typischerweise mehrere kastenartige Filterelemente nebeneinander an einer Trennwand angebracht, die den Reinraum der Filtervorrichtung von dem Zuströmraum der Filtereinrichtung trennt. Alternativ sind rohrförmige Filterelemente möglich, wobei der Querschnitt hohlzylindrisch oder mit gewellt oder gezackt verlaufender Zylinderwand sein kann. Eine weitere Alternative sind konisch verlaufende Formen, sei es bei kastenförmigen Filterelementen oder bei rohrförmigen Filterelementen.
Beispiel 2
Kunststoff-Teilchen aus Polysulfon (PSU) (Herstellerbezeichnung RADEL) mit einer mittleren Größe von 250 μm werden mit einem feinkörnigen Kunststoff-Ausgangsmaterial (Hauptkomponente mit der Herstellerbezeichnung ARDALIT) für ein Epoxidharz vermischt. Das Epoxidharz-Ausgangsmaterial hat eine durchschnittliche Teilchengröße von 15 μm. Das Gemisch setzt sich aus 80% PSU und 20% Epoxidharz zusammen, alles in Gew.-%.
Im Unterschied zu Beispiel 1 ist das PSU ungefüllt, also ohne Glasfasern als Füllstoff.
Der Verklebungsvorgang erfolgt wie in Beispiel 1. Das Filterelement hat eine maximale Dauereinsatztemperatur von 180°C und ist beständig gegen H₂S und H₂O, leicht eingeschränkt beständig gegen SO₂ und eingeschränkt beständig gegen HCl. Außerdem ist es gegen Hydrolyse beständig.
Messungen zeigen, dass das rohe Filterelement eine gute Durchströmungsporosität bzw. einen ausreichend geringen Durchströmungswiderstand hat und eine hinreichende mechanische Festigkeit, gemessen im 4-Punkt-Biegeversuch, hat. Die Dichte beträgt 935 kg/m³.
Beispiel 3
Nicht-hohle Glaskügelchen mit einer mittleren Größe < 300 μm (Herstellerbezeichnung SPHERIGLASS 2530) werden mit einem feinkörnigen Kunststoff-Ausgangsmaterial für ein Expoxidharz (Hauptkomponente mit der Herstellerbezeichnung ARDALIT) vermischt. Das Epoxidharz-Ausgangsmaterial hat eine durchschnittliche Teilchengröße von 15 μm. Das Gemisch setzt sich aus 97% Glaskügelchen und 3% Epoxidharz zusammen, alles in Gew.-%.
Der Verklebungsvorgang wird wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Das Filterelement hat eine maximale Dauereinsatztemperatur von 180°C. Das Filterelement ist beständig gegen SO₂, H₂O, H₂S, HCl, und auch gegen Hydrolyse.
Messungen zeigen, dass das rohe Filterelement eine gute Durchströmungsporosität bzw. einen ausreichend geringen Strömungswiderstand hat. Die mechanische Festigkeit ist sehr gut, besser als bei Beispiel 1 und bei Beispiel 2. Die Dichte beträgt 1630 kg/m³.
Beispiel 3 kann auch ausgeführt werden mit hohlen Glaskügelchen oder mit nicht-hohlen Keramikkügelchen oder mit hohlen Keramikkügelchen. Im Fall von hohlen Glaskügelchen oder hohlen Keramikkügelchen ist die sich ergebende Dichte des Filterelements naturgemäß deutlich kleiner als 1630 kg/m³; auch die mechanische Festigkeit ist ein Stück geringer. Ansonsten sind die Eigenschaften praktisch ungeändert.

Claims

Durchströmungsporöses, eigenstabiles Filterelement, (a) das für eine Dauereinsatztemperatur, die eine Temperatur im Bereich von 50 bis 200°C ist, geeignet ist, (b) und/oder das gute Säurebeständigkeit besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Grundbestandteil hat, der Teilchen eines ersten Materials aufweist; und dass die Teilchen des ersten Materials durch einen Klebstoff zusammengehalten sind, der – vor der Verarbeitung mit dem Grundbestandteil, die ein Erwärmen auf eine Verklebungstemperatur aufweist, ein körniges Kunststoff-Ausgangsmaterial für den Klebstoff war, – und bei der Verklebungstemperatur in einen fließenden Zustand kommt, – und entweder als Duroplast aushärtet oder als Thermoplast fest wird.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des ersten Materials Kunststoffteilchen sind.
Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kunststoffteilchen des ersten Materials mindestens einer der folgenden Kunststoffe vorgesehen ist: – ein Polyamid, insbesondere ein Aramid, – oder ein Polysulfon, – oder ein Polysulfid, insbesondere ein Polyphenylensulfid, – oder ein Polyimid, – oder ein Polymethacrylat, insbesondere ein Polymethylmethacrylat.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des ersten Materials anorganische Teilchen sind.
Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die anorganischen Teilchen Glasteilchen, vorzugsweise volle Glaskügelchen und/oder hohle Glaskügelchen, oder Keramikteilchen, vorzugsweise volle Keramikkügelchen und/oder hohle Keramikkügelchen, vorgesehen sind.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff – ein Epoxidharz ist, – oder ein Phenolharz ist, – oder ein Polyesterharz ist, – oder ein Melaminharz ist, – oder ein Siliconharz ist, – oder ein Urethanharz ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der duroplastische Klebstoff nach der Verarbeitung nachaktiviert worden ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des ersten Materials zur Verarbeitung eine durchschnittliche Größe von 50 bis 500 μm, vorzugsweise 100 bis 350 μm, haben.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner des Kunststoff-Ausgangsmaterials für den Klebstoff zur Verarbeitung eine durchschnittliche Größe von 5 bis 50 μm, vorzugsweise 10 bis 30 μm, haben.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung der Grundbestandteil, der Kunststoffteilchen aufweist, und das Kunststoff-Ausgangsmaterial für den Klebstoff in einem Gewichtsverhältnis von 2,3 : 1 bis 9,0 : 1, vorzugsweise von 4,0 : 1 bis 5,6 : 1, vorliegen.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung der Grundbestandteil, der nicht-hohle Glasteilchen und/oder nicht-hohle Keramikteilchen aufweist, und das Kunststoff-Ausgangsmaterial für den Klebstoff in einem Gewichtsverhältnis 25 : 1 bis 34 : 1 vorliegen.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundbestandteil Füllstoff aufweist, vorzugsweise Fasern und/oder körnigen Füllstoff.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es auf seiner Zuströmoberfläche eine Beschichtung mit kleinerer Porengröße als der Tragbestandteil des Filterelements aufweist.
Filterelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Fasern und/oder Partikeln aufgebaut ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es für eine Dauereinsatztemperatur, die eine Temperatur im Bereich von 80 bis 200°C, vorzugsweise 100 bis 200°C, höchst vorzugsweise 120 bis 200°C, ist, geeignet ist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es eine gute Beständigkeit gegen die in Verbrennungsabgasen üblicherweise vorkommenden Säuren hat.
Verwendung des Filterelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 zum Filtern von Verbrennungsabgasen.
Verwendung des Filterelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, zur Produktabscheidung aus einem Gasstrom, vorzugsweise bei – Sprühtrocknern in der Waschmittelindustrie, – Wirbelbetttrocknern, – Trocknern in der Lebensmittelindustrie, – Kalzinieröfen, – pyrogener Partikelproduktion.
Verwendung des Filterelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, zur Wertstoffrückgewinnung aus einem Gasstrom, vorzugsweise zur Rückgewinnung von Katalysator bei katalytischen Wirbelbettreaktoren.
Verwendung des Filterelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Abgasreinigung, vorzugsweise – bei Metallbädern, – bei Metallschmelzöfen, – bei Bädern mit flüssigem Glas, – bei Klinkerkühlern, – bei Öfen in der Lichtwellenleiter-Herstellung, – bei Röstanlagen in der Lebensmittelindustrie.
Verwendung des Filterelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 zum Filtern eines Flüssigkeitsstroms.